“离位”增韧技术在碳纤维/RTM聚酰亚胺复合材料中的应用

研究了“离位”增韧对RTM聚酰亚胺（PI-9731）树脂基复合材料力学性能的影响。结果表明: 当增韧剂的质量分数为15%时, 经粉末法和薄膜法“离位”增韧G827／PI-9731复合材料的室温层间剪切强度从增韧前的97.9MPa分别提高到108MPa和110MPa, 高温（288℃）层间剪切强度变化不大。G827／PI-9731复合材料经粉末法“离位”增韧后, Ⅰ型断裂能释放率从增韧前的310J/m2提高到410J/m2, Ⅱ型断裂能释放率从增韧前的590J/m2提高到939J/m2。而经过薄膜法“离位”增韧后, 其复合材料的Ⅰ型断裂能释放率提高到459J/m2, Ⅱ型断裂能释放率提高到1100J/m2。经电镜分析表明, 由于热塑性聚酰亚胺的引入, 在复合材料层间区域形成热固/热塑相反转结构, 在裂纹扩展的过程中, 包覆热塑性聚酰亚胺的PI-9731粒子发生明显取向和变形, 从而提高韧性。      

“离位”增韧预成型体压缩特性

针对"离位"增韧预成型体的液态成型工艺性,研究了两种不同结构形式增韧层"离位"增韧预成型体的厚度压缩特性。分别采用多孔薄膜结构增韧层、高孔隙率无纺布结构增韧层与碳纤维织物交替铺层制备"离位"增韧预成型体,采用力学试验机测试其厚度压缩特性。实验结果表明,预成型体压缩过程中,在相同压力水平下,增韧层的引入会降低预成型体的纤维体积分数;不同压力水平下,预成型体的压缩行为与增韧层结构形式有关。此外,采用织物预成型体厚度压缩本构模型,对"离位"增韧预成型体的压缩厚度进行了预测,通过模型预测值与实验值的比较,确定了模型中的经验指数k=2时,两者吻合较好。     

z向流动RTM工艺树脂的流动浸润行为

研究了层间“离位”附载多孔薄膜结构形式增韧层的大厚度纤维预成型体中等代流体（树脂）沿预成型体厚度方向（z向）的流动行为,通过压力传感器监测z向流动RTM（z-RTM）工艺注射过程中进、出胶口压力的变化规律,进一步反推树脂在层间“离位”增韧与非增韧预成型体中的宏观流动及微观浸润模式。结果表明,在 z-RTM工艺注射过程中,树脂在沿纤维束间z向快速流动的同时完成对纤维丝束内部的浸润。层间“离位”附载的增韧层虽延缓了树脂的宏观流动,但使流动前锋曲面更加平滑。层间“离位”增韧预成型体z向渗透率为3.5×10^-15m²,与非增韧预成型体的z向渗透率2.9×10^-14m²相比,降低约一个数量级。     

"离位"增韧ES-U3160/5284复合材料的制备及性能研究

通过扫描电子显微镜分析和树脂冲击性能测试,研究了聚醚砜(PES)对高温环氧树脂5284性能的影响及增韧机理,并基于"离位"增韧技术制备了具有增韧功能的ES-U3160织物。以ES-U3160织物作为增强体,采用树脂转移模塑成型(RTM)工艺制备了ES-U3160/5284复合材料,并对复合材料的韧性性能进行研究。结果表明:随着PES含量的增加,环氧树脂5284的冲击韧性大幅度提高;PES与5284树脂形成了双连续相结构,有效地阻止了裂纹的扩展,起到了增韧的作用。与未增韧复合材料相比,"离位"增韧ES-U3160/5284复合材料的I型层间断裂韧性(GⅠC)、Ⅱ型层间断裂韧性(GⅡC)及冲击后压缩强度(CAI)都有较大的提高。     

离位增韧复合材料层合板准静态压入实验研究

采用准静态压入(Quasi-Static Indentation, QSI)实验方法对"离位"增韧复合材料层合板和未增韧层合板进行了实验研究.分析了QSI实验中层合板的损伤破坏过程,并对两类层合板的实验结果进行了对比分析.结果表明:"离位"增韧技术能够有效提升复合材料层合板的低速冲击损伤阻抗性能;准静态压入实验中,接触...     

CCF300/5228A复合材料层合板“离位”增韧研究

环氧树脂5228A固化诱导5228A/PAEK共混体系相分离,随着PAEK含量增加,固化机理由成核-生长机理向旋节线分相转化,在微观相形貌上表现为海岛-双连续-相反转结构形式的转变,富PAEK热塑相在脆断作用载荷下的塑性变形以及部分富5228A热固微球结构的撕裂,预示着两相之间构建的良好界面;通过PAEK膜对CCF300/5228A复合材料“离位”增韧,重新构建了其特定的周期性微结构;动态热机械分析结果表明,“离位”增韧后复材的玻璃化转变温度略有降低,但基本不会影响原5228A基体树脂的应用温度范围;冲击试验结果表明,无论是损伤阻抗还是冲击后剩余压缩强度(CAI)均获得大幅度提高.     

