RTM工艺技术及应用

RTM又称树脂传递模塑或树脂压铸成型,是指由低粘度树脂在闭合模具中流动浸润增强材料并固化成型的一种工艺技术,RTM成型工艺及其工艺理论研究在90年代达到了高潮,预计将成为21世纪初FRP领域的主导工艺之一。文中重点介绍RTM工艺技术及其应用领域和应用前景。     

耐高温透波材料用RTM双马树脂基体的研究

介绍了一种拥有良好耐热性能和电性能的RTM工艺用改性双马来酰亚胺树脂体系,研究了树脂、树脂浇注体、碳纤维增强的复合材料性能,试验证明该树脂适合在高温条件下使用,并具有良好透波性能。     

离心加速声中液态浸渗纤维预制体动力学分析

在将纤维预制体视为“毛细管束”的基础上,采用达西定律建立了离心加速场中金属液浸渗纤维预制体的浸渗动力学模型。采用该模型分析了离心加速场中金属液浸渗纤维预制体的临界转速,考察了金属液浅注量、设备转速、铸件高度、金属液原如外半径以及纤维预制体孔隙率对离心加速场中金属 浸润纤维预制体的影响。结果表明,金属液浸润纤维预制体的临界转速只与临界压力、金属液的浇注量、铸件高度以及纤维预制休性质有关;增加金属液浇注量、设备转速及金属液原始外半径,降低铸件高度、预制体纤维体积分数,有利于金属液的浸渗。     

高强度耐烧蚀复合材料的RTM成型工艺

介绍了使用RTM成型工艺制造高强度、耐烧蚀三维编织复合材料的工艺设备,分析了RTM工艺参数,制定了氨酚醛树脂RTM成型工艺流程,并且进行了树脂分析、工艺参数分析,材料力学、烧蚀性能测试,证明了RTM成型工艺过程是可行的,适合于军工企业单件、小批量生产使用及研制需要。     

z向纱对三维正交复合材料层间剪切性能影响

采用置换法增强体成形工艺和树脂传递模塑(RTM)固化工艺制备炭纤维三维正交复合材料。对比研究了不同z向纱体积含量的三维正交复合材料的细观结构、层间剪切性能和破坏形貌。结果表明,基于置换法成形工艺制备的三维正交预制体其3个方向的纱线具有优异的伸直性;z向纱的体积含量在1%~5%时,对材料的层间剪切强度及模量的增强作用明显;同时,随着固化成型压力的增加,材料的层间剪切强度呈上升趋势,但当压力增大到一定程度,纤维屈曲现象明显,从而降低层间剪切强度的增加幅度;在层间剪切载荷的作用下,材料的主要破坏模式包括纤维的断裂、抽拔以及z向纱与树脂的脱粘,但相应增加z向纱的细度,使z向纱与基体之间的孔隙尺寸减小,可防止材料分层现象的产生。     

美国RTM成型工艺用新型高性能树脂

树脂传递模塑(Resin Tramsfer Mloding)简称RTM，是通过较低的成型压力将一定配比的树脂基体材料输送到预放增强材料的闭合模中，在闭合模中浸渍增强材料而获得高性能复合材料制品的方法。RTM制品性能优劣和成型速度的快慢主要依赖于所用的树脂基体材料和先进的工艺设施。     

三维六向变截面锥管状预制体结构建模及性能预测

减纱技术的运用可满足三维六向变截面锥管状预制体对几何尺寸和纤维体积百分含量等关键参数的设计指标要求。与不变纱线截面的预制体相比,减纱后的预制体中纱线的组成与纤维体积百分含量发生了变化,需从细观结构层面对其单胞中纱线的组成结构进行研究,建立基于减纱工艺的单胞分区域几何模型,以精确进行预制体的几何尺寸和纤维体积百分含量数值计算。研究结果表明,该理论模型能较精准地描述基于不同减细减纱工艺的三维六向变截面锥管状预制体的变化规律,为其结构设计、工艺优化和性能预测提供理论依据。     

溶剂对石英/酚醛复合材料RTM成型浸润过程及性能影响

对比研究乙醇、丙酮和四氢呋喃(THF)溶剂对RTM成型石英/酚醛复合材料溶液浸润过程和性能的影响。采用高效液相色谱(HPLC)和X射线电子能谱(XPS)研究酚醛树脂组成及其在石英纤维表面的动态吸附行为。结果表明,溶剂与酚醛树脂分子之间在石英纤维表面形成竞争性吸附,石英纤维表面硅烷偶联剂和不同酚醛树脂溶液组分间发生界面化学反应,从而影响树脂在RTM模具内部不同位置的分布和复合材料的力学性能。随着溶剂形成氢键能力的增强,其影响程度依次为四氢呋喃、丙酮、乙醇。     

RTM工艺专用环氧树脂体系的研究

研究了以E-51改性TDE-85环氧树脂/2-乙基-4-甲基咪唑为基体的RTM用树脂体系,通过对该环氧树脂体系的化学流变特性研究,建立了双阿累尼乌斯流变模型,并采用DSC研究确定该树脂体系的固化工艺。结果表明,模型对树脂粘度的模拟结果与实验结果具有良好的一致性,所建立的粘度模型可有效模拟该树脂体系在不同工艺条件下的粘度行为,准确预报树脂体系的低粘度工艺窗口。浇铸体的力学性能测试结果表明,弯曲强度为82.31 MPa,弯曲模量为3.37 GPa。     

