采用薄膜传感器的树脂基复合材料热压罐工艺密实压力测试方法

针对树脂基复合材料层板热压罐成型工艺,采用薄膜压力传感器建立了密实压力在线测试系统,用于监测成型过程中复合材料所受密实压力的大小和分布。研究了密实压力测试系统在热压罐工艺条件下的适用性,在此基础上以该系统为测试手段,研究了热压罐工艺下L形碳纤维/环氧树脂复合材料层板的密实压力变化规律及模具形式的影响。结果表明: 所建立的密实压力测试系统具有较高的准确性和动态响应性,能够测试高温条件及曲面位置的密实压力,满足复合材料热压罐成型过程中密实压力的在线测试要求; L形复合材料层板成型过程中拐角区与平板区的密实压力随热压罐压力增大而增加,但增加速度和最终大小不同,阳模成型时拐角区密实压力高于平板区,阴模成型时拐角区密实压力小于平板区和外加压力,表明曲面结构与平板结构的密实行为具有差异性。     

复合材料层板热压工艺参数的分析与优化

在热固性树脂基复合材料热压成型过程中,外加压力和加压时机是决定层板厚度、纤维含量以及孔隙含量的两个主要因素.基于复合材料热压成型过程树脂流动模型,采用遗传算法,根据固化层板纤维体积分数的要求,对单向和正交两种铺层形式的T700/5228和T700/5224层板加压时机进行了分析.以航空航天应用的典型纤维含量为准,对优化得到的加压时机以及不同工艺条件下固化层板内纤维分布特点进行了分析.结果表明,纤维、树脂种类相同,铺层方式不同,加压时机差别很大;纤维种类、铺层方式以及初始和优化目标相同的条件下,不同树脂体系,加压时刻树脂粘度基本相同;层板内纤维分布均匀性主要由纤维层压缩特性决定.采用本文建立优化方法,可以快速地得到满足目标纤维含量要求的加压时机,具有重要的学术价值和工程应用意义,有助于降低成本,缩短复合材料研制周期.     

碳纤维复合材料的雷达透射性研究

研究发不同铺层对碳纤维复合材料雷达波透射系数的影响。结果表明，在单向纤维铺层中，随着铺层层数的增加，材料的透射系数降低，随着纤维与电场方向夹角│θ│增大。材料的透射系数升高。     

硅橡胶热膨胀工艺预浸料铺层内树脂压力变化规律

采用硅橡胶热膨胀工艺制备了碳纤维/双马树脂复合材料层板, 通过自行设计的成型模具及树脂压力在线测试系统测试并分析了成型过程中热胀压力和预浸料铺层内树脂压力的变化规律, 考察了工艺间隙和温度分布的影响, 并通过显微观察分析了不同工艺条件下层板的密实状况。结果表明: 采用树脂压力在线测试系统, 可实现热膨胀工艺预浸料铺层内树脂压力的测试; 工艺间隙和硅橡胶内的温度分布对树脂压力及硅橡胶的热胀压力有重要影响, 在零吸胶工艺条件下, 当工艺间隙设计合理时, 凝胶前热胀压力和树脂压力的变化趋势及变化程度基本一致, 固化层板纤维密实并且厚度均匀; 通过增加恒温平台减小硅橡胶内部温差, 可使热胀压力的增加速度减小。      

复合材料等厚层板热压成型中树脂流动过程数值模拟

树脂基复合材料热压成型过程中树脂流动在很大程度上决定着层板纤维含量、 孔隙含量以及层板尺寸 , 根据有效应力原理与达西渗流定律建立了描述复合材料等厚层板热压成型过程树脂流动与纤维密实的数学模型 , 采用有限单元方法实现了热压成型中纤维密实均匀状况的预报。分析了温度边界条件、 铺层方式对树脂流动过程的影响。结果表明: 温度边界条件对计算结果影响比较大 ; 铺层方式对层板厚度以及纤维体积分数分布规律影响非常大 ; 边界条件以及材料参数的准确性直接影响计算结果的可靠性。以 T700S/环氧 5228单向层板为例进行了实验验证 , 结果表明计算与实验结果的一致性非常好。      

热压罐零吸胶工艺树脂压力在线测试及其变化规律

针对碳纤维缎纹布/环氧914预浸料热压罐零吸胶工艺,采用热压成型过程树脂压力在线测试系统监测树脂压力的大小与分布,分析了真空、外加气压对树脂压力的作用规律,通过显微观察研究了真空及外加气压对孔隙缺陷的影响。实验结果表明,所采用的在线测试系统可以定量分析真空在铺层内的作用程度和树脂压力的变化;零吸胶工艺树脂承担了大部分外压且沿层板厚度及面内方向分布均匀;真空通过铺层内的气路通道排出夹杂空气,其作用程度受到树脂黏流状态和铺层密实程度的影响;不同压力条件下复合材料层板孔隙状况与树脂压力的测试结果相吻合。     

