碳纤维增强树脂基复合材料微波固化技术

为解决传统复合材料成型工艺存在的生产周期长和制造成本高的问题,结合飞机型号研制中对复合材料成型技术的迫切需求,提出一种微波加热固化碳纤维增强树脂基复合材料构件的工艺方法,对比研究微波固化和电加热固化对树脂基复合材料固化度和玻璃化转变温度的影响规律。结果表明:微波固化显著加快了复合材料的固化过程,在相同的工艺条件下,微波固化复合材料的固化度明显高于传统电加热工艺的固化度;微波固化复合材料的玻璃化转变温度则略高于电加热工艺。     

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。     

U形夹芯结构复合材料蒙皮制造技术研究

针对U形夹芯结构复合材料蒙皮在实际成型过程中存在的主要问题进行了研究,在蜂窝芯局部稳定辅助手工倒角、蜂窝芯外形控制、铺层交叉固持及零件外形检测等方面对成型工艺进行了改进,并对相应的改进进行了深入分析。研究结果表明:通过对蜂窝的局部稳定化处理,实现了过拉伸蜂窝芯手工修切过程中倒角表面质量的明显改善;通过对外形样板的优化设计,实现了过拉伸蜂窝芯外形尺寸的精度控制;通过对铺叠过程中铺层的交叉固持,避免了U形夹芯结构复合材料蒙皮固化时的压力传递问题,有效解决了蜂窝芯收缩、铺层滑移皱褶及内部分层等问题;通过简易卡板、定力夹紧装置与塞尺方式相结合的方法,实现了零件状态下外形的高效测量。     

收口式大曲率复材零件整体成型固化制度实施方法研究

研究了大厚度半封闭式金属阴模整体成型复合材料收口式翼尖罩的固化制度.通过4组对比试验,找出了收口式翼尖罩类复合材料零件及其模具形式符合工艺规范中固化制度的实施方法,成功满足了规范中升温阶段对零件升温速率及恒温阶段对零件保温时间的要求,验证了大厚度半封闭式金属阴模整体成型复材零件的工艺可行性及可控性.     

CCF300/5228A复合材料RFI成型工艺参数

采用经过改性的低成本树脂膜熔渗工艺(RFI)用5228A高温环氧树脂体系,以国产纤维CCF300碳纤维为增强材料,对改性后的RFI专用5228A环氧树脂体系的RFI工艺参数进行研究。对5228A树脂体系RFI成型的全部过程中渗透浸渍纤维和树脂固化成型两个基本工艺的树脂体系的黏温性能、浸渍压力、CCF300纤维预制体的压缩特性以及固化动力学和固化工艺参数等因素的研究表明:改性后的RFI专用5228A环氧树脂体系能够完全满足RFI工艺的要求。RFI专用CCF300/5228A碳纤维复合材料的最佳浸渍工艺为(125±3)℃,(0.1±0.02)MPa下,保温90min;树脂固化成型的最佳工艺参数为:加压至(0.5±0.02)MPa,然后升温至(190±3)℃,恒温90min。整个工艺过程中的升温速率保持在1~1.5℃/min之间。     

T型长桁边缘倒角对蒙皮纤维屈曲的影响研究

文 摘 通常在复合材料加筋壁板结构先固化长桁,再将未固化的蒙皮与固化长桁进行共胶接过程中,由于辅助材料的架桥造成长桁边缘处蒙皮局部纤维屈曲。针对此类问题,研究了长桁边缘倒角角度、蒙皮厚度和蒙皮铺层角度3个因素对长桁边缘处蒙皮局部纤维屈曲程度的影响,并对纤维屈曲的原因和机理进行了分析。结果表明：减小倒角角度有利于减小蒙皮局部纤维屈曲的程度,同时纤维屈曲程度与蒙皮厚度呈正相关,与蒙皮铺层中90°铺层比例呈负相关。工程应用中,对长桁边缘适当倒角,在不使用工艺软模的条件下有利于提高复合材料加筋壁板的成型质量。     

一种VARI工艺成型用树脂及其复合材料的研究

以一种VARI(Vacuum Assisted Resin Infusion)成型工艺用环氧树脂RTM6-2为基体,研究了其固化特性,并使用VARI工艺制备了碳纤维增强复合材料层合板,对其性能进行了研究。结果表明:RTM6-2的工艺操作温度为100±10℃,工艺温度下的适用期可达7~9h,树脂浇铸体的经过180℃固化后的玻璃化转变温度为203℃~207℃;层合板的纤维体积含量在56%~57%之间,孔隙率小于1%,玻璃化转变温度为160℃~167℃。同时,通过试验得到了层合板的力学性能。     

