基于FBG 传感器的复合材料固化监测

温度和内应力是影响复合材料固化过程和结构性能的重要因素,将双光栅的FBG传感器埋入到玻璃纤维/环氧树脂预浸层合板结构中,监测热压固化过程中温度、黏度和内应力变化,并简要分析了固化后的残余应变。实验证明FBG传感器可有效监测复合材料结构固化过程的温度、黏度和内应力,能够作为智能固化控制依据,且固化结束之后,相同的传感器可以被用于提供结构使用过程中产生的温度/机械变化的信息。     

含硅芳炔树脂的化学流变特性

含硅芳炔树脂的流变特性对于其RTM成型工艺有重要参考价值,采用DSC热分析及黏度测量表征了含硅芳炔树脂的固化特性和黏度与温度的关系,发现含硅芳炔树脂为典型的牛顿流体,且在100～130℃范围内具有较低黏度,维持时间长.根据其黏度-温度-时间关系建立了双阿伦尼乌斯黏度模型,模型分析与实验结果取得较好的一致性,可为RTM成型工艺窗口的预测提供支撑.     

双马来酰亚胺树脂化学流变特性研究

在粘度实验的基础上 ,根据双阿累尼乌斯方程对用于 RTM工艺的双马来酰亚胺树脂体系的化学流变特性进行了研究 ,建立了树脂体系的流变模型。通过 DSC热分析实验研究树脂体系的固化反应规律 ,验证了双阿累尼乌斯模型。研究表明 ,模型与实验结果具有良好的一致性。模型可揭示树脂体系在不同工艺条件下的粘度变化规律 ,定量预报 RTM工艺树脂的低粘度平台工艺窗口 ,为合理制定 RTM工艺参数、保证产品质量和实现工艺参数的全局优化提供必要的科学依据     

RTM用6818高温环氧树脂化学流变特性研究

以树脂传递模塑(RTM)用6818高温环氧树脂体系的化学流变特性研究为目的,以差示扫描量热法(DSC)和黏度实验为基础,采用外推法初步确定了6818树脂体系的固化工艺制度。依据双阿累尼乌斯方程建立了树脂体系的化学流变模型,模型曲线与实验数据的吻合性良好。模型分析表明,在80～100℃内树脂体系黏度低于200 mPa·s的时间大于12 h,可以作为6818树脂比较理想的注胶温度。该模型能够反映6818树脂黏度变化规律,预报该树脂体系的RTM工艺窗口。     

基于DSC 法的RTM 工艺用6421 双马树脂固化反应分析

采用DSC方法分析了RTM工艺用6421双马树脂的固化反应,确定了固化度与温度和固化反应速率与时间之间的关系,基于Melak方法分析了固化反应过程,通过数据拟合法得到了n级固化模型、自催化模型及Kamal模型方程中的各个参数值。根据相关系数R2确定了适合的动力学模型。结果表明,6421双马树脂的固化度—温度曲线呈现"S"型,固化反应速率随升温速率的增大而增大;树脂固化反应的表观活化能Ea为105.611 kJ/mol,其固化动力学模型符合Kamal固化模型,模型方程对实验数据拟合结果良好。     

RTM专用双马来酰亚胺树脂的固化动力学模型研究

采用DSC方法研究RTM专用双马来酰亚胺树脂的固化动力学模型与固化动力学参数。用恒温和动态两种方法分析其固化反应；采用Melak方法和Kissinger方法进行数据处理。结果表明，RTM专用双马来酰亚胺树脂的固化动力学模型符合n级固化反应方程，用Melak计算方法建立的方程较好地描述了其固化过程，且与实验数据拟合结果较好。     

RTM用炔基改性苯并噁嗪树脂工艺及力学性能

文摘为改善苯并噁嗪树脂对树脂传递模塑(RTM)成型工艺的适应性,并进一步提升苯丙噁嗪基复合材料的耐高温性能。提出利用炔基改性苯并噁嗪树脂,以提高树脂的交联密度,并改善树脂流变特性。结果表明:改性后的炔基苯并噁嗪树脂在81. 5℃时黏度低至805 mPa·s可满足RTM工艺灌注要求,在110℃其工艺窗口高达310 min。同时,炔基苯并噁嗪树脂的起始固化温度低至130℃,固化温度为167℃,后处理温度为208℃,满足低温固化要求。通过DMA与TGA分析,RTM成型低温固化苯并噁嗪/碳纤维复合材料的Tg为411℃,在N_2环境下800℃残留率高达88. 6%,表明其复合材料具有良好的耐高温性能。SEM观察发现该树脂与纤维界面粘结强度较高,碳纤维复合材料350℃拉伸性能保留率达99%以上,弯曲、层剪性能保留率达70%以上,压缩性能保留率也达60. 9%。     

