热压罐/真空辅助组合工艺成型复合材料及其质量评价

综合分析热压罐工艺和真空辅助成型(VARI)工艺的优缺点,并对两种成型工艺进行优势整合,开发出新型的热压罐/VARI组合工艺;对该新型工艺成型质量包括纤维体积分数及其厚度等进行评价,并与VARI成型对比.结果显示,热压罐/VARI组合工艺制件纤维体积分数可达60％以上,并且树脂固化前的保压时间越长,纤维体积含量越大,直至纤维体积分数到达一定数值.     

CF/PEEK超声原位固结铺放及其复合材料力学性能

热塑性复合材料自动铺放（ATP）原位固结成型是未来航空复合材料结构件的发展趋势,缩小其制件与热压制件性能的差距具有工程实践意义。基于超声原位固结成型工艺,制备碳纤维增强聚醚醚酮树脂基复合材料（CF/PEEK）层合板,并与铺放后热压和直接平板热压试样比较力学性能差异,为热塑性复合材料的自动铺放提供参考。结果表明,超声热源能够满足CF/PEEK铺放的能量要求,功率的增加和铺放速度的降低有利于铺层结合;与平板热压试样相比,铺放成型试样的孔隙率高,纤维存在部分损伤;在节省了平板热压后固化周期的情况下,超声铺放单向层合板试样拉伸强度、拉伸模量和层间剪切强度分别为1.32、113.8 GPa和39.2 MPa,达到了直接热压试样的80.4%、84.8%和65.1%,在经过热压后固化后,分别提高到直接热压的92.1%、92.6%和82.5%。超声原位固结成型试样的简支梁摆锤冲击失效形式为分层,其经过热压后,孔隙率下降,铺层结合强度提高,试样的冲击失效形式为断裂,与直接热压的相同。     

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。     

闪电防护铜网在航空复材制件VARI成型工艺中的树脂导流应用

复合材料在民机结构中的大量应用对航空复材制件的闪电防护提出了新的要求,与此同时,以VARI工艺为代表的复材液体成型技术愈发受到关注,常用导流网在VARI工艺中造成浪费也易引起质量问题,结合这两方面的需求,提出将闪电防护铜网用作导流介质,在表面应用类的航空复材制件的VARI成型工艺中,将铜网的闪电防护作用和树脂导流作用进行集成,并对闪电防护铜网在VARI工艺中的树脂导流作用进行了试验分析,研究了引入铜网导流后VARI制件的注胶情况、铜网层数对树脂渗透率的影响,以及制件最终成型效果和表面质量。本研究对于丰富复材VARI成型工艺技术手段,提升VARI工艺的综合经济性,进一步拓展VARI工艺在民机复材结构中的应用都具有积极意义。     

高性能纤维增强树脂基复合材料3D打印

3D打印技术是一种逐层成形的增材制造技术,而纤维增强树脂基复合材料是一种力学性能优异的先进结构材料,结合3D打印的工艺先进性和纤维的材料性能优势,提出新型的纤维增强树脂基复合材料3D打印工艺,为进一步促进两者共同发展与应用提供了可能。综述并分析了纤维增强树脂基复合材料3D打印技术的研究现状与瓶颈,提出了一种连续纤维增强热固性树脂基复合材料3D打印工艺,将3D打印丝材制备、3D打印预成型体、3D打印预成型体固化分隔成3个独立的模块,并根据不同模块设计搭建了不同的试验平台及设备,成功制备得到了连续纤维增强热固性树脂基复合材料3D打印构件,还测试得出其(纤维含量为52%)拉伸强度及拉伸模量分别达到1325.14MPa和100.28GPa;弯曲强度及弯曲模量分别为1078.03MPa和80.01GPa;层间剪切强度为58.89MPa。大幅提高了纤维增强树脂基复合材料3D打印成型构件的力学性能。     