航空复合材料构件精确制造技术探讨及应用

随着军用航空器对作战效能比和民用航空器对燃油经济性要求的不断提升,以碳纤维增强树脂基复合材料为代表的轻量化高性能材料得以在航空器上广泛应用。国内外许多专家、学者对树脂基复合材料构件制造过程进行了大量的研究。复合材料成型工装制造时,应减少支撑块,并使用Invar钢制造的成型工装来提高复合材料构件的制造精度。在复合材料构件成型时,过低的固化压力会造成复合材料构件内部缺陷,低的升温速率和降温速率能够减少温度梯度对复合材料构件变形的影响。通过对工装补偿和优化成型工艺参数来实现盆形零件的精确制造。     

温度制度对纤维增强复合材料挖补修复过程的温度场影响

借助有限元模拟仿真的方法,开展纤维增强复合材料结构在挖补修复过程的补丁固化行为研究。基于材料的温变特性,建立了复合材料结构挖补修复的补丁固化模型,探讨了升温速率和保温时间对挖补修复过程的温度场影响。结果表明,相比于保温时间,升温速率对补丁的固化行为影响更大;在升温速率增大一倍后,补丁固化中心点的温度峰值增加1.1%;温度变化速率和固化反应速率均随升温速率的提高而增加,固化区域产生明显的温度梯度;在本研究中,修复区域的最大温差高达8℃。     

大尺寸复合材料翼梁数字化设计/制造技术

翼梁尺寸大、受力复杂,是飞机的主承力结构。采用复合材料制造翼梁可达到减重、提高起重载荷并延长使用寿命的目的。为了有效承载、传载及工艺装配的需求,要求复合材料翼梁结构铺层位置、铺贴角度精准,外形公差控制严格。大尺寸的复合材料翼梁铺层复杂、截面变化多,传统的手工方法制造大尺寸复合材料零件经常会出现零件内部质量问题及质量稳定性差等状况,这就需要更高的制造工艺水平来满足工程需要。从设计到制造应用数字化技术,材料自动铺贴、裁剪、成型,可以高质量地成型复合材料翼梁,满足设计各项指标要求。     

介电分析在碳纤维增强双马来酰亚胺复合材料固化工艺中的应用研究

通过动态介电分析(Dynamic Dielectric Analysis,DEA)方法对典型树脂膜熔渗工艺成型的双马树脂/碳纤维复合材料的固化工艺进行了在线监测和优化,使原有工艺方案缩短固化时间3.5h。通过对优化前后试样进行差示扫描量热(Differential Scanning Calorimetry,DSC)分析,并对试样的力学性能及玻璃化转变温度进行对比验证,证实了DEA应用于复合材料固化工艺优化过程的可行性。     

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。     

有机锡化合物催化氰酸树脂的性能

采用有机锡化合物作为氰酸酯树脂的固化反应催化剂,评价了催化剂对固化树脂的力学性能、耐热性、吸水率以及对复合材料力学性能的影响。结果表明加入有机锡催化剂后,氰酸酯固化树脂和复合材料具有优良的性能,其中固化树脂的弯曲强度为124MPa,冲击强度为12 6kJ/m²,玻璃化转变温度为258℃,复合材料的弯曲强度为742 6MPa,层间剪切强度为72 3MPa。这表明在有机锡化合物的催化作用下,氰酸酯充分表现出了高性能树脂基体的特性,同时也说明有机锡是氰酸酯固化反应的有效催化剂。     

基于路径相关本构模型的大型薄壁曲面复合材料零件固化变形分析

大型薄壁曲面复合材料零件多采用热压罐工艺成型,在固化过程以及脱模过程会产生变形,导致零件变形超差,部件装配困难。针对此问题,本文首先采用路径相关本构模型对其固化成型过程进行分析,然后进行热压罐成型试验验证理论分析结果,就此采用反向补偿法修正模具型面。仿真结果表明,某大型薄壁曲面复合材料零件成型后最大位移为11.121 mm,最小位移为0.171 mm,分别发生在对称轴方向短边的边角点和靠近对称轴方向短边的边角点;零件在变形较大的两侧边和短边处残余应力较大,与变形较小的长边相差7 MPa左右。仿真结果与试验结果吻合良好,固化变形平均误差为8.6%。使用补偿后的模具再次进行固化变形仿真,使该零件的最大固化变形降低了70.8%。     

