真空辅助RTM工艺中孔隙的形成机理及实时控制研究.pdf

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1、工程塑料应用2010年，第38卷，第1O期真空辅助RTM工艺中孔隙的形成机理及实时控制研究术郑澎张彦飞赵贵哲刘亚青杜瑞奎(中北大学山西省高分子复合材料工程技术研究中心，太原030051)摘要根据国内外的研究成果对真空辅助树脂传递成型(RTM)工艺过程中气泡的形成机理进行了分析总结，同时介绍了几种真空辅助RTM实时过程控制方法。研究结果表明，实时过程控制能够减少孔隙形成的几率，改善流动前沿均匀性，缩短注胶时间，是提高复合材料产品质量的重要方法。关键词真空辅助树脂传递成型孔隙浸润真空辅助树脂传递成型(RTM)工艺是一种新为是

2、注射速率的两个相反的对数函数，而不是流动型的大型复合材料制件的低成本液体模塑成型技速率与孔隙包埋百分比的直接关系，研究人员利用术，它主要利用真空负压排出纤维中的气体及实现一个无量纲参数，称为毛细作用数(C)来研究粘树脂对纤维的浸润。在真空辅助RTM中孔隙的形性力和表面张力作用。如式(1)：成是一个重要的问题。孔隙的存在不仅对层间剪切C。=(1)强度有显著影响，而且也影响材料的压缩强度和横式中：J，7为液体表面粘度；为液体表面流动速度；向弯曲强度。实验研究表明，孔隙含量每增加1％，为液体表面自由能。弯曲和层间强度降低10％

3、，其中弯曲弹性模量下降RTM充模过程中，流体在纤维预成型体中的流5％左右¨I2j，因而提高成型过程中树脂对纤维的浸动受到两个驱动力的作用：动压力和毛细作用力。润性和降低孔隙率非常重要。真空辅助RTM制品纤维增强材料中，一束纤维内含有大量的纤维单丝，的孔隙量变化取决于很多因素，如纤维预成型体的纤维束内的孔隙(相当于毛细管)远远小于纤维束渗透性，树脂体系中最初的气泡量，注射过程中形成间的孔隙，因此，纤维束内的毛细作用力远大于纤维的孔隙，固化过程中孑L隙的增加或减小，由于树脂和束间的毛细作用力，也就是说，纤维束间的流动取决固化

4、剂化学反应而生成的空气等。虽然由于技于施加的动压力，而纤维束内的流动主要受毛细作术原因以及基体树脂和增强材料本身的缺陷，使得用力的控制。在纤维预成型体的任一位置，如果两制备无孔隙复合材料非常困难，但研究孔隙的形成种驱动力的大小不一致，流体流动方式也就有所差机理及排除措施，使其在复合材料中的含量降低到别，流动前沿的形态也就改变了』。最低限度，对提高复合材料的质量是非常重要的。1．1宏观孔隙的形成笔者现就真空辅助RTM工艺中孑L隙形成的机理及当动压力小于毛细作用力时，纤维束内的流动实时控制作一介绍。较之纤维束间的流动要快，这

5、是大气泡形成的主要1孔隙理论的研究原因。在一定温度下，注塑压力较低时，纤维束内的在RTM充模过程中，可以将纤维增强材料看成毛细作用力起重要作用，流体的流动前沿形态如图是多孔介质。孔隙有两种：一是在纤维单丝之间形1所示，纤维束内的流体将向纤维束间的孔隙流动，成的孔隙及在纤维单丝表面的宏观或微观裂纹形成此时在纤维束之间就会裹入空气而形成大气泡。在的孔隙，为微观孔隙，微孔的尺寸在10～～10_4数一定注塑压力下，温度较高时，也容易导致大气泡的量级(cm)；二是在相邻纤维束之间所形成的孔隙，形成。主要原因是温度升高，树脂流体的流

6、动性得为宏观孔隙，宏观孔隙的尺寸在10～～10数量级到改善，在注塑压力及毛细作用力下小孔隙内的流(cm)[41。这两种孔隙在充模过程中同时出现且相动超前于大孔隙内的流动。气泡形成机理与压力较互竞争，从而导致了气泡的卷裹。低时的机理相似。在纤维织物层间也会形成大气要解决RTM成型工艺中气泡缺陷的问题，必须泡，这是纤维织物平面渗透率和横向渗透率的差异对流体在多孔介质中的流动行为进行系统深入的研究。过去研究人员认为，宏观／微观孔隙的比例接近山西省科技创新计划项目(2009101004)于流动速率的对数函数。宏观和微观孔隙可以被

7、认收稿日期：201007—11郑澎，等：真空辅助RTM工艺中孔隙的形成机理及实时控制研究45了树脂在增强材料中的流动，成为充模过程中树脂流动模式的判断标准和判定在某种树脂胶液及加工条件下气泡是否产生的判断标准。2真空辅助RTM的实时控制要消除孔隙，必须找到孔隙的诱因后有针对性地制定措施。预成型体的渗透率、流体粘度、纤维的体积分数和真空压力等参数从根本上影响树脂在预成型体里的流动。预成型体的渗透性是纤维预成型体微观结构的函数，因此很大程度上造成局部区域形成或高或低的流动阻力，造成局部区域树脂不能完全渗透纤维，也导致流动前沿

8、的不均匀性，不仅增加了孔隙形成的几率，而且也延长了树脂的注胶时耋鬟妻黧型蔫曹—__昔圈豳■暖-．一一豳圈■-_一间。实施真空辅助RTM实时控制能够改善预成型体的渗透性和流动前沿的均匀性，减少孔隙形成的几率，缩短注胶时间，提高产品的质量。2．1多分段注射线控制流速常规真空辅助RTM制造通常采用一次性聚合物欧米茄管注射线