碳纤维/双马树脂复合材料整体成型过程分层扩展行为实验研究

针对复合材料构件热压罐成型过程中常见的分层缺陷,考察了整体成型工艺温度对分层扩展、QY8911双马树脂基体韧性及T300/QY8911层合板Ⅰ型层间断裂韧性的影响,并通过分层扩展断面形貌深入分析了复合材料整体成型工艺中分层扩展的路径和断面破坏模式,给出了复合材料整体成型工艺和结构设计的优化建议措施。结果表明,随着整体成型最高温度的升高,分层扩展程度增大,QY8911双马树脂基体的拉伸强度和拉伸模量逐渐降低,T300/QY8911层合板Ⅰ型层间断裂韧性逐渐增大;对分层扩展断面进行SEM扫描电镜分析发现分层扩展沿着层间开裂,断面内存在基体断裂和基体/纤维界面脱粘两种破坏模式,Ⅰ型层间断裂是复合材料整体成型工艺中分层扩展的典型微观特征。     

先进复合材料热压罐工艺成型过程压力监测技术

热压罐工艺是航空航天领域生产高性能复合材料构件最重要的方法,如工艺控制不利可能导致制件存在纤维架桥、屈曲、孔隙、分层、变形等缺陷,从而影响复合材料表面质量、力学性能以及可靠性。热压罐工艺过程压力监测技术,可为模具设计、工艺优化、缺陷形成机制分析提供有利的试验手段,提升复合材料成型制造技术水平。文中系统总结了复合材料热压罐成型工艺过程纤维、树脂、预浸料叠层承压测试方法及其适用性。     

新型液体成型技术在民机副翼结构的应用研究

基于传统VARI工艺开发了一种可以满足航空复合材料构件大规模生产需求的新型低成本液体成型技术。采用了多种工艺措施确保注胶口和出胶口处树脂压力和树脂流动控制,对比试验表明,采用新型液体成型技术所制备的复合材料层合板厚度均匀性能够接近预浸料/热压罐成型的复合材料层合板的水平。采用新型液体成型技术所研制的民机副翼结构件具有良好的外形和内部质量,可以满足航空复合材料结构的应用需求。     

复合材料VARI成型夹层结构承载能力试验研究

针对先进复合材料整体成型夹层结构树脂基复合材料构件采用的预浸料热压罐成型的高工艺成本现状,引入真空辅助成型技术(简称VARI成型),以某型民机复合材料扰流板、起落架舱门结构为研究对象,根据VARI成型结构设计参数,通过试验从几何参数、材料参数、紧固件参数、预埋件类别、设置缺陷因素和环境因素多个角度分析了其对连接结构失效...     

复合材料湿法模压成型工艺参数研究

采用湿法模压成型(WCM)工艺制备碳纤维复合材料层合板,对浸润时间和固化压力两个工艺参数进行了设计,制备了不同参数的层合板。利用金相显微镜观察了不同参数制备层合板截面的微观形貌,对层合板成型质量进行表征,主要包括层合板厚度、纤维体积含量、短梁剪切强度(ILSS)、压缩强度以及拉伸强度的测试和计算。结果表明,当浸润时间4min、固化压力1MPa时,层合板的成型质量最好,截面缺陷较少,力学性能优良,力学强度相对提高5%~11.45%左右;随着浸润时间的增加,力学性能先迅速增大后趋于平缓,随着固化压力的增加,层合板的纤维体积含量和力学性能都逐渐增加,在浸润时间10min/固化压力1.5MPa时,纤维体积分数和拉伸模量达到最大值,为66.12%和86.50GPa。     

热塑性复合材料原位成型过程铺层间结合强度

连续纤维增强热塑性复合材料自动铺放原位成型可以实现结构件在制造过程中一次成型,而不需进入热压罐后处理,属于"非热压罐"制造技术,故原位成型过程中铺层间的结合强度将直接决定最终结构件的性能。通过建立铺层间紧密接触模型及高温高压下分子链扩散模型,预测原位成型过程中铺层间的结合强度与成型工艺参数之间的关系,对原位成型工艺参数进行优化,并通过试验验证模型的正确性。试验结果表明,模型预测结果与试验结果基本相符,通过计算发现,压辊压力达到1500 N时,铺层间的紧密接触度才能达到1;通过提高升温速率的方式缩短分子链的扩散时间;原位成型试片的层间剪切强度（ILSS）仅达到热压罐成型的70%左右,因此还需对原位成型试片性能的其他影响因素进行分析。     

