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RTM工艺缺陷形成机理与控制方法研究

冯武  
【摘要】:树脂传递模塑成型工艺(Resin transfor molding,简称RTM)已成为诸多复合材料成型工艺中应用较为广泛的一种成型工艺,与其它工艺相比,RTM具有成本低、环保和可制备大型复杂加筋结构件等优点。近年来,RTM的应用和研究取得了显著的进展。然而,RTM充模过程易产生多种缺陷,如何减少或消除这些缺陷以及使充模时间最短等问题有待深入研究。本论文依据RTM技术的最新进展,从预成型体设计和充模过程控制两个方面研究了气泡、干斑和结构变形三种缺陷的形成机理和消除方法。 树脂传递模塑过程中缺陷的形成受预成型体材料的复杂性、多样性等因素的影响。本文选择常用于高强度结构件且具有较好设计性的多层编织布为研究对象,在理论分析的基础上,建立了多层编织布断面气泡形成的分析模型,并通过可视化实验和数值模拟技术对气泡的形成机理和影响因素进行了研究。研究结果表明:气泡形成于横向纤维的末端,不同局部区域渗透系数的差异是气泡形成的根本原因,纤维束间的通道宽度、纤维束宽度、纤维束渗透系数和叠加模式是影响气泡尺寸的重要因素,若要减少气泡数量和尺寸,可采用具有较大横向渗透系数的纤维束为横向纤维,降低横向纤维束的宽度与通道宽度的比值以及避免多层叠加时层与层出现滑移。实验和数值模拟结果也表明,对预成型体进行设计,可以降低制品中气泡的含量和尺寸,有助于提高制品质量。 论文通过对注射过程进行控制,研究了消除干斑和结构变形等缺陷的方法及如何使充模所需时间最短。多孔注射是实现充模时间最短的常用方法,但若控制不当,制品会出现干斑、结构凹陷变形等缺陷。论文采用数值模拟的方法,分析了恒压注射、恒流量注射、注射口数量及位置、排气口的数量及位置四种因素对充模过程的影响。在此基础上,提出最大允许注射压力参数,并给出一种基于最大允许注射压力的充模过程控制方法。选择从恒流量注射过渡到恒压注射、同步注射和非同步注射相结合的注射方式,实现了消除干斑和结构凹陷变形等缺陷。 研究RTM工艺缺陷的形成与消除,可为制品的制备提供成型工艺指导。论文的研究对提高RTM制品质量和拓宽RTM工艺的应用领域具有重要的意义。


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