纖維增強(qiáng)復(fù)合材料VARTM工藝樹脂充填模擬及實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、真空輔助樹脂傳遞模塑(Vacuum Assisted Resin Transfer Molding,簡(jiǎn)稱VARTM)工藝是在樹脂傳遞模塑(Resin Transfer Molding,簡(jiǎn)稱RTM)工藝基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。VARTM工藝是制備先進(jìn)高性能且低成本的復(fù)合材料液體模塑成型(Liquid Composite Molding,簡(jiǎn)稱LCM)技術(shù),是一種環(huán)境友好型的制作大尺寸復(fù)雜結(jié)構(gòu)并能夠一次性成型帶有加筋、夾芯、預(yù)埋件的大型構(gòu)件的理想工

2、藝。該工藝技術(shù)中真空負(fù)壓不僅為樹脂的充填流動(dòng)提供了驅(qū)動(dòng)力,而且還排出了纖維織物增強(qiáng)材料及模腔內(nèi)的氣體和水分減少了制品中的孔隙等缺陷,可生產(chǎn)出綜合性能優(yōu)良的復(fù)合材料制件。
　　本文對(duì)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料 VARTM工藝的樹脂充填行為進(jìn)行了較系統(tǒng)的數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)研究,為縮短成型周期、提高制品質(zhì)量提供了理論依據(jù)。主要研究?jī)?nèi)容和結(jié)果總結(jié)如下:
　　首先,對(duì) VARTM工藝中使用的乙烯基樹脂體系流變性能進(jìn)行了系統(tǒng)性研究,分析了其動(dòng)態(tài)粘度特

3、性、等溫粘度特性以及溫度對(duì)其發(fā)生凝膠固化鉸鏈反應(yīng)的影響,并對(duì)實(shí)驗(yàn)中測(cè)得的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)值分析擬合處理,得出了乙烯基樹脂體系的粘度預(yù)測(cè)數(shù)學(xué)計(jì)算模型。
　　其次,系統(tǒng)的研究了纖維織物增強(qiáng)材料及導(dǎo)流介質(zhì)的滲透性。對(duì)單軸向(0°)、雙軸向(±45°)和雙軸向(0°/90°)三種纖維織物的滲透率進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究,還對(duì)實(shí)驗(yàn)中所使用的 VI160型導(dǎo)流介質(zhì)的滲透率進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)測(cè)試,為數(shù)值模擬與實(shí)驗(yàn)研究提供了滲透率數(shù)據(jù)。
　　接著,借助專業(yè)的樹脂傳

4、遞模塑工藝數(shù)值模擬分析軟件 RTM-Worx,對(duì)VARTM工藝中樹脂充填行為進(jìn)行了數(shù)值模擬分析,并搭建了VARTM工藝樹脂充填的可視化實(shí)驗(yàn)研究平臺(tái);通過數(shù)值模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果的對(duì)比分析,系統(tǒng)地揭示了五種工藝參數(shù)(樹脂粘度、注射方式、真空壓力、導(dǎo)流介質(zhì)和纖維織物的鋪層數(shù))對(duì)樹脂在纖維織物增強(qiáng)材料中的充填流動(dòng)行為的影響規(guī)律,為工藝的制定應(yīng)用提供了參考依據(jù)。
　　最后,通過 VARTM工藝制備了纖維織物增強(qiáng)體的編織方式分別為單軸向(

5、0°)、雙軸向(±45°)和雙軸向(0°/90°)的三種纖維織物的不同鋪層數(shù)(3、6、9和12層)的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料板,并進(jìn)行了纖維織物增強(qiáng)材料的鋪層厚度和編織方式對(duì)復(fù)合材料板中的纖維體積分?jǐn)?shù)和孔隙率的影響實(shí)驗(yàn)研究。實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果表明,隨著纖維織物鋪層數(shù)的增加制品中的纖維體積分?jǐn)?shù)含量呈現(xiàn)出增大的趨勢(shì),制品中的孔隙率含量呈現(xiàn)出降低的趨勢(shì)。單軸向(0°)織物制品中纖維體積分?jǐn)?shù)含量最高,約為51.85％;而雙軸向(0°/90°)布織物中最低,約