预制体及基体对C/C复合材料性能的影响

研究了预制体结构及其成型工艺和基体类型对C/C复合材料的力学性能、烧蚀性能和微观结构的影响。结果表明,它们对C/C复合材料的拉伸和压缩强度影响不显著,而对剪切性能影响明显。采用CVD成型工艺和树脂炭基体,对于二维预制体,C/C复合材料的剪切强度可达19MPa;对于准三维预制体,C/C复合材料层间剪切强度可达20MPa。不同类型的基体炭对复合材料的耐烧蚀性影响不同,CVD炭具有优异的抗烧蚀性能,树脂炭与沥青炭的抗烧蚀性能较差。采用先沉积后树脂浸渍炭化补充增密,可制备综合性能优异的热结构复合材料。     

用于共注射RTM工艺的环氧树脂和酚醛树脂的工艺特性

研究了用于共注射RTM工艺制备承载/隔热/防热一体化复合材料的酚醛树脂和环氧树脂的工艺特性.以苯并噁嗪为防热层的酚醛树脂基体,研究得到了满足共注射工艺条件的环氧树脂体系并确定了共注射的工艺窗口.研究结果表明,以E-44为基体树脂、以GA327改性芳胺为固化剂所构成的环氧树脂体系可作为承载层的基体树脂和苯并噁嗪树脂进行共注射,其共注射的工艺窗口温度为85～90 ℃,在此温度范围内,环氧树脂体系和低粘度保持时间大于20 min,满足了共注射RTM成型一体化复合材料的基本工艺要求.     

C/C喉衬近净尺寸制备及性能

采用径向针刺工艺制备了近净尺寸针刺C/C喉衬预制体,通过热梯度CVI和树脂浸渍碳化复合工艺对预制体进行了致密,利用μ-CT、光学显微仪表征了C/C喉衬材料微观孔隙和热解碳织构,分析了喉衬材料的弯曲性能。结果表明,径向针刺过程形成的损伤型孔隙通道与碳源气体传输方向一致,提高了碳源气体传输效率,使径向针刺喉衬CVI增密效率比传统轴向针刺喉衬提高10.9%。预制体近净尺寸成型缩短了烧蚀区域碳源气体的渗透距离,喉衬材料烧蚀区域形成了高织构热解碳,有利于喉衬烧蚀性能的提高。径向针刺喉衬的轴向弯曲强度比轴向针刺喉衬提高150%。     

三维编织复合材料及其RTM成型工艺

文章阐述了三维编织工艺,并将三维编织复合材料的性能与传统铺层复合材料的性能作了比较。同时,还介绍了其成型方法—RTM工艺的原理及特点,并提供了一种适于RTM工艺的树脂体系。     

三维编织支架底板RTM工艺研究

基于有限元/控制体积法模拟了三维编织支架底板树脂传递模塑(RTM)工艺的充模过程,预测了不同注入口的数量和位置对干点的影响,比较分析了注入口的数量和位置、注入压强及树脂粘度对充模时间的影响,按照优化的工艺参数制造了三维编织支架底板复合材料构件,用超声波无损检测验证了渗透情况。结果表明,通过底板超声衰减强度的损失较小,图像法测量空隙含量为0.93%。     

预制体结构对C/C喷管出口锥材料力学性能的影响

设计了3种用于制备喷管用C/C出口锥材料的炭纤维增强预制体,即炭布铺层骨架(P型预制体)、炭布叠层原位针刺骨架(N型预制体)、炭纤维整体编织骨架(B型预制体),并对比研究了预制体结构对C/C出口锥材料力学性能的影响。结果表明,对同密度水平的C/C出口锥,用P型预制体制备的C/C材料的层剪强度最低,N型预制体制备的材料的层剪强度最高,B型预制体制备的材料的层剪强度居中。3种预制体制备的C/C材料的高温弯曲性能差别不大,N型预制体结构更适合于C/C出口锥材料的制备成型。     

三维机织预制体增密速率分析

研究了三维机织预制体孔隙结构对CVI及树脂浸渍增密速率的影响,并利用偏光显微镜和电镜对三维机织微观结构进行观察.结果发现,三向正交机织(SZJ)预制体由于孔隙分布较窄,且气孔平直,使其致密化速度较快;角联锁机织(JLS)预制体由于经纬交织成网状结构,孔隙分布较宽,且气孔弯曲,使其致密化速度较慢.在偏振光下观察,二者虽然都获得粗糙层结构热解炭,但微观结构仍存在差别,三维角联锁C/C复合材料与三向正交C/C复合材料比较,前者消光角大,形貌更为粗糙,更富有层次感.     

C/C-TaC复合材料制备技术研究

难熔金属碳化物的加入可有效提高C/C材料的抗烧蚀性能,并成为近年来国内外研究的热点。文章主要介绍了中南大学在难熔金属碳化物TaC改性C/C材料制备技术方面的研究工作,主要包括含有Ta₂O₅的树脂/沥青浸渍-高温处理原位反应生成TaC的工艺方法、用含有有机Ta的树脂浸渍-高温处理原位反应生成TaC的工艺方法、预制体编织过程中加入TaC制备C/C-TaC的工艺方法、基于化学气相渗透法制备TaC及SiC/TaC中间界面层改性C/C材料的工艺技术以及基于化学气相沉积法制备抗烧蚀TaC及SiC/TaC难熔金属碳化物涂层的工艺技术。     

树脂含量对芳纶纤维/环氧复合材料性能的影响

研究了树脂含量对芳纶纤维／环氧复合材料的性能的影响，主要是浸胶纤维强度，压力容器中纤维强度的发挥系数，容器特性系数pV/Wc。给出了按混合定律计算复合材料强度的修正系数，提出了对容器进行表面处理以改善其内外层含胶量的均匀度，并进行了实验，实验证明，容器内外层树脂含量分布更为均匀，容器的性能得到提高。