光纤布拉格光栅监测碳纤维复合材料固化成型过程

碳纤维复合材料固化成型时,温度和内应力对成型质量的影响巨大.鉴于碳纤维复合材料厚度通常为几毫米,传统的热电偶和电阻应变片等温度应变传感器由于体积较大,无法实现嵌入式监测.为了获得成型过程中材料内部实时的温度和应变,采用光纤布拉格光栅(Fiber Bragg Grating,FBG)传感器进行监测.试验中使用两个FBG传感器,一个作为温度传感器,另一个作为应变传感器,内嵌于碳纤维预浸料铺层之中,分别用于监测碳纤维复合材料固化过程中内部的温度和应变等参量.试验结果表明,采用两个光纤光栅传感器分别用来监测碳纤维复合材料固化过程中内部温度和应变的变化是可行的.     

厚壁碳/酚醛复合材料热压罐固化工艺优化

厚壁碳/酚醛复合材料在固化过程中容易产生较大的温度梯度,造成固化不均匀。为了解此类产品在固化过程中内部的温度变化和分布,通过在产品内部预埋热电偶的方式,开展了温度监测实验。同时采用DSC及凝胶实验对树脂的固化特性进行了分析。结果表明:在初期阶段的升温过程中,产品内部温度远低于罐体内的温度;酚醛树脂随着温度的升高,流动性能变好,在95~100℃时开始凝胶,出现聚合放热现象。依据以上实验结果对固化工艺进行了优化,主要包括延长各温度点的保温时间、延缓初期的升温速率、调整加全压的时机、增加树脂凝胶温度点的保温段。最后对优化后的固化工艺进行了验证,结果表明优化后的固化工艺合理,产品经超声波检测,内部缺陷大大减少,质量均一性得到了有效提高。     

RTM 用R801 树脂工艺及性能

对一种新型RTM用双马来酰亚胺树脂R801的固化反应特性、成型工艺及其制备的复合材料性能进行了研究,DSC曲线表明该树脂体系的固化温度为170～220℃;黏度随温度变化曲线表明在70～120℃,树脂黏度增长缓慢,具有不少于7 h的适用期;在90℃左右时,其初始黏度<100 mPa.s,工艺操作窗口时间≥10 h;该树脂制备的MT300碳纤维复合材料在300℃时的压缩、弯曲、层剪性能保持率均≥63%。     

RTM成型聚酰亚胺复合材料的热氧老化特性

采用树脂传递模塑(RTM)工艺制备了U-3160碳纤维增强HT-350RTM聚酰亚胺树脂基复合材料(U-3160/HT-350RTM),研究了不同老化温度、老化时间下U-3160/HT-350RTM复合材料的失重率的变化规律,建立聚酰亚胺复合材料老化失效特征与老化时间/老化温度的关系,并通过微观形貌分析阐述了其在热氧老化过程中的失效机理。结果表明:在一定温度下复合材料的失重率变化符合三次多项式的变化规律,复合材料的老化在材料近表面尤为明显,由于氧分子作用,聚酰亚胺树脂发生降解导致孔隙率增加,因此温度越高、老化时间越长老化加速现象越明显。     

复合材料层板固化全过程残余应变/应力的数值模拟

采用商业软件对带有铝板的复合材料层板固化全过程残余应变/应力进行数值模拟计算。在固化过程的模拟中,应用有限元法计算复合材料层板热-化学模型,有限差分法计算固化动力学模型,通过设置较小的时间步实现求解两个模型强耦合的关系。在残余应力数值模拟中,化学收缩引起的应变在每一计算步以初始应变施加在复合材料结构上。基于以上技术,对带有铝合金的复合材料层板固化全过程残余应变/应力演化进行数值模拟,并分析纤维方向和垂直纤维方向复合材料的残余应变/应力演化历程。通过与试验中层板曲率的比较,验证文中模型计算的准确性。     

固化工艺影响L形复合材料制件固化变形研究

通过数值模拟方法,利用ABAQUS有限元仿真软件,模拟含R角的复合材料构件的固化过程.根据已有的固化工艺,比较不同工艺条件对复合材料构件固化过程中的温度场和固化度场及变形的影响.结果表明,合理地降低固化工艺温度和固化冷却速率可以减少残余应力的积累,缓解固化变形.     

