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。     

RTM成型非对称复合材料T型接头的拉伸失效机制

采用树脂传递模塑(RTM)工艺制备了结构对称和非对称两种复合材料T型接头试样,并对其进行了静态拉伸力学试验,对比分析了两种结构的拉伸破坏模式、结构刚度及破坏载荷。同时基于T接头内聚力模型(CZM),研究了两种不同结构T型接头的拉伸破坏过程及失效机制,并对比分析了不同偏转角下T接头的层间应力。结果表明：不同结构T型接头的拉伸破坏模式不同,偏转角的存在使结构非对称T型接头夹角大侧圆弧受力明显高于小侧圆弧,导致接头首先在大侧夹角圆弧与三角区界面定向萌生初始裂纹,随后裂纹主要沿大侧腹板翻边与蒙皮的界面扩展,进而导致接头最终破坏,最终失效载荷较对称T型接头提高了15.3%,且结构刚度更大。有限元结果表明T型接头三角区的初始失效主要由层间正应力及剪应力引起,有限元分析的失效模式与试验一致,结构对称及非对称T型接头最终失效载荷与试验值均吻合较好;且随着偏转角的增加,腹板圆弧处层间应力逐渐减小,初始失效载荷将随之增大;初始破坏位置将转移至大侧夹角圆弧末端。     

基于水溶性型芯的RTM成型的整体化复合材料翼盒研制

采用全数字化设计技术完成了复合材料整体翼盒的结构设计及铺层设计,同时采用PAM-RTM软件对复合材料翼盒的树脂传递模塑(RTM)成型工艺过程进行了树脂流动模拟,确定了底边线注射的最佳注射方式和工艺参数,并在此基础之上完成了RTM成型模具的设计和制造.采用基于水溶性型芯的RTM整体成型技术,制备了整体化的复合材料翼盒,验...     

缝合/RTM复合材料层合板的力学性能研究

分别采用高强玻璃纱、Kevlar-29纤维和T300 3K纤维为缝合线对玻璃纤维方格布进行缝合,研究了缝合/RTM复合材料层合板的面内拉伸性能和层间剪切性能.研究结果表明,与未缝合复合材料层合板相比,缝合复合材料层合板面内拉伸性能有所降低(碳纤维缝合复合材料除外),在给定缝合密度下最大降幅为14%;缝合复合材料层合板的层间剪切性能较未缝合层合板都有不同程度的提高,在给定缝合密度下最大达到了40%,缝合可显著提高复合材料层合板的层间性能.     

RTM工艺中温固化环氧树脂体系研究

通过对用于ＲＴＭ工艺的中温固化环氧树脂体系的固化工艺特性，粘度特性，ＤＭＡ特性及拉伸性能的研究，认为所研制的树脂体系性能基本满ＲＴＭ对树脂体系的工艺要求，并在此基础上还可对树脂体系做进一步改进。     

RTM成型聚酰亚胺树脂的合成与性能研究

使用4-苯乙炔苯酐(4-PEPA),3,3',4,4'-二苯醚四酸二酐(ODPA),3,4-二氨基二苯醚(3,4-ODA),1,3-双(4-氨基苯氧基)苯(1,3,4-APB)和1,4-双(4'-氨基-2'-三氟甲基苯氧基)苯(6FAPB)分别合成了六种设计分子量为1250的聚酰亚胺低聚物RTM1-6,并对低聚物的熔体黏度及熔体黏度稳定性和热性能等进行了系统研究.实验结果表明,用含有醚键及氟原子的混合二胺合成的系列树脂,其熔体黏度较低,熔体稳定性较好,可用于RTM成型工艺.但树脂的玻璃化转变温度相对较低.     

尼龙无纺布结构化增韧层增韧碳纤维/环氧树脂复合材料的湿热力学性能

采用尼龙无纺布(PNF)作为结构化增韧层,制备了PNF层间增韧改性的U3160碳纤维增强3266环氧树脂(U3160-PNF/3266)复合材料,研究了U3160-PNF/3266复合材料的面内力学性能及湿热老化后的力学性能变化,并分析了复合材料湿热老化前后的层间形貌。结果表明:PNF增韧层的引入并未导致复合材料面内力学性能的下降,与未增韧的U3160碳纤维增强3266环氧树脂(U3160/3266)复合材料相比,增韧复合材料U3160-PNF/3266的90°拉伸性能有所提高。而湿热老化处理对U3160-PNF/3266复合材料的基体和界面性能影响相对明显,尤其是尼龙纤维与树脂基体之间的界面结合性能,湿热老化处理后增韧复合材料的90°压缩和层间剪切性能保持率均明显低于未增韧复合材料的。     

RTM用低粘度乙烯基树脂性能研究

对RTM用乙烯基树脂的工艺特性、树脂及其复合材料的力学性能进行了研究。该树脂具有较低的黏度,25℃时约为240 mPa·s。分析了树脂的凝胶时间,得出凝胶时间与温度的函数,其表观活化能较大,成型时应严格控制树脂温度。结合DSC曲线,分析了该乙烯基树脂在不同升温速率下的固化放热行为,得出树脂理论的凝胶温度、固化温度和后固化温度。该树脂及其复合材料均具有良好的力学性能。     