离位增韧复合材料加筋板三点弯曲试验研究与数值分析

为研究离位增韧对复合材料加筋板结构承载性能的影响,首先,分别对未离位增韧和离位增韧复合材料帽型长桁加筋板进行了三点弯曲试验,比较了2种加筋板的初始分层载荷、极限载荷以及试验现象;然后,利用ABAQUS建立了三维渐进失效模型,考虑长桁-蒙皮界面和复合材料层合板的失效,对界面的分层机制和蒙皮的失效过程进行了分析。结果表明:有限元结果与试验结果吻合较好,离位增韧仅能略微提高界面的初始分层载荷,但对极限载荷有较大提升;在分层起始阶段I型拉伸模式占主要作用,随着分层不断扩展,II型剪切模式占比持续增加,而剪切模式的高韧性正是离位增韧界面具有良好性能的重要原因。所得结论表明离位增韧界面有良好的抗剥离性能,且在剪切方向上的表现尤为突出。     

基于NCF技术的RTM成型复合材料T型接头高效制造与验证

选用多层非屈曲经编织物(NCF)作为增强体, 提高了预成型体的铺覆效率及准确性, 同时根据T型接头的结构特点将其组合成工字梁形式并依此设计成型模具, 采用树脂传递模塑(RTM)成型工艺实现了复合材料T型接头的高效制造, 并对其拉伸和压缩力学性能进行了试验研究。结果表明: T型接头拉伸破坏由孔边蒙皮纤维拉断和腹板分层拉脱造成; 而压缩破坏则由腹板翻边分层屈曲和接头中部蒙皮纤维压断造成; T接头拉伸破坏载荷高于其压缩的破坏载荷。     

“离位”增韧复合材料准静态压入损伤特性研究

采用"离位"增韧技术对双马来酰亚胺复合材料层压板进行了层间增韧,然后对增韧和未增韧的两种双马复合材料层压板进行准静态压入及冲击后压缩剩余强度试验研究,并用超声C扫描和热揭层对层压板的损伤进行测量。结果表明:经过"离位"增韧的双马复合材料层压板层间形成了热塑性树脂/热固性树脂双连续的结构,该结构不仅能抑制增韧层压板的内部损伤面积,改善损伤阻抗,使其表面凹坑深度更明显,而且还大幅提高了其损伤容限。     

基于矩的传递函数模型的“不兼容”非高斯风压过程模拟研究

非高斯风压的准确模拟对于建筑结构抗风设计非常重要。由于简便性,基于矩的Hermite多项式模型(HPM)和Johnson转换模型(JTM)常用于非高斯风压模拟。在实际模拟中,由两种模型表示的概率分布与非高斯风压目标功率谱可能出现“不兼容”。现阶段对于HPM和JTM出现不兼容的难易程度差异尚不明确,两种模型出现不兼容情况时模拟“不兼容”非高斯风压的效果亦不清楚。基于此,该文章系统全面地研究了HPM和JTM出现不兼容的难易程度和模拟“不兼容”非高斯风压的效果。首先,介绍了基于HPM和JTM模拟“不兼容”非高斯风压的方法;其次,从理论上对比了两个模型出现不兼容情况的异同;最后,基于数值案例系统对比和评估了两种模型模拟“不兼容”非高斯风压的效果。结果表明：随着偏度增加,基于HPM和JTM的非高斯模拟更易出现不兼容;JTM对“不兼容”非高斯风压的模拟效果稍好于HPM。     

发射箱箱盖树脂传递模塑工艺有限元模拟分析

目的为了减少人力和物力资源的浪费,节约产品成本,通过有限元分析技术确定箱盖树脂传递模塑工艺(RTM)的工艺参数。方法对箱盖RTM工艺树脂流动过程进行数值模拟,对比箱盖结构在线注射-点出射和点注射-点出射工艺下,当注模压力为0.2,0.4 MPa时对应的树脂流动前锋位置和压力分布结果。结果综合成本和效率两方面因素,选择0.4 MPa作为RTM的注模压力。采用线注射-点出射工艺得到稳定的树脂流动前锋形状,能够有效预防干斑的产生。结论分析结果与实验具有较好的吻合性,能够有效指导RTM工艺中模具的设计,可降低"试错法"带来的高昂成本和低效率,对提高复合材料构件的制造水平具有明显积极作用。     

RTM工艺模拟及干斑缺陷控制研究

采用自主开发的RTM工艺3D模拟系统对所选复合材料构件进行了模拟分析,由此确定了最佳注射方式及注射口和溢料口的合理位置,在此基础上详细研究了消除构件干斑缺陷的方法,为优化工艺提供了依据.     

