真空辅助树脂注射成型(VARI)研究进展

复合材料低成本制造工艺中,VARI是一种很重要的成型技术,本文对VARI的优点、难点、专用树脂体系、成型方法、树脂分配系统、树脂流动模拟及其国内外应用进行了综述.研究表明,VARI作为一种复合材料的低成本成型技术,已得到广泛应用,尤其是大尺寸、大厚度制件的制造.发展VARI工艺对于降低复合材料的制造成本、扩大复合材料的应用范围有很大作用.由于VARI常用于大尺寸结构件的制造,树脂充模过程的精确模拟对制品质量至关重要,目前国内对此研究仍停留在初级阶段,该方面研究需要引起重视.     

RTM多孔注射成型注射参数对树脂流动的影响规律研究

采用树脂传递模塑工艺成型结构件时,为了提高制造效率,往往采用多注射口的方式进行成型。多注射口成型过程中注射口和排气口的位置、注射压力等工艺参数的选择会影响树脂的流动,进而影响最终成型件的质量。当前大型结构件以及复杂结构件往往用到多注射口成型方式,需要获得多注射口工艺注射参数对树脂流动的影响。利用Fluent仿真软件进行了数值模拟,采用控制变量法,研究了多注射口的数量、相邻注射口之间的距离及注射压力对树脂流动的影响,得到了上述三个注射参数与熔接痕长度和充模时间之间的关系。研究结果表明:充模时间和注射口的数量、相邻注射口之间的距离以及注射压力均成反比;熔接痕长度与注射口数量、注射口之间的距离成正比,与注射压力无关。     

引擎盖VARTM成型充模流动模拟及优化

利用RTM-worx仿真模拟软件对引擎盖模型真空辅助树脂传递模塑(VARTM)成型工艺过程进行充模流动模拟,根据引擎盖模型的充模流动模拟结果,确定最终注射方案,并与引擎盖模型的VARTM成型工艺过程相比较。试验结果表明,VARTM成型过程与充模流动结果吻合较好,RTM-worx仿真模拟软件能够有效地对引擎盖模型进行充模流动模拟及优化。     

VARI液体成型复合材料机盖的数值模拟及工艺验证

针对复合材料机盖结构件进行了真空灌注(VARI)成型模拟,研究了不同注胶方案对注射时间的影响,以及导流网铺放和流道设计对树脂流动前锋和注胶过程的影响,优选出合理的注胶方式、导流网布局和流道设计,并进行工艺试验验证。结果表明,仿真模拟的树脂流动前锋与实际树脂的流动前锋趋势一致,而且均能将制件灌注完全,经检测满足成型制品性能要求,验证了工艺设计的合理性和模拟分析的有效性。     

1.5MW风机叶片VARI工艺模拟分析及验证

本文对采用真空辅助成型工艺(VARI)制造的1.5MW风机叶片的流道设计进行模拟分析。考察了不同注射方式、不同导胶管间距的充模时间,分析了树脂流动形态、模腔内压力分布以及溢料口位置,优化得到了风机叶片根部的最佳注射方案。在此基础上模拟整机充模成型,得到最佳流道设计方案为根部布置间距为487mm的两条管道,沿着叶片长度方向布置三条注射流道,注射口数量为13个,两端抽气,溢料口数量为14个。将模拟结果应用于实际叶片成型工艺中,实际充模时间为3.63h,与模拟结果相比误差为0.38h。     

泡沫夹芯结构复合材料VARI工艺模拟研究

提出了一种简单方便的等效建模法,解决了大尺寸夹芯结构或复杂形状夹芯结构真空辅助树脂灌注(VARI)成型工艺模拟仿真计算量大,效率不高的难题。采用等效建模法和细化建模法对矩形泡沫夹芯结构复合材料平板的VARI工艺进行了模拟仿真分析,并结合工艺成型实验进行了验证。结果表明,由两种方法计算得到的理论充模时间与实测树脂充模时间基本一致,采用等效建模法所得树脂流动前锋位置曲线与工艺成型实验测试值更加吻合。     

