织物预成型体毛细作用研究

研究了不同定型剂含量、纤维体积分数的三种织物的毛细作用,运用达西定理由非线性回归法得到了纤维织物的毛细压力和渗透率的解析值.并由实验结果分析了定型剂含量、纤维体积分数对不同种类织物的浸润的影响规律.研究结果表明:织物的毛细渗透速度主要是由毛细压力决定;在本实验范围内渗透率随Vf的增加而线性下降,而毛细压力和渗透速度随Vf的增加呈现了一个先减小后增大的过程;定型剂的加入使织物的毛细压力减小,使SW280和3186两种缎纹布渗透率略有减小而G827单向布的渗透率增大.     

液体模塑成型工艺用纤维织物厚度方向饱和渗透率的预测模型液体模塑成型工艺用纤维织物厚度方向饱和渗透率的预测模型

树脂在复合材料预成型体厚度方向的渗透能力对复合材料液体模塑成型工艺（LCM）的成功实施至关重要。本文采用连续加载的方式,研究了玻璃纤维增强树脂基复合材料液体成型过程中多轴向无屈曲织物（NCF）和斜纹织物（WF）的压缩响应行为,并建立描述该行为的数学模型。采用自制测试装置对预成型体在重力等不同注射压力驱动下的厚度方向渗透率进行测试,考察了预成型体纤维体积分数、测试流体注射压力等对预成型体厚度方向渗透率K_z的影响。基于预成型体压缩响应数学模型和厚度方向渗透率与注射压力的关系,对Kozeny-Carman公式进行修正,提出了变注射压力条件下的厚度方向渗透率预测模型。结果表明:预成型体厚度方向渗透率随着纤维体积分数的增大而减小,与Kozeny-Carman方程结果相符合。当纤维体积分数为0.42≤V_f≤0.58时,注射压力对厚度方向渗透率影响较大,实验结果验证了本文提出的预测模型;当纤维体积分数V_f≥0.58时,注射压力对厚度方向渗透率影响较小,厚度方向渗透率趋于恒定。      

“离位”增韧预成型体压缩特性

针对"离位"增韧预成型体的液态成型工艺性,研究了两种不同结构形式增韧层"离位"增韧预成型体的厚度压缩特性。分别采用多孔薄膜结构增韧层、高孔隙率无纺布结构增韧层与碳纤维织物交替铺层制备"离位"增韧预成型体,采用力学试验机测试其厚度压缩特性。实验结果表明,预成型体压缩过程中,在相同压力水平下,增韧层的引入会降低预成型体的纤维体积分数;不同压力水平下,预成型体的压缩行为与增韧层结构形式有关。此外,采用织物预成型体厚度压缩本构模型,对"离位"增韧预成型体的压缩厚度进行了预测,通过模型预测值与实验值的比较,确定了模型中的经验指数k=2时,两者吻合较好。     

VIMP中结构拐角对纤维预成型体渗透特性的影响

采用真空导入模塑工艺(VIMP)制备纤维增强聚合物基复合材料多墙结构件时,多墙体拐角处的纤维弯曲变形可能导致多墙体局部渗透特性发生变化。通过可视化流动实验考察了拐角对多墙体渗透特性和树脂流动行为的影响。结果表明:无论是否使用导流介质,多墙体中的拐角对树脂流体在VIMP灌注过程中都具有局部阻力作用,降低了树脂充模流动速度和多墙体整体表观渗透率,即存在拐角效应;拐角处铺放导流介质能有效降低拐角效应;随着拐角到注胶口的距离增大,整体表观渗透率表现为先下降后上升。     

真空导入模塑工艺纤维预成型体厚度变化和流体压力变化研究进展

纤维预成型体厚度控制问题是真空导入模塑工艺(Vacuum infusion molding process,VIMP)面临的主要挑战之一。综述了国内外关于纤维预成型体压实回弹特性和渗透率特性的研究进展,介绍了VIMP工艺在一维线性流动和二维径向流动时厚度变化的理论模型,分析了流体压力特性方程的求解、流体压力场的分布和流体压力对厚度的影响,指出了Correia推导过程中存在的问题并进行了修正,总结了厚度变化对VIMP工艺及复合材料制品的影响,并对VIMP工艺厚度变化的理论研究和工艺控制进行了展望。     

织物预成型体的可压缩性研究

研究了预定型织物在压实阶段的可压缩性,涉及压缩过程中纤维体积含量的变化特点.结果表明,预定型织物对压缩载荷的响应方式与织物层数及定型剂含量有关,织物层数的增加,相同载荷作用下易于获得较高的纤维体积含量;预定型处理降低了织物的可压缩性,随定型剂含量的增加,最终获得的纤维体积含量表现出下降的趋势;在实验施加的压缩载荷作用下,预定型织物的压实后纤维体积含量趋于一致,与压缩织物的层数关系不明显,但仍然受定型剂含量影响.     

