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多墙体结构纤维预成型体中树脂浸渍与流动行为研究

钟勇  
【摘要】:聚合物基复合材料多墙体结构是指具有三个或者三个以上相互连接或交叉墙面的结构件,因其具有结构重量轻、承载能力高、抗变形能力大等突出的性能优势而备受青睐。真空导入模塑工艺(Vacuum Infusion Molding Process, VIMP)因其具有低成本、环保和适合于大型复合材料构件一次整体成型等优点,已成为材料制备领域研究的热点。VIMP工艺中对树脂流动行为的有效控制,使树脂液体充分浸渍纤维预成型体是保证制品质量的关键。 本文根据多墙体的结构特征,围绕纤维预成型体结构拐角、变截面和变渗透率等对树脂流动行为的影响开展了一系列的研究,初步掌握了多墙体结构纤维预成型体中树脂浸渍与流动行为的规律。其主要结果如下: 1.VIMP工艺中,无论是否使用导流介质辅助,多墙体结构纤维预成型体中的结构拐角都会降低树脂液体的充模速度和纤维预成型体的整体表观渗透率,即存在拐角效应。拐角位置离注胶口越远,纤维预成型体的整体表观渗透率表现为先下降后上升。使用导流介质辅助时,竖直平板面的树脂充模速度比水平平板面的充模速度慢,重力是影响速度差异的主要因素。纤维预成型体上表面部分铺放导流介质时,导流介质离注胶口越远,对纤维预成型体整体充模的提速作用越小;导流介质铺在拐角区域能有效降低拐角效应。 2.对于变截面的纤维预成型体,宽度和厚度发生变化对充模完成速度都有较大的影响。树脂液体从纤维预成型体的大截面(宽端和厚端)向小截面(窄端和薄端)注入时,其充模完成速度相对恒定截面积的纤维预成型体要快,反之相对恒定截面积的慢。纤维预成型体沿注胶方向变宽时,其位置离注胶口越远,充模完成时间越长。纤维预成型体从小截面向大截面注胶使用导流介质辅助时,能降低小截面的瓶颈减速作用。 3.通过真空袋膜法测得实验使用的12k碳纤维单向布预成型体渗透率为1.39×10-12m2,比玻璃纤维单向布预成型体的渗透率1.35×10-11m2小一个数量级,玻碳混杂预成型体的渗透率介于两者之间。玻璃纤维铺在碳纤维上层时,混杂纤维预成型体渗透率更大,且玻璃纤维与碳纤维混杂铺层越均匀,混杂预成型体表观渗透率越大。 4.为VIMP工艺应用到多墙体结构复合材料一次整体成型上作了初步的探索与研究。


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