复合材料K/T型接头真空辅助成型工艺树脂流动研究

城市的现代化进程促进了大跨度结构的应用,用于结构间的连接接头需要具有良好的力学、耐疲劳和耐腐蚀性能。先进复合材料以优异的性能成为理想的接头材料,但高昂的制造成本限制了其应用。对基于真空辅助成型(VARTM)工艺制造K/T型接头时的树脂流动过程进行了研究,通过考察四种可能树脂注模方式所需注模时间及流动前锋的信息确定合理的工艺方式;并将模拟结果与相应试验结果对比分析,两者表现出良好的一致性。采用复合材料接头一体化制造模具制造出K/T型接头,并组装了典型复合材料桁架结构。试验结果表明,模拟所得注模方式可实现复合材料K/T型接头的低成本工艺制造,避免了由传统试错法确定注模方式带来的高成本。     

复合材料热膨胀成型工艺研究与应用

简要叙述热膨胀工艺的原理和成型工艺过程，对热膨胀芯模的材料性能和设计、制造进行试验，分析影响膨胀压力的因素，并与热压罐成型工艺进行性能对比。以硅橡胶材料制作的芯模与钢模组合使用制备碳纤维复合材料制件，应用效果较好。研究表明，该工艺适用于多腔体复合材料制件的整体共固化成型。     

LCM工艺中注射压力对纤维预成型体渗透率的影响

复合材料液体模塑成型技术(LCM)是一种高性能低成本先进复合材料制造技术,成型过程中干的纤维增强材料被反应性树脂浸渍.充模流动中纤维毡的渗透率是一个重要的参数,它综合反映了流动中树脂和纤维所有的相互作用.由于受很多因素的影响,渗透率值通常取决于工艺的特殊条件.本文采用径向流动法测试了纤维毡的面内渗透率,着重研究注射压力的影响.     

纤维复合材料的VARI工艺参数研究

以真空辅助成型(VARI)工艺为对象,建立了树脂浸润纤维增强材料过程的数学模型,研究了树脂黏度、纤维增强材料厚度及注射方式对树脂浸渍平面预制件的流动过程影响。研究表明,模拟仿真与实验验证结果基本吻合,注射方式和预制件材料的厚度对充模成型的影响较大,采用数值模拟法合理优化流道、注脂口和抽气口等工艺参数,可提高复合材料制品生产效率,降低生产成本,对指导实际生产具有重要意义。     

“口”字形碳纤维/铝复合材料的制备及力学性能

为实现汽车轻量化，提高汽车安全系数，以碳纤维、铝板为增强材料，环氧树脂为基体，采用真空导入成型工艺制备超混杂三维编织“口”字形碳纤维/铝复合材料，研究了所制备复合材料的弯曲和冲击性能，分析“口”字形编织及铝板对复合材料力学性能的影响。结果表明：采用“口”字形编织，解决了纯碳纤维树脂基复合材料韧性差的问题，在减轻质量的同时使得复合材料挠度增大，冲击强度提高16.64%；在编织时加入铝板，复合材料承受弯曲载荷提高26.02%，冲击强度在“口”字形编织的基础上再提高23.53%。     

ITER校正场线圈试验件VARTM工艺模拟

对国际热核实验反应堆(ITER)校正场线圈试验件的真空辅助树脂传递模塑(VARTM)工艺进行了模拟,分析了注射口位置、数量对充模过程的影响。结果表明,最优的注射位置在两匝导体之间;随注射口数量增加,充模时间近似呈指数衰减。对试验件实际浇注过程进行了模拟,通过流动前沿确定了溢料口位置。根据模拟的注射口和溢料口位置设计模具,进行浇注试验。计算充模时间6 290 s与实际时间6 600 s接近,试验件固化后无干斑缺陷。VARTM工艺模拟可为校正场线圈提供制造方案及工艺优化。     

