真空压力下液体沿炭纤维织物铺层厚度方向的渗透特性

使用自行设计的装置对真空压作用下液体沿单向织物厚度铺层方向的渗透特性进行了初步研究, 通过一系列实验对设备和操作方法进行了规范。通过改变所加真空压力的大小, 研究了蒸馏水、酚醛溶液、丙三醇三种流体对炭纤维织物铺层的渗透规律。结果表明, 随着真空压力增加, 流体对单向织物堆积体的渗透速率增加。相同真空压力条件下, 三种流体中蒸馏水的渗透速率最快; 在5 kPa 和20 kPa 真空压作用下丙三醇的渗透速率快于酚醛溶液; 在40 kPa 和60 kPa 真空压力下, 酚醛溶液的渗透速率快于丙三醇。      

纤维堆积体厚度方向浸渗特性

使用自行设计的夹具对纯树脂沿纤维织物厚度方向的毛细浸渗行为进行了初步研究。通过改变温度、纤维体积分数、纤维类型以及铺层方式,研究了树脂对纤维织物的毛细浸渗规律,并研究了纤维表面浸润剂的影响。结果表明:升高温度和减小纤维含量均有利于提高浸渗速率;而铺层方式的改变对浸渗规律的影响甚小。      

液体模塑成型工艺用纤维织物厚度方向饱和渗透率的预测模型液体模塑成型工艺用纤维织物厚度方向饱和渗透率的预测模型

树脂在复合材料预成型体厚度方向的渗透能力对复合材料液体模塑成型工艺（LCM）的成功实施至关重要。本文采用连续加载的方式,研究了玻璃纤维增强树脂基复合材料液体成型过程中多轴向无屈曲织物（NCF）和斜纹织物（WF）的压缩响应行为,并建立描述该行为的数学模型。采用自制测试装置对预成型体在重力等不同注射压力驱动下的厚度方向渗透率进行测试,考察了预成型体纤维体积分数、测试流体注射压力等对预成型体厚度方向渗透率K_z的影响。基于预成型体压缩响应数学模型和厚度方向渗透率与注射压力的关系,对Kozeny-Carman公式进行修正,提出了变注射压力条件下的厚度方向渗透率预测模型。结果表明:预成型体厚度方向渗透率随着纤维体积分数的增大而减小,与Kozeny-Carman方程结果相符合。当纤维体积分数为0.42≤V_f≤0.58时,注射压力对厚度方向渗透率影响较大,实验结果验证了本文提出的预测模型;当纤维体积分数V_f≥0.58时,注射压力对厚度方向渗透率影响较小,厚度方向渗透率趋于恒定。      

树脂在增强纤维铺层中的流动特性研究EI

本文介绍了在树脂注塑成型工艺研究中，用粘度为１００ｃｐｓ的玉米糖浆代替树脂，在玻璃纤维和碳纤维增强材料中进行的流动特性研究结果。结果表明，流动速率强烈地依赖于注入压力，同时，纤维方向对流动前沿形态和流动速率都有明显的影响。而且，在各种角度铺层，特别是含有０°层的纤维铺层中出现了明显的“隧道开通”现象。文中还介绍了用Ｄａｒｃｙ定律对实验数据进行分析的结果。     

织物预成型体厚度方向渗透特性研究

以达西定律为基础,研究了不同类型织物的织物层数、定型剂质量分数以及铺层角度对织物预成型体厚度方向上渗透性能的影响.实验结果表明,在一定的定型剂质量分数下,测试流体在垂直方向上的流动基本为稳态流动,大体受Darcy定律控制.随着织物层数的增加,流体流速减小,预成型体厚度方向渗透率逐渐增加.随定型剂质量分数的增加,厚度方向渗透率表现出先增大而后又减小的趋势,而且织物的铺层角度对预成型织物厚度方向渗透率也具有较大影响.     

三维夹芯层连织物复合材料真空辅助成型工艺影响因素

三维夹芯层连织物复合材料是由纤维连续织造呈空芯结构的织物作为增强体制备而成的新型轻质复合材料, 本文中以三维夹芯层连织物复合材料为研究对象, 发展了适用于酚醛树脂的真空辅助成型工艺方法, 重点考察了影响复合材料制造质量的关键因素。结果表明, 芯柱高度对织物的抗压缩能力与厚度回复率影响显著, 热处理有利于织物的厚度回复; 注射过程中, 树脂沿织物平面纬向渗透速率大于经向, 使用高渗透率介质层、 降低树脂黏度有助于提高树脂在层连织物中的分布均匀性。      

