不对称铺层复合材料制造工艺探讨

采用不对称铺层复合材料对直升机等飞行器的结构减重具有重要意义.本文对不对称铺层复合材料层压板的变形控制方法进行了初步研究,通过调整固化工艺参数和采用反变形模具来减小变形量.研究表明,通过降低固化温度可以在一定程度上减小变形量,采用反变形模具可以较有效地控制不对称层压板变形,但可能会带来扭曲等问题,其适用范围尚需进行进一步的研究.     

固化工艺参数对聚酰亚胺复合材料性能影响

采用热压罐成型工艺制备了MT300/902聚酰亚胺复合材料,测试了加压温度、加压大小和固化温度下复合材料的力学性能,分析了不同固化工艺参数对复合材料力学性能的影响规律。结果表明:MT300/902聚酰亚胺复合材料固化时的最佳加压时机为240～260℃、加压不小于1.2 MPa、固化温度在310～330℃为最佳。按照最优的成型工艺参数制备的复合材料构件质量高,缺陷能够控制在2%以下,力学性能进一步提高。     

不同自动铺丝工艺参数对T800级碳纤维/环氧复合材料孔隙率的影响研究

采用T800级碳纤维/环氧树脂单向带铺丝预浸料,使用自动铺丝工艺制备不同厚度的试验层板,探究固化压力、层板厚度及尺寸、自动铺丝压紧力等各项参数对孔隙率及孔隙分布的影响,采用超声C扫描表征复合材料层板孔隙率区间。研究表明,当固化压力降至某临界点后,孔隙率呈现先快速增加又逐渐减慢增加的趋势;厚铺层的层板的孔隙率高于较薄铺层的层板,靠近中间及底部铺层位置的孔隙较多;尺寸较大的层板,高孔隙率的区域相对集中分布在靠近层板中间的位置,且孔隙率区间较大;固化压力较小时,采用小压紧力铺丝的层板会形成更高的孔隙率;对于大型复杂的复材结构件来说,不同的铺丝工艺参数对孔隙率的影响也具有上述趋势。     

耐４２０℃聚酰亚胺复合材料成型工艺

通过对耐420℃聚酰亚胺树脂的化学反应特性、流变性能分析以及加压时机和压力大小等成型工艺参数对复合材料性能的影响,确定了最优的复合材料成型工艺。同时采用超声水穿透法对制得的复合材料进行超声检测,并结合金相显微镜分析讨论了衰减比例与孔隙率之间的关系,确定了超声检测参数。结果表明:分段阶梯加压,可有效控制复合材料的树脂含量和孔隙率,选用5 MHz探头、15 d B增益的超声水穿透检测参数可有效评判2~3 mm厚复合材料的成型质量。研制的聚酰亚胺复合材料在420℃的弯曲强度保持率为65%,弯曲模量保持率为89%,表现出良好的高温性能。     

非热压罐成型低孔隙率复合材料技术研究进展

介绍了非热压罐成型(OOA)低孔隙率复合材料技术的研究进展,详细阐述了OOA预浸料、OOA树脂再到OOA预浸料增强材料等对复合材料孔隙的影响,分析了OOA预浸料固化过程中影响孔隙的典型物理现象,以及各种制造工艺条件和参数等对孔隙率的影响,并提出了控制OOA复合材料孔隙率的方法和建议。     

预固化对复合材料层压板弯曲性能的影响分析

研究经预固化后的复合材料层压板的弯曲性能对复合材料结构的设计和修理技术是非常重要的。对于各种固化温度和时间对弯曲性能的影响分析，使得设计师优化这些参数，以得到阶段固化件的最优弯曲性能，对制件的最终性能进行控制。     

复合材料的热-机械性能对固化过程中厚热固性复合材料层板中粘性、温度和固化程度的影响

热性能，如密度、比热和导热性与温度和固化程度有相互依赖关系。内部发热期限是固化的函数。通过非线性瞬间热转移有限元模型模拟固化过程。结果表明，在层板厚度增加时，温度和固化程度的计算明显受到导热性的影响。需要适当测量热性能，以便精确预测厚复合材料的温度、粘度和固化程度。另外还研究了纤维体积系数比率和装袋材料。加大纤维体积含量比，将降低层压板中心的最高温度。当厚度增加时，内外层压板间的粘度值的差明显增加复合材料的热-机械性能对固化过程中厚热固性复合材料层板中粘性、温度和固化程度的影响     

