VARI工藝纖維體積分數(shù)-厚度變化規(guī)律及控制研究.pdf

1、目前，在民用航空領域約90％復合材料結構采用熱壓罐工藝成型，熱壓罐工藝成型質(zhì)量高，但制造成本也很高，大約占總成本的75%。低成本已經(jīng)成為新一代復合材料的發(fā)展方向。真空輔助成型（vacuum assisted resin infusion，簡稱VARI）工藝是一種新型的大尺寸復合材料制件的低成本液體成型技術之一。其工藝原理是按照結構和性能要求制備好的纖維預成型體放置在模具上，在真空狀態(tài)下排除纖維增強體中的氣體，利用樹脂的流動、滲透，實現(xiàn)對

2、纖維及其織物浸漬，再經(jīng)升溫固化、冷卻脫模得到能夠承載的復合材料構件。由于VARI工藝是在一個真空壓力條件下成型，不足以使纖維預成型體達到理想的密實狀態(tài)，而且只采用單面模具，另一面為柔性真空袋，因此VARI成型復合材料的厚度不可以直接控制，纖維含量偏低，且由于壓力梯度的變化導致厚度均勻性和批次穩(wěn)定性較差，這些問題制約了VARI技術在航空結構上的應用。
　　本文針對我國大型客機C919中升降舵采用VARI成型過程中遇到的厚度穩(wěn)定性較差

3、，纖維體積分數(shù)較低，干斑缺陷等主要問題展開研究，揭示VARI成型厚度變化規(guī)律，并提出有效的厚度控制方法。主要研究內(nèi)容與結果包括以下幾個方面：
　?。?）對兩種 VARI工藝用單組份環(huán)氧樹脂體系 Cycom890和EP2400進行了分析，根據(jù)樹脂的流變特性研究，確定并預報了樹脂體系在不同溫度條件下的工藝窗口，考慮安全與成本等因素，兩種樹脂適宜在90℃下灌注，低粘度平臺較長。經(jīng)恒溫和升溫DSC研究得出樹脂固化動力學特性，確定樹脂最佳固

4、化制度為180℃下保溫兩小時。
　?。?）采用無接觸式電渦流位移傳感系統(tǒng)，對復合材料真空輔助成型過程中厚度變化進行了實時監(jiān)測。研究了在其它條件相同下，樹脂粘度、充模距離、鋪層厚度、鋪覆導流網(wǎng)等對厚度穩(wěn)定需要的最短抽真空時間的影響。結果表明，樹脂注滿并關閉樹脂管以后，持續(xù)抽真空可有效提高真空輔助工藝成型纖維體積含量，且有利于減小沿樹脂流動方向的厚度梯度；樹脂粘度對厚度穩(wěn)定所需要的最短抽真空時間影響最為明顯，粘度越高需抽真空時間越長，

5、充模距離、鋪層厚度以及導流網(wǎng)對需要最短的抽真空時間影響相對較小。
　?。?）采用碳纖維無屈曲織物（NCF）和Cycom890和EP2400環(huán)氧樹脂體系，制備了不同灌注溫度、過流/過抽時間和預定型等不同工藝條件的層合板。對成型厚度和纖維體積分數(shù)的進行了測定，結果表明，對于Cycom890和EP2400環(huán)氧樹脂體系，在90℃下灌注；過流和過抽約20min；在0.5MPa，110℃下熱壓預定型60min，得到的層合板纖維體積分數(shù)較高。<