多腔结构预成型体及RTM树脂流道设计技术研究

缝合和Z-Pin是实现复合材料三维增强最有效的2种方式.与编织不同,缝合和Z-Pin是对铺叠后的叠层进行缝合,因此经缝合和Z-Pin增强后的复合材料,其纤维受力状态与采用预浸料方法成型的复合材料相当.     

Tufting缝合复合材料预制体的成型与研究进展

缝合技术能够在复合材料厚度方向上引入连续纤维,改善复合材料的层间性能。Tufting缝合是一种新型单边缝合技术,通过将缝合机头与先进的高精度的机器人连结,提高了缝合过程的精度与灵活性。介绍了Tufting缝合预制体的成型过程、缝合参数及缝合对复合材料力学性能的影响。     

缝合复合材料可用性——含孔层合板的疲劳性能

 对含孔缝合复合材料层合板的疲劳性能进行了试验研究,考察了缝合及其方向对复合材料孔板拉伸疲劳损伤扩展规律的影响。通过有限元法分析了有、无缝合复合材料含孔板的应力分布状态,对缝合复合材料孔板的拉伸疲劳损伤及其扩展机理进行了分析。研究表明,缝合改变了复合材料含孔板的拉伸疲劳损伤起始与扩展的机理,缝合方向对含孔层合板的拉伸疲劳损伤的发生与扩展有比较明显的影响。层间剪切应力对45°缝合孔板内的损伤发生与扩展起着重要作用,而且45°缝合孔板可能会出现孔边损伤以外的其他主要损伤区。     

带缝合复合材料力学性能试验研究

对缝合复合材料的性能测试方法及应变计尺寸的选取进行了研究，初步确定了适用于缝合复合材料力学性能测试的最小应变计尺寸，并且初步给出了缝合参数对复合材料基本力学性能的影响趋势，为今后进行纺织复合材料的研究提供了必要的技术储备。     

低成本缝合复合材料在次承力结构中的应用

针对采用低成本缝合复合材料而带来的结构细节设计、连接设计、分析、验证等问题,以支线客机副翼为背景,采用低温固化材料体系、VARI工艺、结合缝合提高结构整体化程度等途径,论述了具有显著低成本特征的复合材料次承力结构部件研制过程,验证了工程应用的可行性及应用效果.     

复合材料缝合预制体的研究

缝合技术作为复合材料预制体成型的主要方法,在航空领域应用广泛。临缝、链式缝合和锁式缝合是缝合技术中较为常用的3种缝合方式,不同的缝合方式对缝合复合材料预制体的渗透特性和压缩特性产生的影响不同。同时缝合参数包括针距和行距对缝合复合材料预制体的渗透特性和压缩特性会也产生不同的影响。本文通过试验分别研究了临缝、链式缝合和锁式缝合3种缝合方式以及不同的针距和行距对缝合复合材料预制体渗透特性和压缩特性的影响。试验结果表明,缝合预制体的渗透率均大于未缝合织物的渗透率,且链式>锁式>临缝,链式缝合预制体随着缝合针距的增加,渗透率显著增大,临缝预制体的渗透率随行距的增加而减小;缝合预成型体厚度压缩率的大小关系为：临缝>链式>未缝合;链式缝合预制体的厚度压缩率随着缝合密度的增加而增加;临缝的压缩率随着针距的增大而减小。     

用DPS模型预测缝合复合材料弹性常数

提出了模拟缝合复合材料单层的DPS模型，并采用材料力学方法对该模型进行了细观分析，给出了缝合复合材料面内弹性常数的预测方法。同时，利用本文得到的方法对1300／QY8911缝合复合材料弹性常数进行了预测。通过与试验结果的对比分析证明，该预测方法具有非常高的准确性。     