纤维复合材料预制件渗透率及其结构相关性的研究进展

纤维复合材料预制件的渗透率是影响液体模塑成型过程中树脂流动的一个重要参数,由于它与预制件多层次结构的复杂相关性而使得渗透率的预测一直面临着挑战。本文从预制件的微观、细观及宏观层次分别介绍了渗透率与其结构相关性的研究进展,综述了预制件渗透率的数学模型及其影响因素,展望了渗透率研究的发展趋势,这将有助于揭示复合材料结构件的缺陷形成机理,进而优化设计复合材料结构件及其成型工艺。     

碳纤维经编织物定型参数及渗透特性

研究了真空辅助树脂注射(VARI)工艺中含定型剂织物定型参数对织物压缩特性、渗透特性及其复合材料力学性能的影响,确定织物最优的定型参数。采用DSC和IR分别对织物表面定型剂的熔融特性和组成进行了分析,测试了不同定型温度下的压缩、渗透特性及复合材料力学性能。结果表明:此定型剂为含有环氧基团的低熔点聚合物;低于100℃时,随着定型温度的升高,织物的压缩厚度和渗透率均下降;100~140℃时,随着定型温度的升高,织物的压缩厚度基本无变化,渗透率有所提高,定型温度对力学性能基本无影响。     

定型剂对经编织物液态成型复合材料工艺性及其力学性能的影响

研究了双马来酰亚胺树脂定型剂含量对0°/90°双轴向经编织物(Non-crimp fabric,NCF)定型效果、液态成型工艺性、复合材料力学性能的影响。采用厚度回弹、C型回弹的方法表征定型效果;采用厚度压缩与偏轴拉伸实验表征带定型剂织物成型工艺性;并采用弯曲实验与层间剪切实验表征复合材料力学性能。实验结果表明定型剂的添加显著提高了NCF织物的预定型效果;经定型剂处理后NCF织物的面内剪切模量有了较大提高,抗剪切变形能力增强;添加定型剂对0°/90°双轴向NCF织物复合材料的力学性能影响不大,但在改善其工艺性的同时并不会降低其复合材料的力学性能。     

新型RTM预成型体用定位胶黏剂的研制

研究了与5284树脂体系相匹配的2种定位胶黏剂LSG-1 和LSG-2, 以应用于复合材料 RTM制备工艺。分析了5284树脂体系的基体树脂特性与固化工艺条件, 初步确定了定位胶黏剂的配方。研究了定位胶黏剂与基体树脂的黏度特性和相容性, 确定了预成型体的制备工艺。通过U 型回弹、压缩回弹与金相观察分析了定位胶黏剂的定位效果及产生不同定位效果的原因。研究了加入定位胶黏剂预成型体的渗透特性及其复合材料制件的力学性能。结果表明, LSG型定位胶黏剂与树脂基体匹配良好, 可以使预成型体获得良好的定位效果, 且不影响复合材料的性能。      

非连续增强相预制块的研究进展

采用压力浸渗方法制备非连续增强复合材料需要高质量的预制块。综述了湿压法制备非连续增强相预制块所用粘结剂的种类和特性、预制块烘干方式对粘结剂分布的影响，以及湿压法制备预制块技术的研究进展；对目前预制块制备技术的发展方向进行了展望。     

安全气囊织物动态透气性与静态透气性的测试

通过自行设计的安全气囊织物动态透气性测试装置对 2 种不同的锦纶 66 安全气囊织物进行了测试研究, 发现在高压下安全气囊织物动态透气量与压差呈线性关系. 为了与动态透气性进行比较, 还通过 CFP-1100-AI 孔径仪对上述 2 种锦纶 66 安全气囊织物进行静态透气性测试, 发现在高压下安全气囊织物静态透气量与压差呈幂律关系. 对比研究表明: 在相同压差下安全气囊织物的静态透气量大于安全气囊织物的动态透气量, 且随着压差的增加, 安全气囊织物的动态透气量与静态透气量的差值也逐渐增加.     

VIP工艺中L型构件渗透规律的实验研究

VIP(Vacuum Infusion Process)作为一种新型的低成本液体模塑成型技术由于具备一系列优点已广泛应用于大型复合材料零件的生产中。不同于平板构件,VIP工艺中L型构件的渗透特性在各个部分并不均匀。本文通过对L型构件预成型体渗透率进行实验研究,得到了三种几何结构的L型预成型体的渗透规律,由于拐角处纤维被压实使得L型构件的渗透率比相同铺层和相同工艺下平板构件的渗透率小;并采用几何平均方法分析了L型预成型体拐角处的渗透率,对异型结构件VIP工艺的实施具有一定的指导作用。     

细编穿刺织物的数学建模理论与实例

针对细编穿刺织物,采用具有参数连续性的样条线作为纤维丝束的轨迹特性函数,建立了三维立体织物结构的数学抽象与三维建模方法。基于MicroCT方法实际测量的细编穿刺织物结构特征参数,采用四种丝束轨迹特性函数和两种丝束截面建立了八种穿刺织物结构的三维数字模型,通过丝束结构与孔隙率的对比,三维数字模型与织物真实结构符合较好。该织物结构数学抽象与三维建模方法,可用于小尺度的亚单胞模型与大尺度的宏观模型分析,具有较高的适应性。