模具对热固性树脂基复合材料固化变形的影响.pdf

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1、62模具对热固性树脂基复合材料固化变形的影响2010年9月模具对热固性树脂基复合材料固化变形的影响岳广全，张博明，杜善义，戴福洪(哈尔滨工业大学复合材料与结构研究所，哈尔滨150080)摘要：热固性树脂基复合材料结构在热压罐成型过程中，由于模具的约束作用，导致构件内部产生残余应力，进而引起工件回弹变形和翘曲变形。综述和分析了影响残余应力和变形产生的各种模具因素，包括模具热传导性能、模具线膨胀系数、模具表面处理、模具角半径和模具的结构形式。关键词：复合材料；固化；变形；模具中图分类号：TU332文献标识码：A文章编号：1003—0999(2010)05—0062—04复

2、合材料的构件用专门设计制造的模具来使材热压罐压力料的复合过程和构件的成型过程同时完成。特别是热压罐成型工艺过程中模具是在较高温度和较高压力下与复合材料构件一起放在真空热压罐中固化成型的。金属模具的线膨胀系数大于复合材料构件，热压罐压力并且，在树脂基体固化之前的工艺过程中，由于受热压罐内压力作用构件紧贴模具，离模具最近的纤维承受拉应力，然而由于复合材料构件此时的剪切模量很低，在厚度方向构件的应力传递能力很差，因此在厚度方向会产生应力梯度，如图1所示。随着固化工艺进程的推进，树脂完全固化，沿厚度方向分布不均匀的应力残留在构件内，而固化结束后残余应图1复合材料构件与模具之间

3、的相互作用力得到释放导致构件产生变形。同时模具的导热性(玻璃纤维和碳纤维树脂复合材料)、硅橡胶模以及能及其结构形式会影响与其直接接触的复合材料构陶瓷模等¨]。表1列出了几种常用的模具材料的热件固化温度场的分布，而固化温度场的分布情况又性能参数。不同模具材料对变形的影响体现在两方会影响最终构件内残余应力的大小及分布。因此，面。一方面是不同的热导率导致构件表面的不同温模具因素是产生复合材料固化残余应力和变形的主度分布，进而引起不同的构件变形；另外就是不同材要外部影响因素之一。料的热膨胀系数不同，模具与构件之间的相互作用根据模具影响固化变形的两方面原因：模具与程度不一样，因

4、此导致的工件变形不同。复合材料构件之间的相互作用和模具影响构件固化表1几种模具材料的性能温度场的分布，影响构件固化变形的模具因素可概括为模具材料、模具表面情况及模具的结构形式。本文就这三方面模具因素分别加以详细讨论及分析。1模具材料热膨胀系数不匹配是导致模具与复合材料构件复合材料成型工艺不同，相应的成型模具材料之间相互作用而产生沿构件厚度方向分布不均的残种类也各异，如木模、石膏模、金属模、复合材料模具余应力的主要原因。如果模具的热膨胀系数越接近收稿H期：2009-09-09作者简介：岳广全(1982一)，男，博士研究生，主要从事先进树脂基复合材料成型工艺研究。FRP／

5、CM20l0No,52010年第5期玻璃钢／复合材料63构件的热膨胀系数，二者之间的相互作用程度就会对模具表面进行不同的处理，涂抹脱模剂和贴减小，最终产生的残余应力也会减小，因此从热膨胀分离膜都将影响构件固化变形，而对两种处理方法系数角度考虑选择复合材料模具将有利于减小模具的影响效果还没有一致公认的结果。原因导致的固化残余应力。3模具结构Sarrazin_2分别采用铝质模具和陶瓷模具来考不同的复合材料构件所用的成型模具也不一察模具材料对构件固化变形的影响。在控制构件表样，有的是模具形状特殊而有的是结构形式特殊，不面温度一样的情况下，发现使用两种不同材料模具同形状和不同

6、结构形式的模具对固化变形都有一定固化对变形没有影响。Twigg-5]研究了三种不同的影响。材料的模具对复合材料构件固化变形的影响，他发3．1特殊形状的模具现在构件尺寸小于临界值时使用热膨胀系数不同的航天器上所用的复合材料构件有很多形状是特固化模具对构件的变形影响很小，而当构件尺寸超殊的，如U形及L形复合材料构件，很多学者研究过临界值时，随着尺寸的增加，使用三种不同材料模了这些模具的拐角半径对固化变形的影响。Holm．具时构件固化变形的差值增大。也就是说对于尺寸bergl通过分析和试验证明对于U型梁采用RTM较大的复合材料构件，模具对其固化变形的影响较成型方法时，模具角

7、半径对于均质各向同性材料的为显著。回弹变形没有影响。然而，对于热压罐成型方法来2模具表面情况说，由于模具的一半是刚性的，使得构件局部拐角厚固化工艺过程中由于热压罐内气体压力的作用度和纤维含量发生变化，进而产生回弹变形。Ram—使复合材料构件紧贴在模具表面上，模具表面情况ford和Rennick观察到模具角半径越大，其对变将会直接影响到模具与复合材料之问的相互作用程形的影响越小。度，对此国内外许多学者进行了研究。Flanagan_6’7I不同工艺条件下模具角半径对构件固化变形的通过实验研究比较了脱模剂和FEP分离膜对固化影响是不一样的，RTM液体成型工