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树脂表面张力及粘度对浸润速率的影响研究

肖红波  
【摘要】:树脂传递模塑(Resin Transfer Molding,RTM)工艺是广泛应用在航天航空、汽车、机械、电子及建筑领域的一种先进复合材料制备方法。RTM属于闭模成型工艺,在成型过程中树脂对纤维增强体的充分浸润是提高产品性能的关键因素。如果成型过程中空气不能排尽,就会导致RTM成型的复合材料中产生大量缺陷,降低复合材料的性能,特别是在纤维增强复合材料中尤为明显。因而研究树脂对增强纤维的浸润机理以期提高成型过程中树脂对纤维增强体的浸润性就显得非常重要。同时,RTM也是低压成型工艺,与传统成型工艺的二次或多次浸润机理不同,RTM中纤维/树脂浸润为一步浸润机理。RTM工艺要求树脂有好的工艺性能,其中树脂流体特性尤为重要。流体特性直接影响树脂的浸润性和最终产品的质量。因此有必要对影响树脂浸润纤维增强体的速率的因素进行细致、深入地研究,以满足树脂对纤维的充分浸润及RTM工艺中的流动充模要求。树脂的粘度和表面张力是影响树脂流动的重要因素。本文中主要讨论树脂的粘度、表面张力及纤维增强材料的含量对浸润速率的影响。 本课题采用靶环法研究不同粘度的树脂对纤维增强体的浸润性能。选用不同粘度的不饱和聚酯树脂分别浸润不同型号、不同铺层厚度的玻璃纤维布和短切纤维毡,对浸润过程进行实时采集。在浸润不同厚度增强材料情况下,研究每组不饱和聚酯树脂的粘度及表面张力与浸润速率之间的关系,并进行数值模拟,得到了它们之间存在的关系。 用不饱和聚酯树脂浸润各向异性的玻璃纤维布时,随着粘度的增大,浸润速率逐渐减小。浸润速率在各个方向上是不完全相同的,其中45°方向上的浸润速率大于径向和纬向上的。对于各向同性的短切纤维毡,在各个方向上的浸润速率趋于一致,浸润速率随着粘度的增大而减小。当树脂的粘度大时,树脂的流动性差,树脂浸润增强材料困难,浸润速率减小。同时,浸润速率随树脂的表面张力增加而变大,并且两者之间呈现一次线性关系。浸润速率随着纤维含量的增加而减小。根据三者的变化关系修正Darcy定律,得到公式,使之更完善。 以修正的Darcy定律为数值模拟RTM工艺中树脂流动充模的理论基础,在


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