含表面裂纹的复合材料层压板剩余强度的工程算法

表面裂纹可导致复合材料层压板的强度降低,针对一些对裂纹敏感的复合材料关键部件有必要计算裂纹对层压板剩余强度的影响。传统预测层压板剩余强度的方法均与层压板具体铺层方向有关,通过研究具有表面裂纹的碳纤维/环氧树脂层压板的剩余强度特性,提出了一种与铺层方向无关的预测层压板剩余强度的工程算法。首先,利用裂纹几何参数以及层压板相关力学性能参数对剩余强度进行快速估计,再基于内聚力单元建立含表面裂纹的复合材料层压板的有限元模型,通过对含表面裂纹的层压板的渐进损伤过程进行描述,研究了裂纹深度和长度对剩余强度的影响,验证了工程算法的合理性。     

热压罐成型复合材料加筋壁板构件固化变形分析

针对热固性复合材料存在较为严重的固化变形问题,通过数值分析的方法对热固性树脂基复合材料加筋壁板的固化变 形进行研究。选取热压罐成型复合材料加筋壁板构件做为研究对象,建立了热固性树脂基复合材料反应动力学模型、热压罐内复 合材料温度场和固化变形场的时变模型,利用ABAQUS有限元分析软件Heat transfer模块计算热传递、General static模块分析变形 场,计算分析温度、压力等典型工艺参数对T型加筋壁板固化变形的影响。结果表明：升温速率取3 K/min,罐内压力取0.4～0.6 MPa,即可满足制件的加工精度要求也能够满足经济性要求;保温温度的提高和保温时间的延长均导致了本例固化变形的减小; 双平台固化的结果不如单平台固化的;铺层一致性越高,对称性越好,固化变形越小。     

Cf / E 预浸料先进拉挤固化工艺

为探索与预浸料先进拉挤成型技术相适应的工艺方案,采用DSC研究了碳纤维/环氧预浸料USN12500的固化放热过程,对USN 12500的典型固化工艺进行改进,以此为基础设计了不同压力和加压时机下的试验方案,采用实验室现有设备模拟先进拉挤过程制备了试样,以制品的孔隙率作为考察指标优选了的拉挤成型固化的工艺参数.结果表明:制品在110℃下处理20 min,热压阶段130℃下处理15 min同时保持0.4MPa的工艺压力,后固化150℃下处理1.5h为工艺试验的优化方案,并且能够制得孔隙率＜1.1％的制品.     

NY9200树脂体系及其复合材料性能

将混合环氧树脂和不同的固化促进剂，分别应用于中温固化和高温固化体系。通过试验，建立了该体系的固化成形工艺，并对ＮＹ９２００／Ｔ３００复合材料层压板的基本力学性能、耐介质和耐热性能进行了测试。     

RTM成型石英/苯并噁嗪复合材料的孔隙率研究

采用RTM工艺制备石英/苯并噁嗪复合材料,研究了主要工艺参数对其孔隙率的影响,并和石英/钡酚醛复合材料进行了对比。结果表明,较之纯低压或纯高压的注射方式,先低压后高压的注射方式可显著降低孔隙率;注射温度对孔隙率有一定影响,较佳的注射温度应是树脂黏度达到100～500mPa.s时的温度;孔隙率随着纤维体积含量的增加而减小,而制件厚度对其影响不大。在给定的先1atm后4.5atm的注射压力,50%纤维体积含量,6mm制件厚度,钡酚醛和苯并噁嗪注射温度分别为62℃和96℃的条件下,石英/苯并噁嗪复合材料的孔隙率仅为0.32%,明显低于石英/钡酚醛的3.49%。     

冲击损伤和开孔对CYCOM 7701/7781玻纤环氧复合材料层压板典型力学性能的影响

采用CYCOM 7701/7781玻纤环氧织物预浸料和中温固化工艺制造复合材料单向层压板试件。将试件分为三组,分别在低温干态(cold temperature dry,CTD)、室温干态(room temperature dry,RTD)和高温湿态(elevated temperature wet,ETW)三种温度和试件吸湿情况下,测试复合材料单向层压板的无缺口拉伸强度、开孔拉伸强度、无缺口压缩强度、开孔压缩强度和冲击后压缩强度,研究冲击损伤和开孔对CYCOM 7701/7781复合材料单向层压板典型力学性能的影响。结果表明:在CTD、RTD和ETW三种环境下,开孔对CYCOM 7701/7781玻纤环氧复合材料层压板平均拉伸强度均有十分不利的影响,拉伸强度下降约50%;开孔明显地降低了复合材料层压板的拉伸强度的变异系数;在CTD和RTD情况下,冲击损伤和开孔对CYCOM 7701/7781玻纤环氧复合材料层压板平均压缩强度均有十分不利的影响,两种情况的影响比较接近,均下降45%~55%;在ETW环境下开孔使压缩强度下降约为50%,冲击损伤使压缩强度下降30%左右,表明开孔对压缩强度的影响比冲击损伤更为显著。     

