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纤维预制体铺层法向渗透率测定方法及影响因素的研究

阳小林  
【摘要】: 本课题来源是国家自然科学基金“树脂膜熔渗成型及质量控制非等温耦合模拟理论与实验研究”,项目编号:50573060。 复合材料液态模塑成型(Liquid Composites Molding,LCM)是近年来倍受重视的一类高性能复合材料制作技术,其中树脂传递模塑(Resin Transfer Molding,RTM)和树脂膜熔渗(Resin Film Infusion,RFI)是具代表性的两种工艺。两种工艺中都存在液态树脂对纤维织物的渗透过程,但前者主要在面内渗透,而后者主要沿织物厚度方向渗透。纤维织物的渗透率是影响树脂在其中流动的重要参数,工艺过程中树脂的渗透行为直接影响产品的质量,研究纤维预制体渗透率的测试技术以及对其进行准确测定,对于实际生产过程的工艺参数优化和产品质量控制、以及开展进一步的数值仿真研究都具有重要的意义。 本文重点研究了玻璃纤维织物在面内和法向的渗透率测试技术、数据处理方法,以及织物构成形式、孔隙率等因素对渗透率的影响。 首先对纤维织物预制体渗透率测试装置进行了设计与加工,设计了两个模具,拟定两种实验方案,分别用于对纤维织物面内渗透率和法向渗透率的测试,结果表明,该装置可以较方便地实现恒压力注射及其渗透率测试。 利用自行设计的面内渗透率实验装置,采用并行渗透测量规程,对纤维预制体的面内不饱和渗透率进行了一维实验研究,采用了传统数据处理方法,通过对实验数据的分析处理,计算得到了预制体的平均渗透率。由于在数据处理中用到了实验过程中的多点测量数据,因此可以对整个的充模过程进行很好的描述,渗透率测试结果具有较高的稳定性和精确性。 利用自行设计的铺层法向渗透率测试装置,对纤维预制体的铺层法向不饱和渗透率进行了重点实验研究,在实验数据分析与处理中,分别采用了传统数据处理方法、分步法和分段差值法,通过对各种数据处理方法得到的渗透率值并进行比较分析,得出分步法对于不饱和渗透率的测试结果处理更加合理和有效。 本文最后分析了纤维织物构成形式和体积含量(或孔隙率)与渗透率的关系。研究表明纤维织物的构成形式对渗透率有较大影响,同种织物形式渗透率随着纤维体积含量的升高而非线性降低,但降低速率随体积含量的升高而逐渐减缓;纤维织物面内非饱和渗透率要远大于铺层法向非饱和渗透率。论文还讨论了毛细作用和边缘效应对渗透率实验测量的影响。


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