缝合／RTM复合材料及其计算分析的工程方法

简要介绍了纺织复合材料及其计算分析的研发现状,介绍了缝合/RTM复合材料及其应用上的优越性。提出了缝合/RTM复合材料计算分析的工程方法,在对NASA的相关工作进行分析的基础上,得出了该方法工程可用的结论。最后,指出了我们今后要开展的相关工作。     

基金档案

<正>【项目编号】2005ZG52054【项目负责人】胡自力【依托单位】南京航空航天大学智能缝合复合材料层合板的力学性能表征与测试完成情况简介:提出了缝合纤维增强复合材料层板纤维面内局部弯曲几何模型,建立了缝合层板刚度分析方法,将有限元法与周期性边界条件相结合,获得了与试验相吻合的预报结果,详细探讨了缝合参数对缝合单向板和层合板刚度的影响规     

复合材料开口缝合补强结构力学性能的实验研究

对复合材料开口缝合补强结构进行了实验研究,测试了不同缝合参数(针距、行距、边距、单重和双重缝合)补强的含孔复合材料层板的破坏强度,研究了孔边应力集中和缝合补强对强度、破坏应变等力学性能参数的影响,分析讨论了孔边及邻近区域应变集中及应变分布的规律,结合破坏断面分析,探讨了不同缝合参数对应变集中及破坏机理的影响,研究结果表明:孔口缝合补强后,层板破坏强度和孔边局部刚度均有增大趋势,孔边产生了"缺口强化"现象;与未缝合情况相比,孔边应变衰减范围基本相同,而应变衰减程度不同;缝合设计参数(针距、行距、边距等)不同,孔边拉、压应变的转换点的位置也不同;不同的针距、行距以及边距对孔边应变集中都有很大影响.     

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.     

改性BMI树脂固化过程的温度控制优化

针对以改性双马来酰亚胺树脂(BMI)为基体的树脂膜熔渗(RFI)成型工艺,以三维热传导方程与固化动力学模型为控制方程,采用有限元/有限差分方法对所得方程进行离散求解。为了衡量固化质量,提出了两个新的控制参数,并用于最优固化温度控制工艺的模拟。数值结果表明,构件内部温度与固化度均高于表面,而固化保持温度和起始时间会对构件中温度和固化度的均匀性产生较大影响。数值模拟结果对固化过程的优化设计有重要的指导意义。     

低温真空压力成型树脂体系研制

根据低温低压固化树脂体系的要求,采用设计合成的固化剂、改性剂和普通环氧树脂通过浆料混合技术配制了低温真空压力成型树脂体系,研究了树脂体系的流变特性和固化特性.采用热熔技术成功地制备了连续碳纤维预浸料,预浸料粘性和铺覆性良好,室温储存期为2周以上.对复合材料体系的固化工艺和后处理工艺进行了优化,获得了综合性能良好的低温真空压力成型LTVB-01/T700SC复合材料体系.     

增黏成型RFI层合板复合材料性能的实验研究

通过测试PT500粉末状环氧树脂型增黏剂的动态黏度特性，确定了在增强织物表面涂覆定量增黏剂的固态粉末涂布工艺及增黏层合预制件真空袋成型工艺。以M18型环氧树脂膜为基体，利用RFI成型工艺制备了增黏成型RFI层合板制件。实验结果表明：当增黏剂涂覆量≥10%时，随着增黏剂涂覆量的增加，RFI制件的厚度和孔隙含量逐渐增加，从而使RFI制件的弯曲强度和层间剪切强度亦相应降低，即增黏剂涂覆量的多少直接影响到RFI制件弯曲强度和层间剪切强度的高低。     

聚三唑树脂的固化动力学模型

运用分段拟合法所得的固化动力学模型描述了一种新型聚三唑树脂的固化行为。研究表明,该树 脂体系在固化前期符合自催化模型,模型为dα dt =3. 78×1016exp(-10200/ T)α0. 653(1-α)2. 015;在固化后期符合n 级固 化模型,模型为dα dt =3. 34×1016exp(-10200/ T)(1-α)0. 927。聚三唑树脂的固化工艺为:RT→80℃→120℃→150℃。     