含表面缺口复合材料层压板的屈曲破坏

通过实验研究和理论分析探讨了含表面缺口复合材料层压板的屈曲破坏。采用电测和声发射技术对层压板的受压力学行为进行观测和分析。作为比较,对无缺口层压板也进行了压缩试验,尽管2种层压板试样随载荷增加到一定值时都会发生屈曲,但它们的破坏过程仍有着显著的差别。利用层压板刚度减少技术推导了含表面缺口复合材料层压板的临界应力表达式。理论预测结果和试验结果能够较好地吻合。     

复合材料与金属结构连接热应力有限元分析

采用ABAQUS有限元算法,对复合材料和金属连接结构中的热应力进行了计算,研究了飞机初始装配温度和工作温度的温度差、复合材料壁板的铺层比例、连接螺栓的材料及螺栓的间距对连接结构中热应力的影响。研究结果表明:初始装配温度和工作温度的温度差越大,连接螺栓受载越大;增加复合材料层压板±45?方向的铺层,层压板应变增大,螺栓受力减小;相同螺栓直径,螺栓间距越大,连接结构的应力越大。     

固化残余应力对无人机复合材料机翼强度的影响

复合材料的力学性能与复合材料的固化过程密不可分。复合材料在固化过程中,由于树脂固化收缩、纤维与基体之间的热膨胀系数不匹配等因素,会产生固化残余应力与固化变形。该固化残余应力会影响复合材料结构的力学性能,甚至会引起分层、基体开裂等严重缺陷。因此,有必要研究固化残余应力对复合材料结构强度的影响。针对某型复合材料机翼,首先利用ABAQUS有限元分析软件进行二次开发,建立了一套基于各向异性黏弹性本构模型的复合材料固化过程分析方法,计算所得固化变形量与试验值误差小于8.24%。其次,采用Hashin强度准则,建立了全复合材料无人机机翼的强度分析有限元模型,机翼失效载荷的预测值相对试验值误差为9.85%。随后,将复合材料固化过程中产生的残余应力作为初始应力条件添加到强度分析模型中,通过有限元方法研究残余应力对全复合材料无人机机翼强度的影响。为研究不同固化参数产生的固化残余应力对结构强度的影响,在合理范围内提出了另外2种固化工艺曲线。模拟结果表明：对于该全复合材料无人机机翼结构而言,固化残余应力导致强度下降,使其强度降低了3.52%,且较优的固化工艺参数下的结构强度比原始固化工艺参数下的结构强度高1...     

缝合复合材料层压板刚度与强度估算方法

试图采用经典层压板理论来估算缝合层压板的刚度和强度值，而把缝合参数(包括缝线种类、缝合密度、缝合角度等)对层压板刚度和强度的影响仅仅归结为由于缝线导致的单向板刚度和强度的改变上，与试验结果对比表明，采用经典层压板理论并结合本文对缝合参数的处理方法可以较好地估算缝合复合材料多向层压板的刚度和强度值。     

复合材料断口形貌与性能

本文用扫描电镜分析复合材料断口形貌的方法,研究了基体性能、固化过程中的加压时机对复合材料力学性能的影响。并分析了断口形貌与力学性能的内在联系。研究结果可供设计复合材料参考。     

热胀法复合材料成型新工艺

复合材料产品的固化成型 ,一般采用真空袋热压罐法。热压罐造价高、设备大、要求技术熟练的人员操作 ,产品质量难以保证。本成果热胀成型法以热胀材料为芯膜 ,刚体材料为阴模 ,复合材料置于芯模与阴模之间 ,当模具受热后 ,由于芯模的体积膨胀受到阴模的限制 ,而在模腔内产生压力 ,实现对复合材料固化过程的加压。靠芯模热胀产生压力 ,无需外压源 ,只需热源即可。此法适合于复合材料产品的共固化。如直升机的水平尾翼、卫星结构件等复合材料制品 ,就是采用热胀成型法制造成型的。热胀压力与芯模几何形状、芯模材料的物理性能和力学性能、凝固…     

固化工艺对碳-环氧复合材料性能的影响

树脂基复合材料的固化成型,通过树脂的固化反应完成。固化工艺诸参数主要根据树脂特性确定,并受固化过程中其它工艺因素的影响。本文对国产碳纤维增强648环氧树脂复合材料的固化工艺进行了研究。