复合材料变厚层板热压成型缺陷类型与成因实验研究

采用热压机工艺与热压罐工艺两种成型方法制备了玻璃纤维/环氧 648 变厚度层板 , 研究了两种工艺下缺陷的形成机制及铺层方式和变厚梯度对缺陷程度和分布的影响。结果表明 : 纤维分布不均、 富树脂、 分层是主要缺陷类型 , 其中纤维分布不均由树脂二维流动引起 , 并与纤维不连续区、 纤维层渗透特性以及外压的均匀性有关; 富树脂主要是纤维的不连续性造成的 ; 而分层缺陷与纤维分布和热膨胀各向异性紧密相关。研究结果对变厚度复合材料层板的缺陷消除和成型质量控制有重要的指导意义。      

铺层方式对织物渗透率的影响

增强材料的渗透率是研究和模拟RTM工艺的关键参数。采用单向玻璃纤维织物,在恒定的注射压力下,通过记录树脂在织物内流动前缘椭圆长、短轴随时间的变化,利用Darcy定律测定了不同铺层方式下织物的渗透率,研究了铺层方式对织物渗透率的影响。实验证明,铺层方式改变时,织物的渗透率大小和主轴方向发生改变,其关系符合椭圆的叠加原理。      

变厚度复合材料热压罐工艺层板厚度控制的实验研究

针对2种碳纤维织物/环氧预浸料,采用热压罐工艺在不同条件下制备了变厚度层板,并通过层板内部形貌、层板厚度、纤维含量、吸胶量、织物渗透率的测试分析,研究了变厚度层板的密实过程和纤维分布的影响因素。结果表明：密实过程中树脂的二维流动导致2种织物变厚度层板厚板区的纤维含量高于薄板区;G0827单向织物的面内渗透率与厚度方向渗透率比值大于G0803缎纹织物,造成G0827织物变厚度层板的纤维分布不均匀性更大;无吸胶材料的条件下层板内纤维分布均匀,说明吸胶材料内树脂的面内流动对层板的纤维分布有很大影响。     

传感监测LCM成型厚铺层结构增强体内部渗透性能研究

采用传感监测系统辅助对厚铺层结构纤维增强体内部流动情况进行了实验研究.结果表明:渗透率随铺层厚度的增加逐渐减小,并趋于平缓;测试液在铺层厚度增强体顶层和底层渗透存在一定量的差异,并随铺层厚度的增加而增大.在不影响结构要求的前提下,导流布与长丝毡的配合使用是改善厚铺层结构渗透性能的有效方法.     

炭纤维的环氧树脂浸润特性

良好的界面粘结是制备高性能复合材料的关键之一，而树脂与纤维的优良浸润则是其首要前提。通过考察环氧618树脂与环氧AG80树脂在T300和T700两种炭纤维堆积体中分别沿垂直于纤维方向和平行纤维方向的浸润特性，同时模拟实际复合材料成型工艺条件，分析了浸润速率随树脂温度和纤维体积分数的变化规律。研究结果表明，树脂在垂直于T700炭纤维方向的浸润速率明显慢于相同条件下其在平行纤维方向的浸润。并且纤维含量对两种方向的浸润影响不同，垂直纤维方向的浸润速率随纤维体积分数的增加而减缓，而平行纤维方向的浸润速率则随纤维体积分数的增加而加快。以上研究结果均可用于指导复合材料成型工艺，具有较好的实际参考价值。     

导流介质对真空导入模塑工艺树脂流动行为的影响

采用可视化流动实验方法研究了高渗透率导流介质对真空导入模塑工艺中树脂流动行为的影响。结果表明: 导流介质能较大幅度地减少树脂的充模流动时间, 且充模时间随着导流介质使用比例的增加而呈线性减少的关系; 导流介质的提速作用随着预成型体厚度的增加而逐渐减弱; 预成型体上下表面树脂流动前沿位置差距与预成型体厚度呈良好的线性增加关系, 说明导流介质的影响作用具有明显的厚度效应。厚度效应原理为真空导入模塑工艺过程的参数优化和保证制品质量提供了理论依据。      

VARI工艺成型纤维增强树脂复合材料层合板厚度和纤维体积分数的影响因素

分析了影响真空辅助成型技术（VARI）工艺成型复合材料的纤维体积分数和厚度均匀性的关键因素,即VARI成型工艺的树脂流动控制形式、纤维预制体状态、织物状态、树脂黏度,通过试验分析了各因素对VARI成型复合材料厚度和纤维体积分数的影响。试验结果表明,采用HFVI（high fiber-volume vacuum infusion）工艺、BA9914树脂及真空处理后的U3160单向机织物成型的纤维增强树脂复合材料层合板,其纤维体积分数和厚度均匀性能够接近预浸料/热压罐成型的复合材料制件的水平。     

Influence of molding condition on tensile properties of flat braided fabric reinforced phenolic composite

This study discusses the influence of molding conditions on the tensile properties of flat braided glass fabric reinforced phenolic composite. In addition, the influence of sizing on the tensile properties is also discussed by changing the amount of sizing of the glass fiber bundle. The tensile strength improved when longer periods of resin impregnation were allowed. A higher amount of sizing also improved the tensile strength by facilitating good resin impregnation into fiber bundles. Good resin impregnation suppressed matrix cracking at low strain levels, and it was the key issue to improve the tensile strength in braided fabric reinforced phenolic resin composite.     