铺放参数对复合材料厚度方向力学行为影响

为了探究铺放工艺参数的变化对复合材料厚度方向力学行为的影响,通过面外拉伸实验分析了铺放压力与铺放温度对复合材料厚度方向面外拉伸强度与拉伸模量的影响,并对不同铺放工艺的试件失效模式进行了分析。试验结果表明,增大铺放压力会减小层间富树脂区厚度,使复合材料面外拉伸强度不断增大,当铺放压力为0.225 MPa时取得实验组最大值,与铺放压力0.075 MPa相较强度提升约13.1%,失效模式由纤维断裂与纤维层剥离的组合转变为纤维断裂;铺放压力的进一步增大会挤压层间树脂,改变树脂富集形态,使面外拉伸强度下降,剥离失效模式再度出现。实验用复合材料的适宜铺放温度为30℃,过高的铺放温度会导致孔隙率的上升,使复合材料的面外拉伸强度严重下降,裂纹扩展失去规律性;与铺放温度25℃相比,铺放温度为45℃时复合材料面外拉伸强度下降达19.2%,失效模式由纤维断裂与纤维层剥离的组合失效转化为单一的纤维层剥离失效。     

一种民用高温固化环氧树脂基复合材料性能研究

研制一种新型高韧性高温环氧树脂ACTECH^■ 1316体系,研究其固化反应特性、流变性能及耐热性能,其中Tg可达222.5℃,可在130℃温度下长期使用。分别选用两种国产碳纤维CCF800H和ZT9H作为纤维增强体,通过热熔两步法制备预浸料,加工工艺性较好,显示出该树脂体系与两种纤维有较好的匹配性。采用热压罐工艺进行固化,对复合材料层合板的力学性能进行研究,通过与国外高温环氧树脂体系8552/IM7的性能对比发现,ACTECH^■ 1316/ZT9H和ACTECH^■ 1316/CCF800H在0°拉伸强度及模量、0°压缩强度及模量和冲击后压缩强度等方面表现较好,基本满足民机领域对树脂及复合材料性能的要求。     

面向航空结构的高性能VARI复合材料技术

树脂基复合材料因其具有比强度高、比刚度大和可设计性好等优点已成为航空航天等领域广泛采用的最主要的结构材料之一.但随着用量的不断增加,传统树脂基复合材料自身的弱点也不断暴露出来,突出表现在传统树脂基复合材料的制造成本较高,这主要是由于传统复合材料大多采用预浸料/热压罐成型,预浸料的制备和低温储藏、繁杂工艺过程以及价格昂贵的热压罐等设备投资势必造成复合材料的高成本,这在一定程度上又限制了复合材料用量的进一步扩大.     

轻型电动飞机用碳纤维预浸料力学性能研究

飞机结构强度设计的过程需要基于有关材料的力学性能数据。为了避免因材料偏差而引起的结构破坏,应尽可能的排除可避免的影响因素,以保证产品质量稳定性。本文以多批次、不同厂家生产的UNI23100/9314碳纤维预浸料作为研究对象,对采用热压罐工艺和真空袋工艺制备的碳纤维复合材料开展了性能验证及评价分析。对试样进行拉伸及压缩试验,测出其单层(0°)拉伸强度、压缩强度、拉伸模量、压缩模量,并统计得出数据的离散系数和标准差。通过试验结果的比对,总结得到试样的制件厂家、材料批次、试验厂家、数据处理厂家及操作误差等因素对产品力学性能造成的影响,对其未来的设计标准、生产规范等提供了依据。     

