热熔胶膜法制造预浸料对复合材料力学性能的影响

讨论了热熔胶膜法制备了３２３４／Ｇ８０３ＰＶ预浸料对其复合材料弯曲强度，弯曲模量和层间剪切强度及其保持率的影响，指出使用热熔法制备预浸料可以提高复合材料的耐湿热性。     

热熔预浸工艺及热熔热固性树脂的研究进展

热熔预浸工艺是近年来制备预浸料的一种新型成型工艺。热熔预浸工艺具有环保、低成本等优势,使其有望成为未来高性能复合材料成型的主要工艺。先进树脂基复合材料使用的热固性基体树脂由于存在脆性大、树脂和纤维浸润性较差等不足,很大程度上限制了热固性树脂在热熔预浸工艺中的应用。因此,研制适用于热熔预浸工艺的热固性树脂,是高性能树脂基复合材料的热点之一。综述了近年来环氧树脂、氰酸树脂、苯并噁嗪、双马来酰亚胺、酚醛树脂等几种主要的热熔预浸工艺用热固性树脂的研究概况。     

热熔法制备预浸料树脂基体的研究

本文向Ag-80/DDS体系中加入新型热塑性树脂PES,研究了体系中PES的含量对其性能的影响,从而发现当Ag-80:DDS:PES=100:55:10时,体系的力学性能、热性能与原体系相比无明显变化,而成膜性能、抗湿性能有显著提高,适于热熔法制备预浸料。     

纤维增强热塑性树脂预浸料的制备工艺及研究进展

热塑性复合材料因冲击韧性高、环境适应性强、可回收利用等优点,被广泛应用于汽车制造、航空航天、国防军工等领域。但因热塑性树脂加热熔融后较高的黏度使其很难与纤维充分浸渍。预浸料作为制造复合材料的中间材料,现阶段制备工艺已相对成熟,预浸料中纤维已被树脂浸润,因此通过预浸料制备的复合材料孔隙率较低。本文介绍了现阶段常用的热塑性预浸料制备方法及各自的优缺点,包括溶液浸渍法、熔融浸渍法、粉末浸渍法、薄膜叠层法、纤维混杂法以及反应链增长浸渍法。阐述了热塑性树脂熔体浸润纤维的浸渍机理,对浸渍机理的部分研究成果进行了概括。概述了浸渍温度、浸渍压力和牵引速率对预浸带性能的影响。最后指出了国内预浸料生产中存在的主要问题,未来可采用多学科结合、纤维树脂改性、对浸渍过程进行计算机模拟等方法促进热塑性预浸带的产业化发展。     

48″溶液法织物预浸机工艺稳定性研究

着重比较了不同批次预浸料的性能，进而评价了４８″溶液法织物预浸工艺稳定性。为批量生产质量合格的预浸料提供了依据。     

国产工装预浸料在复合材料模具上的应用研究

近些年,随着国内碳纤维复合材料模具需求的不断增长,国产工装预浸料的研发和应用备受关注。使用国产GE15环氧树脂基工装预浸料,进行环氧成型模的结构和铺层设计,并对生产工艺过程进行研究,成功完成了一套复合材料模具的试制。针对完成的环氧成型模进行气密性和型面精度实验,发现气密性满足模具30min内绝对真空变化值≤17kPa的要求;以母模实测模型为基准,环氧成型模的常温型面扫描数据范围最大为-0.2～0.214mm,相对精度较高,可以满足使用要求。     

风电叶片用国产碳纤维预浸料的制备及性能研究

本文制备了一种低压成型环氧树脂LTC80体系,对LTC80树脂的耐热性能、粘温特性等进行了研究;和国产碳纤维ZT6F复合制备风电叶片专用预浸料ZT6F/LTC80,对预浸料的物理性能、ZT6F/LTC80复合材料性能进行了研究。结果表明:LTC80树脂具有良好的工艺性能,适用于热熔法制备预浸料;ZT6F/LTC80预浸料适用于低压成型,ZT6F/LTC80复合材料性能优良,国产碳纤维预浸料满足风电叶片的使用要求并成功应用。     