复合材料长桁机械成型工艺

复合材料自动化成型技术在提高复合材料生产效率、降低复合材料制造成本等方面都具有明显优势,为了改进传统生产效率低、质量稳定性差的缺点,利用设计的长桁机械成型设备制备预成型制件,研究了预成型速率以及预成型温度等工艺参数对于成型制件质量的影响,通过尺寸测量、金相分析等方法表征制件拐角厚度、纤维体积分数、孔隙率、纤维偏转变形等参数。结果表明:97℃预成型温度、1~3 mm/min预成型速率、[90°/45°/0°/-45°]2s铺层方式、2. 99 mm成型间距是较优的成型工艺参数,采用此工艺参数制造的制件厚度均匀、孔隙缺陷少、纤维偏转变形小、质量良好,在铺层表面添加聚四氟乙烯布保护层可以有效改善45°方向铺层出现的纤维偏转变形问题。     

新型无溶剂耐高温双马树脂及其碳纤维复合材料

采用双酚A型氰酸酯改性双马树脂,研制了一种新型无溶剂耐高温双马树脂基体,研究了树脂体系的黏度特性和固化反应动力学,进行了改性树脂体系的力学性能与耐热性研究,实现了1700CF/双马树脂基复合材料的湿法缠绕成型工艺.结果表明,改性双马树脂的拉伸强度为75.6 MPa,断裂伸长率为2.4%,弯曲强度为111 MPa,玻璃化转变温度为227.9℃.该改性双马树脂体系的黏度适中、适用期长且适于湿法缠绕,T700CF/双马树脂基复合材料的纵向拉伸强度为1668 MPa,纵向弯曲强度为1590 MPa,层间剪切强度为73.3MPa.     

OoA成型T800/607复合材料制备及性能

采用非等温DSC对非热压罐(OoA)成型环氧树脂基体607进行了固化动力学研究,确定了树脂的固化动力学方程。制备了T800/607热熔预浸料和复合材料单向板,并比较了热压罐和OoA成型工艺下T800/607复合材料的性能。结果表明:该类预浸料室温储存期大于30 d,OoA成型质量优异,复合材料孔隙率远低于1%。OoA成型复合材料的弯曲强度为1 480 MPa,层剪强度为96.7 MPa,与在热压罐条件下固化的复合材料性能相当。     

T700S/QY8911复合材料界面匹配研究

利用热熔法预浸料,采用热压罐固化工艺制备了T700S/QY8911复合材料.首先考察了QY8911双马树脂的黏温特性,然后通过表面张力与接触角测定、界面剪切强度测试、吸湿前后玻璃化转变温度测定、复合材料基本力学性能测试及断口形貌分析等方法综合考察了T700S/QY8911复合材料的界面匹配性.结果表明:QY8911树脂...     

玻璃纤维增强酚醛基复合材料平均线胀系数测试影响因素

研究了保温时间、升温速率、预处理温度等对玻璃纤维增强酚醛基复合材料线胀系数测试的影响。结果表明,玻璃纤维增强酚醛基复合材料在加热条件下进一步固化,造成样品收缩与样品受热膨胀相抵消,升温曲线出现平台。因此,测试前应对样品进行预处理,处理温度高于试样最终的测试温度,低于样品固化温度,以免材料内部结构发生变化;设置合适的升温速率,升温速率低,增加了时间成本,升温速率太高,测温热电偶引入的误差增加,且不均匀的加热使试样产生热应力,影响试验结果。     

耐300 ℃聚酰亚胺树脂及其复合材料性能

为了解决耐300 ℃聚酰亚胺复合材料在热压成型工艺过程中尚未解决的基础性科学问题，推动其在飞行器主承力结构件的成熟应用，本文通过DSC、FTIR、流变、TGA和力学性能测试方法，系统分析了耐300 ℃聚酰亚胺树脂化学反应特性及其复合材料力学性能。结果表明，聚酰亚胺树脂于230 ℃完全酰亚胺化，1 ℃/min升温速率下最低黏度为86 Pa·s，采用优化成型工艺制备的复合材料具有良好的内部质量和力学性能。