基于压电传感器的树脂基复合材料固化过程监测

复合材料固化成型工艺是影响树脂基复合材料结构性能的关键之一,因此需要针对其固化过程进行有效在线监测。本文基于压电传感器提出一种超声导波技术和机电阻抗技术相结合的树脂基复合材料固化过程监测方法,研究了超声导波能量与固化时间的关系及机电阻抗共振峰随固化时间的变化规律。研究表明,固化过程中树脂基复合材料结构的超声导波信号幅值和机电阻抗信号共振峰频率均出现先减小后增大并逐渐平稳的趋势,可以体现树脂基复合材料固化过程中的一系列变化。以监测单向碳纤维(T300)/热固性环氧树脂预浸料固化为例,验证压电传感器对复合材料固化的监测方法。T300/热固性环氧树脂复合材料在真空袋压、固化温度为120℃条件下,20 min为凝胶时间点,65 min为固化完成时间点。本研究基于压电固化过程在线监测方法为树脂基复合材料成型工艺的设计和优化提供了基础数据和技术支撑。      

树脂基复合材料固化的计算机模型EI

本文主要介绍树脂基复合材料固化计算机模型研究目的，模型特点，进展及存在问题。     

基于FBG在线监测的环氧树脂封装材料的固化过程EI北大核心CSCD

使用光纤布拉格光栅(Fiber Bragg Grating, FBG)传感器实时在线监测电子封装用液态环氧树脂固化过程中的温度和应变,以及在同一模具内相同水平高度、不同位置处(FBG传感器所测)的温度和应变随固化时间的演变,研究了环氧树脂用量对树脂固化过程中温度和应变演变的影响。结果表明:在环氧树脂固化过程中模腔内同一水平高度、不同位置处的应变-时间曲线和温度-时间曲线有很好的一致性,说明在环氧树脂的固化过程中温度和应变响应与水平位置无关;同时,在FBG传感器埋入位置固定的前提下,树脂固化过程中的温度最大值和树脂完全固化后的最终残余应变都随着环氧树脂用量的增加而增大。     

民用航空发动机树脂基复合材料应用进展EI北大核心CSCD

树脂基复合材料因其比强度比刚度高、可设计性好、阻尼减振性能优异、易于整体化成型等优点已成为新型航空发动机重要的结构材料。本文选取风扇叶片、包容机匣、声衬和衬套等典型航空发动机部件,介绍了树脂基复合材料在国外民用航空发动机的应用状况。之后论述了树脂基复合材料在航空发动机结构优化、经济性、环保性等方面的优势。基于微纳材料混杂技术、3D打印技术和超材料技术分析了航空发动机树脂基复合材料发展的新趋势。最后从"设计-材料-工艺-评价"角度就未来树脂基复合材料在我国民用航空发动机应用发展提出了一些思考。     

纤维增强树脂基复合材料超声波焊接技术及应用研究进展EI北大核心

与传统的胶接和机械连接相比,超声波焊接(USW)技术为纤维增强树脂基复合材料(FRPC)结构成形制造提供了一种新的经济高效连接方法。本文首先介绍了FRPC的USW装置系统、工艺过程和焊接原理,系统分析了热塑性复合材料(TPC)USW的工艺参数、导能筋结构类型等对焊接头质量的影响规律及作用机制,讨论了热固性复合材料(TSC)USW技术的实现途径及影响TSC-TSC,TSC-TPC焊接头质量的关键因素;然后评述了满足大型复杂FRPC结构制造要求的连续USW技术及设备发展现状;最后,总结了FRPC的USW技术在国外航空和汽车领域中的工程应用情况,并了解到国外已完成了USW技术的工程验证,而我国FRFC的USW技术研究尚处于起步阶段。因此,发展FRTP的USW技术成为现阶段实现大规模装配CFRTP零部件的关键技术之一,也是未来飞机制造技术的一项长期任务。     

树脂基复合材料制件微波固化数值模拟

以T800碳纤维/X850环氧树脂复合材料T型制件为结合对象,利用COMSOL Multiphysics仿真软件,建立了反映复合材料制件单馈口谐振腔体微波固化的有限元仿真模型,研究了微波腔体和制件内部的电磁场、温度场、固化度场的分布规律及其与微波输入功率的映射关系。结果表明：在微波腔体内和制件内存在相反的电场强度分布,在复合材料制件内,远离微波馈入端口的区域的电场强度要高于近馈入端口区域,且在制件棱角区域,电场强度存在较强的尖端效应;随微波输入功率增加,微波腔体及制件内部的电场强度均随之增加,制件内电场强度最大值出现在上、下表面,且下表面温度明显较上表面高;提高微波输入功率会导致制件升温过快,进而诱发温度及固化度梯度。在升温中后期的制件厚度方向,温度和固化度梯度较明显。本文推荐微波输入功率应控制在500 W以内。     