混杂工艺对椰壳-大麻/聚丙烯复合材料力学性能的影响

采用正交分析法,讨论混杂工艺和复合工艺对椰壳-大麻/聚丙烯（PP）复合材料力学性能的影响。结果表明,混杂处理后的椰壳-大麻/PP复合材料的力学性能均比相同复合工艺条件下的大麻/PP复合材料有较大程度的改善。椰壳纤维与大麻纤维质量比对混杂椰壳-大麻/PP复合材料力学性能影响最大,且混杂椰壳-大麻/PP复合材料的力学性能随椰壳纤维含量的增加而线性增大;混杂针刺毡中PP纤维质量分数对混杂椰壳-大麻/PP复合材料的抗弯强度影响较大,最初混杂椰壳-大麻/PP复合材料的抗弯强度随PP纤维质量分数的增加而减小,随后又随PP纤维质量分数的增加有一定程度的增大,而混杂椰壳-大麻/PP复合材料的抗拉强度则随PP纤维质量分数的增大而线性减小;混杂椰壳-大麻/PP复合材料的力学性能随复合层压温度的升高呈下降趋势。      

不同纤维堆积状态下饱和渗透率实验研究

通过调节压力控制纤维体积分数, 用单向饱和流动法对纤维层厚度方向的饱和渗透率进行了测定。考察了纤维体积分数随压力的变化规律, 并分别研究了纤维体积分数、纤维层数、铺层方式和纤维种类对渗透率的影响。结果表明, 当纤维体积分数超过某临界值后其值随压力增大的幅度减小。单向和正交铺层时层数变化对渗透率没有影响, 而平纹布渗透率随着纤维层数的增加而减小。此外, 纤维种类的改变对渗透率有明显影响。      

不同秸秆纤维增强聚己内酯复合材料的力学及降解性能研究

分别采用小麦秸秆、玉米秸秆纤维对聚己内酯进行改性,利用热压工艺得到了秸秆纤维/PCL复合材料;分别研究了小麦秸秆、玉米秸秆纤维的添加量对复合材料力学性能、降解性能的影响。研究结果表明:2种复合材料的断裂伸长率、拉伸强度呈现先增大后减小的趋势,通过比较2种复合材料的力学性能及降解性能,玉米秸秆纤维/PCL复合材料的性能相对较优。     

光纤微弯压力测试系统实时监测复合材料热压成型过程

利用自行研制的光纤微弯压力测试系统, 对树脂基复合材料热压成型过程进行实时监测。实验结果表明, 该系统除了能较好地反映垂直层板方向压力变化外, 还能提供加压过程树脂流动状态及层板密实达到稳态均匀时间的相关信息。这些结果对确定合理加压点及保压时间、优化工艺参数、控制复合材料成型构件质量具有十分重要的意义。      

复合材料热压成型过程的树脂压力测试系统

在树脂基复合材料的成型工艺中大多涉及到树脂的流动过程, 而树脂压力是反映这一过程的重要参数, 监测成型过程中树脂压力的变化可以为工艺参数的选择和构件质量的控制提供指导。本文中针对热压工艺, 根据液体传压原理和特点, 自行研制了复合材料成型过程树脂压力测试系统, 对系统的精度和动态响应性能进行了研究, 并以该系统为测试手段, 初步研究了玻璃纤维单向层板中树脂压力的变化规律。结果表明, 该系统具有准确度高和动态响应敏感的特点, 满足热压成型过程树脂压力的测试要求, 为研究工艺过程树脂流动行为提供了有力的测试与验证手段。      

L形层板真空袋成型缺陷的实验研究

采用真空袋阳模成型法在不同条件下制备了90°的L形玻纤单向布/环氧树脂层板, 对层板不同位置处纤维密实和缺陷状况进行了研究, 考察了成型过程主要工艺条件对缺陷的影响规律。结果表明, 富树脂、 孔隙、 厚度分布不均和纤维屈曲变形是L形层板中主要的缺陷类型, 加压时机、 层板尺寸、 铺层方式以及边界条件对纤维密实和缺陷的形成都有重要的影响。对以上各种缺陷的产生机制进行了初步分析: 剪切流动的存在导致层板厚度分布不均匀而且出现富树脂区; 纤维的屈曲变形是由于轴向受压缩力; 本文实验条件下孔隙的主要来源是夹杂空气。研究结果对热压工艺中缺陷的预测与控制以及工艺参数的优化具有重要的指导意义。      

Effects of Processing Parameters on the Forming Quality of C-Shaped Thermosetting Composite Laminates in Hot Diaphragm Forming Process

In this study, the effects of processing temperature and vacuum applying rate on the forming quality of C-shaped carbon fiber reinforced epoxy resin matrix composite laminates during hot diaphragm forming process were investigated. C-shaped prepreg preforms were produced using a home-made hot diaphragm forming equipment. The thickness variations of the preforms and the manufacturing defects after diaphragm forming process, including fiber wrinkling and voids, were evaluated to understand the forming mechanism. Furthermore, both interlaminar slipping friction and compaction behavior of the prepreg stacks were experimentally analyzed for showing the importance of the processing parameters. In addition, autoclave processing was used to cure the C-shaped preforms to investigate the changes of the defects before and after cure process. The results show that the C-shaped prepreg preforms with good forming quality can be achieved through increasing processing temperature and reducing vacuum applying rate, which obviously promote prepreg interlaminar slipping process. The process temperature and forming rate in hot diaphragm forming process strongly influence prepreg interply frictional force, and the maximum interlaminar frictional force can be taken as a key parameter for processing parameter optimization. Autoclave process is effective in eliminating voids in the preforms and can alleviate fiber wrinkles to a certain extent.     