VARI工艺制备碳纤维/环氧树脂复合材料的耐腐蚀性能及断口形貌分析

研究了用真空辅助树脂灌注（VARI）成型工艺制备碳纤维复合材料的耐腐蚀性能，并对采用VARI工艺制备的碳纤维复合材料制件进行了断口形貌分析。结果表明：碳纤维树脂基复合材料的拉伸强度是395.93 MPa，弯曲强度是568.44 MPa，模拟海水中浸泡70天后拉伸性能和弯曲性能的保持率仍能保持在80%以上；腐蚀前环氧树脂与碳纤维编织布总体浸润充分，拉拔孔洞少，腐蚀后树脂对纤维包裹性变差，孔洞变多，但仍保持材料的大部分优良性能。     

CFRP尾撑杆热缩套管成型工艺质量缺陷的研究

重点论述了碳纤维复合材料(CFRP)锥形管在采用热缩套管成型工艺过程中表面易产生皱褶、孔隙的原因,指出了热缩套管的残余收缩率及柔韧性不利于树脂的流动和气泡的排出.试验结果表明:成型过程中尽可能采用预压实工艺,排出预浸料吸收的水分及铺叠过程中夹裹的气体;选择合适的热缩套管,是解决CFRP尾撑杆表面皱褶和气孔等工艺质量缺陷的关键.     

基于Kriging与GA的双层变模温注射成型收缩控制策略

高温、高压的成型条件,使双层变模温制品的成型收缩对工艺参数的变化极为敏感,双层变模温制品的成型收缩控制策略成为提高制品质量的关键。以某空调遥控器前盖双层变模温成型工艺开发为例,探讨并制定了其成型收缩的控制策略。确定了考量成型收缩的多目标评价体系及参数变量,以拉丁超立方取样设计试验,并利用数值模拟软件进行充模、保压及冷却等过程模拟获取试验数据,建立了基于Kriging代理模型的变量与评价指标间的数学关系;利用遗传算法对数学关系进行迭代,寻找最优成型收缩的评价指标及变量组合;最后,将模拟及生产试验对研究策略的科学有效性进行验证。     

三维整体编织复合材料管的设计与制造

采用四步法编织技术，对三维整体编织管理增强本进行了设计，利用树脂传递模塑工艺成型了复合材料管，并测试了其拉伸性能。     

树脂传递模塑充填过程的数值模拟

树脂传递模塑成型（RTM）工艺是在一定温度及压力下把低黏度的树脂注入预先置有增强纤维的模具中,然后固化成型的一种复合材料液体成型方法。本文建立了RTM工艺充模过程的数学模型,并采用有限元/控制体积法实现了对复杂薄壁构件的充填模式、压力场和速度场的模拟。     

基于Kriging与GA的双层变模温注射成型收缩控制策略

高温、高压的成型条件,使双层变模温制品的成型收缩对工艺参数的变化极为敏感,双层变模温制品的成型收缩控制策略成为提高制品质量的关键。以某空调遥控器前盖双层变模温成型工艺开发为例,探讨并制定了其成型收缩的控制策略。确定了考量成型收缩的多目标评价体系及参数变量,以拉丁超立方取样设计试验,并利用数值模拟软件进行充模、保压及冷却等过程模拟获取试验数据,建立了基于Kriging代理模型的变量与评价指标间的数学关系;利用遗传算法对数学关系进行迭代,寻找最优成型收缩的评价指标及变量组合;最后,将模拟及生产试验对研究策略的科学有效性进行验证。     

基于RTM工艺的复合材料成型模具设计研究

树脂传递模塑成型是一种闭模成型工艺,可以制造具有精确厚度、正反表面均光滑的复合材料制件,具有高效、低成本、受环境影响小等优点.采用RTM工艺的成型模具应保证其结构尺寸的准确性,便于合模、启模,具有足够的强度和刚度,密封结构可靠,注胶口、排气口设置合理,考虑回弹及模具与制件热膨胀系数不一致对制件外形及尺寸的影响.采用PA...     

RTM工艺充模过程模拟研究进展

主要介绍了RTM工艺树脂充模过程的流动模式、充模过程模拟的流动模型和模拟方法。讨论了不同模拟情况下所需的合理假设、边界条件的设置以及采用的不同数值计算方法。同时,介绍了目前基于数值计算的RTM仿真软件,提出了RTM充模仿真研究的未来发展趋势。