电子束固化复合材料固化过程温度分布模型

为了深入理解电子束固化复合材料固化成型过程中的传热行为,在电子束固化阳离子环氧树脂的固化反应动力学研究的基础上,结合传统传热原理,建立并验证了电子束固化复合材料固化过程中的热传递与温度分布模型.研究表明,建立的温度变化模型与复合材料实际辐射固化过程中的温度变化规律基本一致.     

LT-01A低温固化环氧树脂体系流变特性研究

采用锥板流变仪对LT-01A低温固化环氧树脂体系的流变行为进行了研究,以Arrhenius 1级反应流变模型为基础分别建立了等温和动态固化条件下的流变特性方程,并模拟实际固化工艺的温度历程对所建立的流变特性方程进行了验证,结果表明所获取的流变特性方程可准确地反映实际固化工艺过程中树脂体系的流变行为.     

3234中温固化环氧树脂体系的固化反应动力学研究

采用差示扫描量热法(DSC)在等温和动态条件下对3234中温固化环氧树脂体系的固化反应动力学进行了研究,建立了固化反应动力学方程;并模拟实际固化温度历程,采用测定不同固化阶段样品残余反应热的方法对固化反应动力学方程进行了验证。结果表明,3234中温固化环氧树脂体系的固化反应动力学符合自催化反应动力学模型,动态实验得到的固化反应动力学方程与验证结果符合得较好。     

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。     

PN-PAA、MPN-PAA共混树脂热固化过程和热分解过程的研究

借助凝胶时间、DSC和TGA等测试研究了PN-PAA和MPN-PAA共混树脂的热固化过程和热分解过程。凝胶时间(140℃)结果表明共混树脂的交联反应速率比PAA明显趋缓;PN-PAA(1∶1)、MPN-PAA(1∶1)共混树脂的固化温度比PAA提高约50℃;K issinger公式和Crane公式计算表明共混树脂比PAA树脂具有更大的热固化反应活化能,但具有基本相同的反应级数;TGA结果表明共混树脂固化物具有很好的热稳定性,其起始热分解温度接近400℃。采用Coats-Redfern方程分析、解释了树脂热分解过程的表观动力学。与PAA树脂比较,共混树脂固化工艺性有较大改善,并具有较好的耐热性,有望用作高温防热复合材料的基体。     

PN-PAA、MPN-PAA共混树脂热固化过程和04热分解过程的研究

借助凝胶时间、DSC和TGA等测试研究了PN-PAA和MPN-PAA共混树脂的热固化过程和热分解过程。凝胶时间（140℃）结果表明共混树脂的交联反应速率比PAA明显趋缓；PN-PAA（1：1）、MPN-PAA（1：1）共混树脂的固化温度比PAA提高约50℃；Kissinger公式和Crane公式计算表明共混树脂比PAA树脂具有更大的热固化反应活化能，但具有基本相同的反应级数；TGA结果表明共混树脂固化物具有很好的热稳定性。其起始热分解温度接近400℃。采用Coats-Redfem方程分析、解释了树脂热分解过程的表观动力学。与PAA树脂比较，共混树脂固化工艺性有较大改善，并具有较好的耐热性，有望用作高温防热复合材料的基体。     

聚合物的辐射固化

论述了低成本树脂复合材料制造技术之一——电子辅助固化工艺的新动向。该复合材料固化成形技术与传统的热压罐工艺相比，固化周期短，固化温度低，工装设备要求简单，且不受复合材料构件形状和尺寸的制约，也不受构件厚度的影响，并且能够进行连续固化成形，便于实现机械化连续生产，可以大幅度降低复合材料制造成本。目前由该方法制造的树脂基复合材料构件已经用于飞机次承力构件。     

复合材料热压成型过程环氧树脂流变特性研究

针对复合材料热压成型过程的工艺特点,以环氧618/2E4MZ及环氧618/DDS体系为研究对象,通过测试DSC曲线、η T曲线、η γ曲线及计算不同升温速率下的流动活化能,得到温度、升温速率、剪切速率对体系黏度的影响规律。在大量实验研究基础上,利用具有可操作性的固化工艺参数(dT/dt)表征了阿累尼乌斯方程中的流动活化能、指前因子及幂律方程中的黏度系数,确定了两种树脂体系黏度平台区、下降区的黏度方程。当树脂体系一定时,所建立的黏度方程描述了树脂黏度下降区及黏度平台区的黏度变化规律,为复合材料热压成型树脂流变过程的模拟研究提供了参考依据。     