复合材料螺旋桨RTM成型工艺研究

为开展复合材料螺旋桨成型工艺的研究,分析了不同成型工艺的特点,提出采用树脂传递模塑成型技术(RTM)制作螺旋桨模型,制订了模具制备方案、纤维剪裁和铺层实施方案以及RTM工艺流程,制作了螺旋桨模型,并提出了工艺改进方案,进而开展了螺旋桨模型的强度试验.强度试验结果显示:随着载荷的增加,各测点处的应变值均呈线性增长,当加载到8 k N时各测点应变均在弹性范围内,桨叶未发生破坏.研究表明:采用本文制定的模具制备方案,特别是针对桨叶纤维布剪裁、铺层的难题提出的适合复杂型线纤维布剪裁和铺层的实施方案,用于成型夹芯复合材料螺旋桨模型可以满足预期强度要求,验证了本文工艺的可行性.     

Numerical study of resin transfer molding (RTM) curing process

It is a very important phase in resin transfer molding (RTM) process that resin is cured. The result of the curing process determines the quality of a part, including mechanical properties, lifecycle of the part under high temperature and chemical properties. Therefore, it is very meaningful to discuss the curing process. In our work, the code is prepared based on unstructured mesh using divergence theorem. A case is used to verify properness of the code and the results are in good agreement with the published experiment data. In the paper, some factors of materials and numerical calculation, e.g., time step, reaction heat, the whole heat conductivity of fiber and resin and fiber initial temperature, which affect result of simulation, are emphatically investigated and carefully revealed. The conclusion shows that time step, the reaction heat and heat conductivity have an important effect on the curing process, while fiber initial temperature has very little impact. These are helpful to understand and adopt the curing process in order to produce good products.     

复杂形状三维薄壁构件RTM制造工艺注模过程模拟

采用有限单元/控制体积方法,编写了RTM工艺注模过程模拟程序SHELLCV。SHELLCV程序包含三角形壳元和矩形壳元两种单元,可以模拟复杂形状三维薄壁构件的RTM制造工艺注模过程,得到任意时刻的树脂流动前峰曲线、压力场分布。与解析解比较验证了SHELLCV程序的稳定性和可靠性。算例研究表明SHELLCV程序可为工艺设计:注射口和排气口的布置,合模压力提供有效的参考依据。      

环氧树脂增韧技术及其研究进展

介绍了近年来国内外几种环氧树脂增韧技术(柔性聚合物增韧、超支化聚合物增韧、核壳结构聚合物增韧、互穿网络聚合物增韧、纳米粒子增韧、热致液晶聚合物增韧)的研究动态。 在提高环氧树脂韧性的同时,又不会降低树脂体系的模量和玻璃化转变温度。     

空气渗透及其能耗的计算机动态仿真研究

本文在综合考虑影响渗风过程各主要因素的基础上建立一渗风简化模型并进行仿真，在对结果分析后认为，模型反映了渗风机理，体现了渗风量及其能耗的变化趋势且具有通用性，可供相关研究人员参考。     

多工位高速锻造工艺优化技术研究现状

简要介绍了多工位高速锻造工艺及其特点,阐述了基于有限元模拟的锻造工艺优化技术的发展现状,并在此基础上根据多工位高速锻造工艺的特点,阐明了多工位高速锻造工艺优化技术研究中存在的主要问题,探索了多工位高速锻造工艺优化技术研究的方向.     

RTM成型复合材料T型接头工艺参数优化与力学性能实验研究

对树脂传递模塑(RTM)成型的复合材料T型接头进行了工艺参数优化、制备及力学性能实验研究。应用流动模拟软件,对RTM成型的复合材料T型接头进行了基体流动数值模拟,确定模具最佳注射方式和出胶口位置,并优化了影响树脂充模时间的工艺参数,显著提高了RTM接头的工艺性能。根据优化工艺参数结果,制备了RTM成型的复合材料T型接头试样,并进行了拉伸和压缩试验,分析了其破坏机制。根据拉伸和压缩试验现象和结果,发现RTM成型的复合材料T型接头拉伸破坏模式主要为富树脂三角区的树脂与纤维布界面分层,其拉伸破坏主要取决于树脂基体抗剥离分层的拉伸强度;压缩破坏模式为底板中央部位的弯曲分层与折断,其压缩破坏由接头底板中的纤维布抗拉强度决定;T型接头的压缩破坏强度高于拉伸破坏强度。     

RTM玻璃纤维/E51环氧树脂复合材料孔隙含量对超声特征参数的影响

在0.1~0.35 MPa的树脂注射压力条件下,制备了孔隙含量不同的玻璃纤维连续毡/E51环氧树脂的树脂传递模塑（RTM）工艺试件,采用超声法、金相法和密度烧失法测量试件的孔隙含量。讨论了孔隙含量随树脂注射压力变化以及孔隙含量对RTM玻璃纤维/环氧树脂复合材料超声参数和力学性能的影响规律。结果表明,树脂注射压力的变化对孔隙含量产生明显影响,注射压力由0.1 MPa增加到0.35 MPa过程中,玻璃纤维连续毡/E51环氧树脂复合材料的孔隙含量从9.95%减小至3.73%。超声特征参数随孔隙含量的增加呈近于线性递增,尤其是超声非线性特征参数的变化更加明显,超声特征参数的变化可评价复合材料孔隙含量。