预浸料的质量控制

预浸料的原料质量尤其是树脂质量是保证预浸料性能的基础,在预浸料制备过程中,及时、有效、无损的在线监测是预浸料发挥性能的保证。简要介绍了几种常用的在线监测手段,包括β射线监测、超声波监测、红外光谱监测及近红外光谱监测等。此外,预浸料成品的质量控制是复合材料性能的关键,其中凝胶时间、树脂流动性、挥发分含量、树脂含量、单位面积纤维质量等是预浸料重要的质量指标。     

预浸料的制备工艺及应用

本文介绍了国内外热固性预浸料和热塑性预浸料的制备工艺和预浸料典型厂家、产品及应用。     

单向碳纤维/环氧树脂预浸料热解特性

通过热重实验研究了单向碳纤维/环氧树脂预浸料的热解性能,利用FESEM测试分析了单向碳纤维/环氧树脂预浸料的热解残留物的形貌特征,得到其热解反应过程的物质参与。研究结果表明,单向碳纤维/环氧树脂预浸料的热解反应在空气中分为三个阶段,其中第一、二阶段是环氧树脂基体的热解,第三个阶段是碳纤维的热解。不同形态的单向碳纤维/环氧树脂预浸料在不同加热速率下的热解规律：随加热速率的增加,每个阶段的初始分解温度、反应最终温度及最大失重速率温度均向高温方向移动,热解温度范围逐渐扩大,质量损失明显增加。在相同的升温速率下,块状的单向碳纤维/环氧树脂预浸料相对于其粉末材料的热解时间较长,每个阶段的热解温度较高。     

全复合材料桁架扭转刚度分析

为了解决全复合材料桁架扭转刚度缺少实验外有效表征手段的问题,首先,基于均匀化思想,依据单胞剪切刚度相等原则,将全复合材料桁架等效为闭口薄壁梁,推导其等效扭转刚度;然后提出位移转换法并测量桁架转角,对全复合材料桁架扭转刚度进行了实验研究;最后,在梁单元桁架模型中嵌入精细化接头模型,对全复合材料桁架扭转刚度进行了仿真分析。结果表明:等效及仿真结果与实验值基本吻合,等效分析方法能够有效预测全复合材料桁架的扭转刚度,桁架仿真模型具有一定的工程实用性;实验方案可靠,所提出的位移转换法能够解决小转角测量相对误差较大的问题。     

Mixed-dimensional modeling by means of solid and higher-order multi-layered plate finite elements

Abstract

Solid and higher-order plate finite elements are coupled for the analysis of composite structures by means of the Arlequin method. Plate and solid elements are derived by a unified formulation and they do not depend on the number of nodes. Higher-order and zig-zag plate elements are easily formulated regardless the approximation order along the through-the-thickness direction. Composite and sandwich plates are investigated. Multi-model solutions are assessed towards equivalent mono-model ones and commercial finite element software results. The numerical investigation shows that higher-order plate finite elements and solid ones are successfully coupled.     

扭转振动压电超声换能器的研究

用声强技术检测区分板壳结构的空气传声与结构传声时，结构的辐射效率之差决定了检测结果的可信度，文中分析了实际结构的在声场激励下的实测辐射效率与无限大结构的空气传声辐射效率之差，及对区检测结果的影响。实验结果证实了理论分析。     