用于RTM工艺的烧蚀树脂及其复合材料

根据烧蚀防热复合材料RTM制备技术对树脂的要求,研究了一种适合于RTM工艺的无溶剂高残碳烧蚀树脂及其法向增强复合材料,详细讨论了树脂的黏度-温度特性、耐热性能、烧蚀性能及烧蚀复合材料的力学性能、热物理性能,并对制备的烧蚀防热材料构件进行了固体发动机热试车考核。结果表明:采用多环芳香酚改性的高邻位酚醛树脂工艺适用期长达120min、残碳率达67. 1%,使用该树脂制备的几种法向增强的复合材料层剪强度达39. 3MPa以上;该类树脂基烧蚀防热材料可作为固体火箭发动机扩张段的标准材料。     

某大型飞机复合材料壁板工艺仿真及验证技术

热压罐固化成型是制造复合材料的常用方法,固化期间罐内温度分布变化以及模具与复合材料构件之间的热不匹配、柔性模具的低热导率等因素导致制件内部不可避免的产生温度梯度以及残余应力,从而影响材料的使用性能。大尺寸曲面帽型壁板采用复合材料热压罐工艺成型,根据热压罐的工作原理,针对复合材料构件热压罐成型过程中温度场分布和固化变形等问题,进行了仿真分析,通过对比制件温度场分布和固化变形仿真计算结果以及全尺寸零件的实际验证结果,验证了预测方法的正确性。分别利用成型工装和检测型架改进优化以及制造过程优化来控制构件固化变形,使其形状满足产品尺寸的精度要求,证明根据工艺仿真计算结果以及工艺过程改进,可以对大尺寸曲面帽型壁板在制造工艺过程中出现的变形回弹及残余应力水平进行预估和最大限度的减小,实现复合材料结构设计和制造的一体化,提高制件的成型质量。     

固化工艺参数对复合材料补片温度场的影响

基于热传导定律和固化动力学理论,建立了热固性树脂基复合材料固化过程的三维有限元模型,通过与文献实验结果的比较,验证了该模型具有较高的可靠性。采用该模型计算了AS4/3501层合板挖补修理固化过程的温度场和固化度场,并分析了固化温度及升温速率对补片中心点温度场和固化度场的影响。结果表明:在固化反应的起始阶段,固化温度和升温速率对补片温度和固化度的影响很小;随着固化反应的进行,固化温度和升温速率对补片温度和固化度的影响越来越大;在第二次升温阶段初期,固化温度对补片中心点温度的影响又逐渐缩小;在每次保温阶段末期,补片温度和固化度不再受升温速率的影响。     

复合材料RTM制造工艺计算机模拟分析研究

研究以计算机模拟分析技术的实际工程应用为目的,在普通 WINDOW窗口下实现各类平面构件RTM工艺过程的控制体积单元 /有限元算法 ( CV/FEM),进行工艺过程的压力场及树脂流场模拟分析。模拟分析主要工艺参数——树脂粘度、注射压力及预成型体渗透特性对 RTM工艺过程的影响规律。研究得出注射压力及渗透率与工艺充模时间的定量反比关系,以及树脂粘度与充模时间的的定量线性关系。研究还揭示了注口设计对充模时间的影响规律。实验验证表明工艺模拟分析结果与实验结果有较好的一致性。 RTM工艺过程的计算机模拟分析技术将为优化工艺设计、减低工艺实验成本及保证产品质量提供有效的技术手段     

RFI 用酚醛树脂体系的固化动力学和TTT 图

研制了适合树脂膜熔渗工艺(RFI)的酚醛树脂体系,采用动态DSC技术和固化度的测试,建立了改性树脂体系的固化动力学模型,研究了等温条件下固化度/温度/时间关系以及固化度/玻璃化转变温度关系,通过平板拉丝法研究树脂的凝胶过程,得出凝胶时间和温度之间的关系,回归得到凝胶时的固化度为αgel=53.33％,并以此计算出凝胶时的Tg,gel=48.64℃,在此基础上绘制了该体系的TTT图.