原位光固化复合材料纤维铺放制造工艺

通过调整紫外光参数和铺放速度参数,制备了相应的NOL环测试件和层合板样件。研究结果表明紫外光原位固化纤维铺放制造工艺是可行的。复合材料具有比强度高、比模量高、抗疲劳性能和耐腐蚀性能优良等优点。随着复合材料的广泛使用,各种高效低成本的制造方法也不断出现。如纤维铺放成型技术、树脂     

硅橡胶热膨胀模具设计与纵横加筋壁板成型质量分析

 采用闭模硅橡胶热膨胀工艺和硅橡胶辅助热压罐工艺,制备了碳纤维复合材料纵横加筋壁板,分析了2种工艺成型过程的特点及其对成型质量的影响。进一步考察了硅橡胶辅助热压罐工艺下工艺间隙、硅橡胶厚度和金属模块定位对制件密实状态和尺寸精度的影响。结果表明:相比闭模热膨胀工艺,所采用的硅橡胶辅助热压罐工艺及其模具方案更适合于成型纵横加筋壁板;热压罐工艺应按照硅橡胶自由膨胀的方式来设计工艺间隙;硅橡胶的厚度对密实质量影响较小,但厚度越大温度不均匀性越明显;热压罐工艺中采用金属模块定位的方法可以明显提高加筋肋交汇处的尺寸精度和密实质量。研究结果对复合材料格栅结构制造质量控制技术的发展具有指导意义。     

PMI 泡沫夹层结构整流罩冯卡门锥段成型技术研究

对PMI泡沫夹层结构整流罩冯卡门锥段成型技术进行了研究,通过对玻璃钢面板及其泡沫夹层结构性能、面板成型、泡沫热成形、泡沫拼接、玻璃钢泡沫夹层结构成型及无损检测等技术研究,确定了玻璃钢外面板、预先固化,然后与泡沫等复合组装,最后铺覆内面板,整体进罐固化的成型工艺。结果表明,玻璃钢面板纵、横向拉伸强度为602、593 MPa,模量为26.0、27.2 GPa,满足设计强度≥350 MPa、模量≥25 GPa的要求;玻璃钢/PMI泡沫夹层结构泡沫密度为(110±10)kg/m3,厚度28 mm,纵、横向侧压强度为32.9、30.5 MPa、模量为2.31、2.38 GPa,满足设计指标侧压强度≥25 MPa、模量≥2.0 GPa的要求,采用玻璃钢/PMI泡沫夹层结构分步固化成型工艺研制的首件新型号整流罩冯卡门锥段,满足设计使用要求。     

高性能PBO纤维复合材料成型工艺参数研究

研究了PBO纤维与环氧树脂复合成型工艺参数如树脂配方、浸渍张力、缠绕张力对PBO纤维缠绕成型复合材料力学性能的影响,同时优化了这些工艺参数。研究结果表明,PBO纤维复合材料的拉伸性能很好,但其纤维表面呈惰性,对树脂系统的拉伸性能、韧性和弯曲性能均要求较高,缠绕张力大约占其股纱强力的3 5%左右时,PBO纤维的NOL环层间剪切强度达到最高（29MPa）,才能发挥PBO纤维的高强特性。     

适用于热熔法制备预浸料的氰酸酯树脂的制备

为改进纤维增强氰酸酯树脂基复合材料的制备工艺,研制了一种适用热熔法制备预浸料的氰酸酯树脂体系.以旋转黏度计确定了适用热熔法浸渍纤维的树脂黏度为1.5 Pa·s/80℃、最佳加工温度为(90±2)℃、工艺适用期为2 h.利用DSC及哈克流变仪确定了树脂的固化工艺、纤维增强树脂基复合材料的制备工艺等.结果表明此树脂体系具有良好的热熔加工性能,适宜的工艺适用期,树脂体系在-10℃下贮存6个月后,树脂黏度基本保持不变,应用热熔浸渍法制备的M40J碳纤维/氰酸酯复合材料,具有优异的力学性能,拉伸强度和模量分别为2 037 MPa和226 GPa,弯曲强度和模量分别为1 580 MPa和217 GPa.