用光纤进行树脂基复合材料的成型过程监测

研究了用光纤对碳纤维环氧树脂复合材料成型监测的方法和系统。通过测量复合材料成型过程中树脂折射率的变化来反映树脂的粘度变化和固化过程。     

航空发动机用树脂基复合材料应用进展与发展趋势EI北大核心CSCD

树脂基复合材料具有比强度和比模量高、疲劳性能和耐腐蚀性能好等优点,已经成为航空发动机冷端部件的应用和发展趋势。国外航空发动机用树脂基复合材料研究起步较早,已经在多型发动机的风扇叶片、风扇机匣、外涵机匣、短舱等部件得到成熟应用,并朝着结构形式更优、材料性能更好、制造成本更低、自动化程度更高的方向发展。国内树脂基复合材料发展基础良好,但与国外相比在发动机上应用比例不高,需要进一步提升设计、材料、制造、实验技术水平及工程化能力。本文重点论述国外航空发动机复合材料构件的结构、材料和工艺发展现状,分析发展趋势,从建立航空发动机用复合材料体系、加强应用研究和设计牵引、推进预研成果转化和自动化技术应用等方面提出相关建议。     

碳纤维增强树脂基复合材料与铝/镁合金连接研究进展EI北大核心CSCD

运载工具的轻量化是解决当前能源危机和环境问题的重要手段之一,得到国内外学者的高度重视。碳纤维增强树脂基(carbon fiber-reinforced polymer,CFRP)复合材料和以铝镁为代表的轻合金具有一系列优异的力学性能与加工特性,是极具应用前景的轻量化材料,实现这两种材料之间的有效连接,成为当下研究的热点。然而由于异种材料之间理化性能差异较大,在生产过程中混合应用多种轻量化材料仍面临巨大挑战。本文通过对胶接、机械紧固、搅拌摩擦及其变种工艺连接技术的研究进展、优缺点、发展趋势进行汇总分析,考察不同连接方式下获得接头的微观形貌,总结了CFRP与铝镁轻合金搅拌摩擦连接的三种机理包括宏观锚定、微观机械嵌合与化学键连接。最后,基于以上三种连接机理,指出进一步提升混合接头性能的关键在于增大金属母材表面粗糙度,增加熔融高分子面积和采用混合连接工艺。     

航空发动机用聚酰亚胺树脂基复合材料固化工艺及热稳定性能EI北大核心CSCD

针对航空发动机的需求,开展聚酰亚胺树脂基结构复合材料固化工艺与热稳定性评价研究。建立EC-380A树脂的固化动力学方程,模拟树脂固化度随温度和时间的变化。进一步结合树脂流变特性,制定并验证EC-380A复合材料固化成型工艺,制备发动机大尺寸复合材料典型件。通过热老化失重、预置缺陷层合板内部质量和力学性能,评价复合材料的热稳定性。采用330-380℃多温度分级固化的方法,复合材料可整体铺贴无缺陷热压成型。复合材料热稳定性优异,具备370-400℃耐温能力,370℃和285℃累计热老化1000 h,复合材料失重在1.3%左右;400℃热老化后,复合材料无新增缺陷、预置缺陷无扩展,表现出高温结构稳定性。     

超声波法在线监测端羟基聚丁二烯/甲苯二异氰酸酯体系的固化过程

采用超声波纵波透射法在线监测了端羟基聚丁二烯/甲苯二异氰酸酯（HTPB/TDI）体系在不同温度下的固化过程,测定了固化过程中超声波的声速与衰减,计算了体系的纵向储能模量和固化度,由此确定了体系的凝胶化、硬化以及固化终点时间。与红外光谱法相比,超声波法通过表征固化体系模量的变化更合理地揭示了体系物理交联和化学交联两方面协同作用的固化机理,对HTPB/TDI体系硬化后的固化过程监测更为灵敏。     

树脂基复合材料固化过程的超声波在线监测研究进展

热固性聚合物复合材料的固化过程是化学交联和物理凝固共同作用的结果。与传统的红外光谱、介电分析法、差示扫描量热法、动态力学热分析和流变测试等离线分析方法相比,超声波在线监测法能够合理预测体系固化过程中的力学行为参数,实现对复合材料固化行为的实时反馈及完整表述。文中介绍了超声波在线监测技术的测试原理,综述了国内外采用超声波在线监测法研究纯树脂及其复合材料体系力学状态转变过程和固化动力学的进展。     