RTM快速成型环氧树脂时间-温度-转变图的构建及其碳纤维/环氧树脂复合材料评价

针对自行研制的树脂传递模塑工艺（RTM）快速成型环氧树脂,利用唯象动力学模型、DiBenedetto方程和凝胶模型研究了树脂体系的等温及非等温固化动力学,构建了时间-温度-转变（TTT）的关系图,表明树脂体系兼具较长的适用期与快速固化特性。以此设计RTM快速成型工艺,考察了树脂体系对碳纤维织物的浸润流动行为,并评价了快速成型碳纤维/环氧树脂复合材料的界面力学性能与微观形貌。结果表明,注射温度下树脂体系的浸润填充性良好,RTM快速成型碳纤维/环氧树脂复合材料的力学性能和内部成型质量较好。      

Resin infusion analysis of nanoclay filled glass fiber laminates

This paper focuses on the resin flow characteristics of nanoclay filled glass fiber laminates processed by Vacuum Assisted Resin Infusion Molding (VARIM). Laminates with varying quantities of nanoclays (0–5 wt.%) were prepared and the effect of these nanoclays on the epoxy resin flow characteristics was studied. It was found that the flow rate of resin continuously decreased as nanoclay content continuously increased. The reduction in the flow rate was attributed to the rate of change of curing and the subsequent change in viscosity of the nanoclay filled resin. Analysis of infusion process by Darcy’s law show that the permeability of the fiber decreased in the nanoclay filled resin system. Nanoclay filled laminates show improved static and dynamic mechanical properties than that of unfilled resin composites.     

GFRP厚板制件固化过程固化度分布

采用真空导入模塑工艺(VIMP) 制备了85 mm 厚玻璃纤维增强环氧树脂层合板, 单面刚性模具加热固化, 沿铺层厚度方向设置热电偶, 进行了实时固化温度监测, 发现固化时厚度方向存在明显的温度差异。通过DSC方法得到等温环氧树脂固化度-时间实验数据, 建立了基于自催化反应模型的等温固化反应动力学方程, 模型计算值和实验值符合良好; 提出了时间离散分步计算法, 对非等温固化条件下, 厚度方向的固化度分布进行了计算。结果表明: 固化过程中厚度方向固化度存在差异, 短时间的后固化可以消除此差异。该方法可以模拟出由温度差异导致的固化度的不均匀分布, 用于指导优化固化工艺。      

自黏附型酚醛树脂流变特性及其预浸料与Nomex蜂窝芯共固化黏接性能

采用流变仪研究了固化反应温度、时间以及增韧剂和增稠剂加入量对酚醛树脂流变特性的影响,并测试了玻璃纤维增强酚醛预浸料与Nomex蜂窝芯共固化成型后玻璃纤维/酚醛-Nomex蜂窝夹层结构复合材料的板-芯黏接性能。结果表明:改性后酚醛树脂在高温时的黏度提高较多,流动性得到了有效改善,所得预浸料与Nomex蜂窝芯的界面黏接明显增强,并且当增韧剂和增稠剂的加入量与纯酚醛树脂的质量比分别为5%和3%时,所制备出的夹层板的滚筒剥离强度达到15 N·mm/mm以上,改性后酚醛树脂及其预浸料具有了一定程度的自黏附特性。此外,在共固化工艺中采用合适的升温制度,可以进一步提高玻璃纤维/酚醛-Nomex蜂窝夹层结构复合材料的板-芯黏接强度。      

真空辅助树脂灌注法制备风电叶片树脂的渗透及缺陷

依据真空辅助树脂灌注（Vacuum assisted resin infusion,VARI）技术,对VARI方法制备玻璃纤维/环氧树脂复合材料风电叶片过程中树脂的渗透缺陷形成机制和消除方法进行了研究。结果表明,在环境温度为25℃和初始混合时间为100 min、混合树脂黏度为250 mPas时,树脂的放热温度和渗透性能最佳。导流介质的使用可以降低渗透难度,缩短充模时间。使用6层三轴玻璃纤维缝编织物,并插入一层连续毡做为导流介质,会使导流效果最佳,渗透效果趋于一致,有效的降低边缘效应对树脂渗透的影响。在L7000（叶根到进料口的距离为17 cm）和L19000（叶根到进料口的距离为19 cm）位置处增加树脂进料口,调整模具温度为28℃,可以减少渗透缺陷的形成。