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。     

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。     

聚碳硅烷纤维不熔化处理的研究(Ⅰ)反应过程的增重及其动力学计算

利用TG－DTA和动力学计算方法对聚碳硅烷纤维在空气中的反应过程进行了研究,探讨了不熔化工艺条件对纤维增重及其不熔化程度的影响。结果表明,PCS纤维的氧化反应不是简单的一级反应,随着升温速率的加快,反应急剧放热,并引起进一步的化学反应,导致反应机理发生改变。升高温度或延长时间均有利于纤维的不熔化。     

筒状复合材料制件热压罐成型温度模拟及影响因素分析

筒状结构是航天飞行器的典型结构形式之一,其在热压罐成型工艺过程中多采用圆筒结构径向平面垂直于热压罐径向平面的放置方式,在其成型过程中筒状结构的迎风面、背风面、侧风面等可能会存在较大的温度分布不均匀现象,针对该问题,基于Fluent软件建立了考虑树脂固化反应放热的温度场分析方法,并选取圆筒结构典型位置的温度变化历程对仿真结果的有效性进行了验证,并且分析了圆筒结构的温度场分布特性。在此基础上,改变热压罐的升温速率,分析了圆筒制件内温度和固化度的分布变化规律。结果表明:对于圆筒结构热压罐成型过程,因为结构特性而带来的温度差异远远大于因传热引起的温度差异;热压罐升温速率从0.5K/min上升至5K/min,圆筒制件迎风面与背风面温度差值最大值仅增大1.1K,最大固化度差值仅增加2.08%,热压罐升温速率对圆筒结构温度场与固化度均匀性影响不大。研究结果对实际生产中圆筒结构的热压罐固化成型工艺优化有一定的指导意义。     

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。     

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.     

Z-pin高效拉挤用双马来酰亚胺树脂改性

为了满足双马来酰亚胺树脂（BMI）应用于Z-pin高效拉挤的需求,要求其具有低黏度（500 $\mathrm{m}\mathrm{P}\mathrm{a}?\mathrm{s}$）、耐热（玻璃化转变温度大于200 ℃）、固化快以及韧性好等性能。使用TDE-85环氧树脂（EP）降低BMI黏度,并进一步加入改性剂提高树脂的耐热性和力学性能。分别采用黏度测试、差示扫描量热分析、热重分析、力学性能测试等方法研究树脂固化工艺、固化反应动力学、耐热性以及基本力学性能,筛选最佳树脂体系制备Z-pin并进行性能测试与分析。研究结果表明:TDE-85环氧树脂的加入可以有效降低树脂体系的黏度,满足高效拉挤工艺性需求。加入改性剂二苯甲烷二异氰酸酯（MDI）提高了EP-BMI体系的韧性和耐热性,玻璃化转变温度为251 ℃,综合性能达到最优。浇铸体拉伸强度、冲击强度分别为66 MPa、21 kJ/m2,分别提高了38%、53%。Z-pin短梁剪强度为67 MPa,与基体结合强度为31.2 MPa。改性树脂体系充分满足Z-pin高效拉挤的工艺需求和性能要求,具有良好的工程应用价值。      

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。     

复合材料制造过程仿真技术综述

复合材料制造过程仿真技术的有效应用可以在复合材料构件设计之初对其制造过程中可能出现的缺陷,如分层、孔隙、温度不均、变形等问题进行预测,从而为优化构件结构、调整工艺参数或模具型面提供依据。对目前复合材料设计制造领域常用的一些软件进行简要介绍,并针对目前复合材料制造过程温度场分布和固化变形仿真技术中存在的问题进行了阐述与讨论。     

树脂传递成型工艺中树脂流动和凝固过程的非等温仿真

采用控制体／有限元方法建立了模拟树脂传递成型工艺制造薄壁零件时树脂流动和凝固过程的2．5维非等温仿真数学模型，该模型运用纤维、树脂的能量平衡和树脂凝固的质量平衡方程模拟树脂流动和凝固过程中的热量传递和温度变化过程，研究了树脂传递成型工艺过程中树脂流动、温度变化及树脂凝固的数值求解方法，算例结果表明所提出的仿真模型能有效地模拟树脂传递成型工艺过程中树脂流动、温度变化及树脂凝固程度。