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高粘度阻燃树脂的复合材料成型工艺的模拟仿真及优化

王庆涛  
【摘要】:复合材料以其比重小、强度高、制作成形方便、可设计性强和维护成本低等一系列优点,使其在航空航天、公共交通运输、基础设施、等领域得到了广泛的应用。但是复合材料的基体材料绝大部分是高分子有机材料,燃烧时产生大量的烟雾粉尘和有毒气体,存在着安全隐患。 因此复合材料的优良的阻燃性能成为其可以广泛应用的前提。目前复合材料的阻燃方法主要有反应型阻燃和添加型阻燃。从经济性和阻燃效果方面考虑,本文选用氢氧化铝(ATH)作为阻燃填料,ATH在高温下就会分解为氧化铝和水,生成的氧化铝粉末起到隔绝氧气的作用,而水变成水蒸汽既能隔绝空气又能吸收更多热量,另外ATH是两性氢氧化物,其可以中和烟雾中有毒的酸碱性物质HC1、NH3等。但是树脂中加入填料后,粘度变大,导致复合材料成型工艺困难。 本文采用数字粘度仪对不同温度和促进剂下添加氢氧化铝(ATH)的不饱和聚酯树脂(UPR)的粘度和凝胶时间进行测试,研究温度和促进剂对粘度和凝胶时间的影响。用单向法测试玻璃纤维毡各向的渗透率。然后通过获取的实验数据作为参数,采用一复合材料部件模型,用RTM和VARTM工艺进行模拟仿真。实验结果表明: (1)温度对初始粘度和平均粘度的大小起主要性作用,但是,在不添加固化剂的情况下,树脂的粘度随着时间的变长而逐渐变大。 (2)在设定的间隔下,温度对凝胶时间的影响要大于促进剂。 (3)玻璃纤维毡的各向渗透率基本相等。 模拟仿真结果表明: (1)对于RTM和VARTM工艺,如果注口相对于出口较大时,可以断定这两种工艺的灌注时间基本相同,因此对于此种情况,在实际生产中,选择VARTM工艺比较好,VARTM可以更好的避免干斑的出现。 (2)如果注口相对于出口较小时,注口越小,RTM和VARTM工艺的灌注时间差距越大,VARTM工艺的灌注时间要小于RTM。


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