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RTM工艺过程中树脂组分竞争性吸附及固化监测的研究

王虎  
【摘要】: 树脂传递模塑(Resin transfer molding, RTM)工艺具有成本低、成型速度快、产品质量好、对环境污染小以及能够制造大型复杂结构构件的优点,因此在航空、航天和交通运输领域得到了广泛应用。然而, RTM工艺的浸润过程十分复杂。树脂组分在增强纤维表面发生竞争性吸附对RTM成型复合材料的性能产生重要影响。 考虑到溶液浸润方法是利用高粘度树脂通过RTM工艺制造高性能树脂基复合材料的有效手段。本文研究了溶剂和增强纤维表面硅烷化对RTM石英纤维/酚醛树脂复合材料浸润过程的影响。结果表明,在RTM工艺中,酚醛树脂和溶剂在纤维表面形成竞争性吸附,从而影响RTM成型复合材料界面组成和性能。采用不同溶剂的酚醛树脂不但影响RTM制品层间剪切强度(ILSS)的高低,而且也影响ILSS的均匀性。 利用漫反射红外光谱(DRIFT)、紫外光谱(UV)研究了石英纤维在酚醛树脂溶液中的竞争性吸附。酚醛树脂在石英纤维表面的吸附行为是酚醛、溶剂和石英纤维表面之间的氢键作用相互竞争的结果。测量了石英纤维吸附前后酚醛树脂溶液的粘度和表面张力变化。热失重分析(TGA)结果表明,溶剂在石英纤维表面的竞争性吸附导致酚醛树脂在RTM复合材料内部分布不均,解释了溶剂和纤维表面硅烷化对于复合材料孔隙率和ILSS的影响。 采用光纤布拉格光栅监测石英-酚醛复合材料固化过程应变的变化情况。光纤监测具有很高的精度,将光纤埋入复合材料内部,实现了复合材料在固化过程中内部应变变化历程及温度变化历程的监测,获得了复合材料应变变化的情况。结果表明,在固化过程中应变变化较小的复合材料其力学性能较好,固化过程对力学性能的影响较大。可见,光纤监测复合材料固化过程应变变化对复合材料性能影响的研究是非常重要的。


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