碳纤维/铝复层材料的组织和力学性能

在1060系铝基体表面镀镍碳纤维作为增强体,进行真空热压扩散制备出碳纤维/铝复层材料。研究了制备工艺参数(加热温度、保温时间、压力大小)和碳纤维体积分数对碳纤维/铝复层材料的微观组织、界面结合、性能强度和断口形貌的影响。结果表明：碳纤维与铝基体界面结合良好,镀镍层与铝基体在碳纤维附近反应生成的Al₃Ni阻止了铝基体与碳纤维之间生成脆性相Al₄C。随着碳纤维体积分数的提高,材料的抗弯强度先提高后降低。     

静电植绒法处理多壁碳纳米管改性玻纤织物/环氧树脂复合材料的制备及力学性能

为提高玻纤增强环氧树脂复合材料的力学性能,采用静电植绒法将多壁碳纳米管(MWCNTs)附着在玻纤织物表面,得到改性的玻纤织物。利用一种低黏度的环氧树脂和所制得的改性织物,采用真空辅助成型工艺(VARI)制备了MWCNTs改性格玻纤织物/环氧树脂复合材料层合板,表征了层合板的力学性能。对进行力学实验后的MWCNTs改性玻纤织物/环氧树脂复合材料试样断口进行了SEM和OPM观察。结果显示:与未添加MWCNTs的玻纤织物/环氧树脂复合材料层合板相比,添加了MWCNTs的层合板的拉伸强度降低了10.24%,弯曲强度降低了13.90%,压缩强度降低了17.33%,拉伸模量和弯曲模量分别提高了19.38%和16.04%,压缩模量提高了13%;MWCNTs与玻纤织物之间的结合较弱,在拉伸作用下,存在明显的脱粘和分层;将改性玻纤织物在200℃下热压处理2h后,制备的MWCNTs改性玻纤织物/环氧树脂复合材料层合板的力学性能均有所提高,热压处理后树脂与玻纤织物之间的界面结合得到改善。     

环氧复合材料层板热压成型孔隙缺陷影响因素

针对玻璃纤维/环氧复合材料, 采用真空袋和热压机工艺, 研究了层板中孔隙含量、 形态及其分布规律, 考察了成型温度、 工艺压力、 预浸料吸湿量、 铺层方式等因素对孔隙缺陷的影响, 并应用Kardos气泡模型对实验结果进行了理论分析。结果表明: 孔隙缺陷的主要影响因素随工艺方法而变化, 单向层板中孔隙率的分布规律有着很好的一致性; 同时Kardos气泡模型可用于判断孔隙缺陷的形成状况。      

真空导入模塑工艺中织物预成型体的可压缩性

采用真空加载方法研究了循环加载、织物形态、纤维种类、织物层数、铺层方式和混杂方式等参数对真空导入模塑工艺(VIMP)中纤维织物预成型体压缩行为的影响。结果表明: 预成型体纤维体积分数随着压缩循环加载次数的增加而逐渐增大, 但增幅呈现逐渐减小的趋势; 在相同的压缩载荷下, 预成型体的纤维体积分数随着织物层数的增加而增大, 但增幅很小, 对于VIMP制备复合材料构件基本可以忽略; 纤维预成型体在压缩载荷下的响应方式与织物形态、纤维种类、铺层方式和混杂方式等因素密切相关, 单向铺层比正交铺层更容易压缩而获得较高的纤维体积分数, 夹芯混杂比层间混杂方式更容易压缩。      

深海环境下树脂基复合材料吸湿行为

通过自制压力容器模拟深海环境, 采用称量法获得玻璃纤维增强环氧树脂(GF/CYD-128)层合板在不同压力下吸湿数据, 研究GF/CYD-128层合板在深海环境的吸湿行为。结果表明: 0~3.0 MPa压力范围内GF/CYD-128层合板饱和吸湿量随着压力的增加呈现先下降后增加的趋势, 压力为2.5 MPa时饱和吸湿量最低, 其饱和吸湿量随浸泡压力变化的趋势可用二次多项式描述; GF/CYD-128层合板在深海环境中的吸湿行为呈现non-Fick特征, 但可以采用Langmuir 模型进行描述。利用Langmuir模型准确预测了深海环境中GF/CYD-128层合板的吸湿行为。