树脂基复合材料原位固化制造技术概述

随着树脂基复合材料应用领域的扩大和使用量的增加,发展树脂基复合材料自动化、低成本制造技术成为先进制造技术领域的研究热点.本文详细介绍了树脂基复合材料原位固化制造技术的概念、产生与意义,对目前国内外各种树脂基复合材料原位固化制造技术的研究作了综述；对比分析了用γ射线、X射线、热、微波、紫外光和电子束等固化方式进行原位固化...     

超声波法表征纤维增强树脂基复合材料固化行为

采用超声波法对乙烯基酯树脂、玻璃纤维/乙烯基酯树脂、碳纤维/乙烯基酯树脂3种体系的固化反应过程进行了实时监测, 准确测量了超声波在3种体系中的传播速度及振幅衰减随体系固化反应时间的变化, 研究了纤维对树脂体系凝胶时间、固化过程体积储能模量及反应活化能的影响。结果表明, 玻璃纤维/树脂体系的反应活化能较纯树脂体系减小14 %, 固化速率加快; 而碳纤维/树脂体系的反应活化能较纯树脂体系增大15 %, 固化速率较纯树脂体系慢。超声波技术能够实时在线监测并量化纤维/树脂复合体系的固化行为, 为复合材料的制备工艺和性能研究提供了一种重要的量化手段。      

光纤自参考法探测树脂基复合材料的固化过程及其它方法的对比分析

本文在分析各种树脂基复合材料固化过程监控可行方法的基础上，展现一种自参考监控方式，实验结果显示了很好的应用前景。     

超声波实时监测乙烯基酯树脂固化反应过程

采用超声波纵波透射法对乙烯基酯树脂固化反应过程进行了实时在线监测,准确测量了超声波在树脂体系中的传播速度及振幅衰减,研究了不同厚度树脂的固化反应过程及其储能模量和固化度的变化。实验显示,随着固化反应进行,超声波声速增加,振幅衰减先增大后降低。超声波声速变化与固化过程中体系力学性能的变化有关,通过声速与振幅衰减能实时获取体系的储能模量、凝胶时间及固化度。结果表明,超声波技术能够实时监测树脂体系的固化过程和性能变化,对树脂类复合材料的制备工艺和性能研究有重要的指导作用。     

高性能铝基复合材料研究进展EI北大核心

自1960年代以来,全球持续开展了铝基复合材料研究,研发了损伤容限型、耐蚀型、高强型、耐热型、低膨胀型等一系列高性能铝基复合材料。这些复合材料已应用于航空、航天、电子和交通领域。然而,与传统金属材料和树脂基复合材料相比,目前高性能铝基复合材料的应用市场仍然很小。本文综述了高性能铝基复合材料在增强体、铝基体、制备方法、组织、性能和应用等方面的进展,讨论了在原材料、工程化、质量稳定性、性能数据、成本、应用和材料研制等方面存在的问题,从应用基体研究、材料研制、工程化、应用等方面展望了未来发展方向。高性能铝基复合材料的未来发展方向包括提升原材料质量、改善工艺稳定性、降低成本、加强工程化、扩大应用、探索增材制造+模锻技术及研制新一代纳米增强和纳米/微米混杂增强铝基复合材料。     

电子束固化树脂基复合材料中碳纤维表面改性研究

利用阳极氧化方法和偶联剂对碳纤维表面的物理和化学性质进行改性，采用原子力显微镜（AFM）和X射线光电子能谱（XPS）分析了碳纤维表面改性前后的形貌和化学成分的变化，利用Keaelble法计算了碳纤维的表面能。研究结果表明，阳极氧化改性的碳纤维表面粗糙度增加，表面活性；表面活性官能闭增多，表面能中极性成分增加明显，碳纤维表面引入的活性氮和化学吸附的碱性物质使电子束固化复合材料界面处的引发剂中毒，复合材料界面性能减弱，与电子束固化工艺相匹配的偶联剂在碳纤维与树脂基体之间形成化学桥，使电子束固化复合材料界面性能得到明显提高。     

树脂基复合材料隔热涂层的研究进展

对树脂基复合材料隔热涂层的发展状况进行了综述，探讨了不同隔热涂层的作用原理，特点和应用前景，以及需要解决的问题和发展方向，对其应用领域的进一步扩展进行了预测。