搜索
热压罐整体化成型工艺中,金属模具与复合材料构件之间的热不匹配、柔性模具的使用、框架式模具变形及温度分布是影响构件固化变形的重要的模具因素,是目前解决构件固化变形问题的难点。使用光纤光栅监测了固化过程中单向板不同厚度位置的应力发展,得到了单向板沿厚度方向的应力梯度,据此分析了模具与构件之间热不匹配导致的相互作用。引入剪切层模型模拟分析了由模具与构件之间热不匹配导致的构件固化变形,并建立了剪切层参数与构件尺寸及固化压力之间的关联模型,通过层板固化变形的模拟结果与实验结果的对比验证了剪切层模型的有效性。树脂传递模塑成型(RTM)工艺自90年代以来,得到越来越广泛的应用。传统的RTM工艺是将纤维增强材料铺放到闭合的模腔中,用压力将树脂注入模腔,树脂浸透纤维增强材料,然后固化,脱模成型制品。这一方法受到材料品种及其性能的限制,很难适应大尺寸及厚壁制品的生产要求。由于闭模操作,虽然人们采用各种各样的方法,也很难将制品的缺陷降到一个可以普遍接受的水平。随着复合材料工业对成型工艺的要求越来越高,特别是对成型工艺的环保及成本方面的要求越来越高。近年来,国外研制开发了真空辅助RTM成型技术(Vacuum-AssistedResinTransferMolding)简称VARTM。与传统的RTM工艺相比,其模具成本可以降低50-70%,使用这一工艺在成型过程中有机挥发物(VOC)非常少,充分满足了人们对环保的要求,并且成型适应性好,因为真空辅助,可以充分消除气泡。这一工艺制造的单件制品的最大表面积可以达到186m2,厚度150mm〔1〕,纤维重量含量最大可达75～80%〔2〕。正因为这些优点,这一技术正迅速地得到推广。VARTM工艺VARTM工艺是最近几年发展起来的一种改进的RTM工艺。其基本方法是使用敞开模具成型制品。这里所说的敞开模具是相对传统的RTM的双层硬质闭合模具而言的,VARTM模具只有一层硬质模板,纤维增强材料按规定的尺寸及厚度铺放在模板上,用真空袋包覆,并密封四周,真空袋采用尼龙或硅树脂制成。注射口设在模具的一端,而出口则设在另一端,注射口与RTM喷枪相连,出口与真空泵相连。当模具密封完好,确认无空气泄漏后,开动真空泵抽真空。达到一定真空度后,开始注入树脂,固化成型。碳纤维环氧树脂层压板的试验表明，随着孔隙率的增加，强度和模量均下降。孔隙率对层间剪切强度、弯曲强度、弯曲模量的影响非常大；拉伸强度随着孔隙率的增加下降的相对慢一些；拉伸模量受孔隙率影响较小。碳纤维是含碳量高于90%的无机高分子纤维。其中含碳量高于99%的称石墨纤维。碳纤维的微观结构类似人造石墨，是乱层石墨结构。[5]碳纤维各层面间的间距约为3.39到3.42A，各平行层面间的各个碳原子，排列不如石墨那样规整，层与层之间借范德华力连接在一起。[6]通常也把碳纤维的结构看成由两维有序的结晶和孔洞组成，其中孔洞的含量、大小和分布对碳纤维的性能影响较大。[7]当孔隙率低于某个临界值时，孔隙率对碳纤维复合材料的层间剪切强度、弯曲强度和拉伸强度无明显的影响。有些研究指出，引起材料力学性能下降的临界孔隙率是1%-4%。孔隙体积含量在0-4%范围内时，孔隙体积含量每增加1%，层间剪切强度大约降低7%。通过对碳纤维环氧树脂和碳纤维双马来亚胺树脂层压板的研究看出，当孔隙率超过0.9%时，层间剪切强度开始下降。由试验得知，孔隙主要分布在纤维束之间和层间界面处。并且孔隙含量越高，孔隙的尺寸越大，并显著降低了层合板中层间界面的面积。当材料受力时，易沿层间破坏，这也是层间剪切强度对孔隙相对敏感的原因。另外孔隙处是应力集中区，承载能力弱，当受力时，孔隙扩大形成长裂纹，从而遭到破坏。[8]即使两种具有相同孔隙率的层压板（在同一养护周期运用不同的预浸方法和制造方式），它们也表现处完全不同的力学行为。力学性能随孔隙率的增加而下降的具体数值不同，表现为孔隙率对力学性能的影响离散性大且重复性差。由于包含大量可变因素，孔隙对复合材料层压板力学性能的影响是个很复杂的问题。这些因素包含：孔隙的形状、尺寸、位置；纤维、基体和界面的力学性能；静态或者动态的荷载。