碳纤维/环氧预浸料摩擦滑移特性测试及其变化规律

带曲率的复合材料层合结构在制备过程中,预浸料铺层之间、预浸料铺层与模具之间会发生摩擦滑移行为,其滑移程度影响复合材料的制造质量。本文采用自行建立的预浸料摩擦滑移特性测试装置,针对碳纤维/环氧树脂预浸料体系,测试分析了不同工艺条件下,预浸料铺层与铺层之间,以及预浸料铺层与钢模具、铝模具和橡胶模具材料之间的摩擦滑移特性。实验结果表明,温度变化会改变预浸料铺层间的摩擦机制,而外压变化不改变预浸料铺层间的摩擦机制;较高的温度或较小的外加压力会减小预浸料铺层的摩擦阻力,有利于预浸料铺层的滑移运动;预浸料铺层与模具材料之间的摩擦滑移特性与模具材料的表面粗糙度有关,其摩擦阻力受温度影响更明显,而受外压影响变化较小。     

扭转振动压电超声换能器的研究

本文对夹心式复合结构压电超声扭转振动换能器进行了系统的理论研究，该换能器由两段金属真圆棒及切向极化的压电陶瓷圆片堆复合而成，文中首先研究了切向极化压电陶瓷细长管的扭转振动性，推出了其机电等效电路，并提出了压电陶瓷细长管截面扭转系数的概念。，     

不同手工制备方法对预浸料捻子条质量的影响

捻子条是用于复合材料梁肋结构三角空隙的填充材料,为优化捻子条手工制备方法,为工程实践及自动化生产提供依据,分别采用滚卷式和铺层式2种手工制备方法制备了预浸料捻子条,并通过对预浸料捻子条外形尺寸、微观结构及力学性能的表征,探索了不同手工制备方法对捻子条质量的影响。结果表明:2种方法制备的预浸料捻子条在外形尺寸上差别不大,纤维体积分数均约为60%、孔隙率均约为3%;但2种方法制备的捻子条在内部缺陷形式及力学性能方面差别较大,滚卷式制备的捻子条内部缺陷小而分散,纤维排列混乱,在弯曲载荷下产生纤维断裂失效;铺层式制备的捻子条内部缺陷大而连续,纤维准直度好,在弯曲载荷下产生分层断裂失效。     

预浸机织织物二维剪切性能模型

利用安装在拉伸试验机上的像框剪切装置, 研究了平纹预浸碳纤维机织织物的剪切行为。研究发现,预浸碳纤维织物的剪切行为与织物的分阶段剪切行为类似。根据实验结果, 分两个不同剪切阶段建立了预浸碳纤维织物的二维剪切性能模型。在剪切初始阶段, 利用扭力弹簧来模拟纱线交叉点之间的剪切摩擦, 通过实验确定了扭力弹簧扭转刚度系数。在剪切第二阶段, 给出了载荷与剪切角之间的关系模型。试验结果表明, 利用扭力弹簧可以很好地模拟剪切初始阶段的剪切摩擦。      

用DMA研究环氧预浸料的等温固化过程

采用动态力学分析法(DMA)对648环氧预浸料的等温固化过程进行了表征分析。以储能模量E′的相对增长率作为动态力学性能增长的指标,研究了不同恒温温度下E′的增长规律,并用Hsich非平衡热力学涨落理论、Avrami方程和等转变率 3种方法研究了预浸料的等温固化动力学。结果表明：648环氧预浸料等温固化过程中E′的增长分为高温和低温2种增长模式,低温下包含一个高温下没有的模量增长的过渡阶段,该阶段与测试频率具有明显的相关性。Hsich非平衡热力学涨落理论、Avrami方程可以对648环氧预浸料等温固化过程储能模量的相对变化进行分段描述。对活化能的计算结果表明,不同温度范围内恒温储能模量增长过程中活化能的数值及其变化趋势不同。     

A study on solid modelling with surface trimming method

Abstract

This paper proposes a Surface Trimming Method based on the intersection curves between free‐form surfaces so that a complex solid model with several primitive surfaces can be constructed. These solid models will not only be used by the mechanical engineering industry to design and analyze conventional mechanical parts, but will also be used by the civil engineers to design and analyze structures of irregular shape. The scope of solid modelling application is thus enhanced.