RTM 工艺充模过程数值模拟及实验比较

树脂传递模塑(RTM ) 工艺越来越成为一种高效的先进纤维增强复合材料的制造方法, 其中RTM 的充模过程是一个很重要的步骤。本文对增强材料各向异性的二维RTM 充模过程进行数值模拟, 并把数值模拟结果和实验结果相比较。      

三维编织复合材料RTM工艺和力学性能

以气瓶、真空泵、热电烘箱组装了ＲＴＭ工艺装置，探索了三维编织碳／环氧６４８、碳／双马ＱＹ８９１１－ＩＶ成型的最佳温度、时间、压力等工艺参数，并用Ｘ射线对部分试质量谰定，研究了纺织工艺参数对力学性能的影响，结果发现随着编织角的增大，拉压模量和强度降低；编织角，尤其横向编织角影响泊松比；轴向纱能增加弹性模量和强度性能，减小泊松比。     

一种RTM 用苯并噁嗪树脂的工艺性及其复合材料性能

制备了一种可用于树脂传递模塑( RTM) 工艺的高性能苯并噁嗪共混树脂体系( BA21) 。研究了BA21 的注射工艺性, 确定了其固化程序, 并考察了采用RTM 工艺制备的BA21 基复合材料的基本力学性能。升温及恒温黏度测试结果表明, BA21 树脂体系能够用于RTM 工艺。依据修正的双阿累尼乌斯方程建立了与实验数据较为吻合的化学流变模型, 利用该模型可以选择合适的注射温度。通过不同温度下的恒温DSC 测试及修正的Kamal 动力学模型计算得到BA21 树脂体系的固化反应级数, 并确定后固化温度为200 ℃。采用RTM 工艺制得的玻璃纤维/ BA21 复合材料表现出优异的力学性能, 弯曲强度达600 MPa , 弯曲模量达30 GPa , 冲击强度达210 kJ/ m2 。      

RTM工艺注模过程边缘效应模拟分析

RTM工艺需将纤维预制体预置到模具中,由于纤维预制体结构不均匀性和模具形状、尺寸等影响,极易产生边缘效应。边缘效应会严重影响树脂流场发展和压力场分布。本文作者采用等效渗透系数方法模拟边缘效应,得到了其影响下的树脂流动前峰曲线和压力场。研究表明:一方面边缘效应可能导致不期望的树脂流场发展而形成工艺缺陷——干斑;另一方面可以利用边缘效应提高工艺效率:常流率注射时减小合模压力和注射压力,常压力注射时可以减少注模时间。      

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.     

乙烯基酯树脂体系流变特性及RTM工艺窗口预报研究

对992乙烯基酯树脂体系的流变特性进行研究。根据树脂的反应动力学特性,建立树脂的化学流变模型,模型分析结果与实验结果吻合较好。所建立的粘度模型,可有效模拟和预报树脂体系在不同工艺条件下的粘度行为,并准确预报RTM工艺的低粘度工艺窗口,为优化RTM工艺参数和保证产品质量提供必要的工艺基础数据和模型。     

复合材料厚壁连杆RTM成型工艺模拟及制造验证

根据复合材料的可制造性及RTM成型工艺的特点对复合材料厚壁连杆的几何外形进行了优化设计。测定了纤维预成型体的渗透率参数, 采用数值模拟技术研究其RTM成型工艺过程, 并根据RTM流动模拟结果设计了成型模具, 成功地利用RTM工艺制备了复合材料厚壁连杆样件。对样件的力学试验考核表明, 采用基于数值模拟技术的工艺设计能够很好地满足制件的制造及载荷要求。     

Simultaneous gate and vent location optimization in liquid composite molding processes

In liquid composite molding processes the resin is injected into the mold cavity, which contains pre-placed reinforcement fabrics, through openings known as gates while the displaced air leaves the mold through openings called as vents. Gate and vent locations determine process outputs such as fill time, pressure requirements and whether the fabrics will be saturated entirely, a requirement for the success of the mold filling operation. Disturbances such as racetracking, in which the resin flows faster along the edges of the mold, further complicate the gate and vent selection process. In this study, a cascaded optimization algorithm, which is created by integration of branch and bound search and map-based exhaustive search, is proposed for simultaneous gate and vent location optimization in the presence of racetracking. Three case studies are presented to demonstrate usefulness of this methodology and the results are validated in a Virtual Manufacturing Environment.     

A strategy for improving mechanical properties of a fiber reinforced epoxy composite using functionalized carbon nanotubes

Carbon fiber reinforced epoxy composite laminates are studied for improvements in quasi static strength and stiffness and tension-tension fatigue cycling at stress-ratio (R-ratio) = +0.1 through strategically incorporating amine functionalized single wall carbon nanotubes (a-SWCNTs) at the fiber/fabric-matrix interfaces over the laminate cross-section. In a comparison to composite laminate material without carbon nanotube reinforcements there are modest improvements in the mechanical properties of strength and stiffness; but, a potentially significant increase is demonstrated for the long-term fatigue life of these functionalized nanotube reinforced composite materials. These results are compared with previous research on the cyclic life of this carbon fiber epoxy composite laminate system reinforced similarly with side wall fluorine functionalized industrial grade carbon nanotubes. Optical and scanning electron microscopy and Raman spectrometry are used to confirm the effectiveness of this strategy for the improvements in strength, stiffness and fatigue life of composite laminate materials using functionalized carbon nanotubes.