双酚A型环氧树脂紫外光固化工艺及其力学性能

为了推进紫外光固化技术在环氧树脂及其复合材料制备中的应用,以双酚A型环氧树脂E51为基体,采用自行研制的紫外光设备固化,利用红外光谱法测定固化后树脂的固化度,研究了树脂体系中光引发剂和稀释剂含量对树脂固化速率的影响以及环氧树脂的紫外光固化特性,获得的树脂体系的最优配方为：双酚A型环氧树脂E51:活性稀释剂660A:光引发剂1176=100:10:5（质量比）,并对紫外光固化树脂浇铸体的力学性能进行了测试,其拉伸强度和模量分别可达到32.34 MPa和1.80 GPa,弯曲强度和模量分别为60.64 MPa和1.73 GPa。结果表明,紫外光固化速率随树脂体系中光引发剂含量的增加而上升,随活性稀释剂含量的增加先上升后下降;与传统热固化相比,紫外光固化不仅可以大幅度缩短树脂体系的固化时间,同时,制得的树脂浇铸体具有良好的综合力学性能。研究结果对紫外光固化技术在实际生产中的应用具有重要意义。     

环氧树脂及其碳纤维复合材料的电子束辅助固化研究

报道了辐射剂、辐射剂量对环氧树脂电子束固化的影响,分析了环氧树脂进行电子束固化的机理,比较了电子束固化树脂复合材料与相应的热固化复合材料的机械性能。     

基于原位红外光谱的热固性酚醛树脂固化过程研究

采用原位红外光谱测试方法,通过对同一样品在连续变温过程中的红外谱图分析研究热固性酚醛树脂在固化过程中的化学结构变化和固化行为。结果表明:该热固性酚醛树脂的固化过程主要存在两种反应,羟甲基与酚环上的氢之间的取代反应、羟甲基与羟甲基间的缩合反应,且取代反应早于缩合反应发生。随红外曲线的实时变化可知,羟甲基的缩合反应过程中有醚键形成,而羰基的出现与醚键的消失有关。通过对酚醛固化过程中基团变化的连续实时监测,可为热固性酚醛树脂的固化工艺的确定提供科学依据。     

树脂比热容对复合材料固化过程数值模拟的影响

在对热固性树脂基复合材料固化过程进行数值模拟时,通常取固化后树脂的比热容作为整个固化过程中树脂的比热容,这将会为结果带来较大的误差.但是由于固化放热的影响,树脂固化过程的比热容测试难以进行.本工作对此进行了研究,提出了一种假设:即以凝胶点为分界点,凝胶点前随着固化度的增大,比热容由未固化树脂的比热线性减小到凝胶点时与固化完全后的树脂相同;凝胶点后采用固化完全树脂的比热.模拟的结果与实测值具有良好的一致性.     

空间光学结构用改性氰酸酯树脂及其复合材料性能

以空间光学结构应用为背景,对新研制改性氰酸酯树脂低温固化体系开展评价研究,包括树脂体系的固化特性、力学性能、耐湿热性以及工艺性能等;与HS40高模量碳纤维复合制备了复合材料,对其主要力学性能进行了研究。结果表明,改性氰酸酯树脂催化体系具有优异的固化反应特性,起始固化温度为101.2℃,较未催化的氰酸酯树脂降低了97.4℃;拉伸性能以及弯曲性能均有提高,同时其沸水饱和吸水率仅1.3%左右,明显低于双马（4%）和环氧树脂（5.8%）;树脂的工艺性良好,适合热熔法制备预浸料;应用热熔浸渍法制备的HS40碳纤维/氰酸酯树脂预浸料经层合固化后力学性能优异：纵向拉伸强度和模量分别为2 244.5 MPa和248.0 GPa。