零吸胶工艺复合材料层板成型质量与预浸料特性关联分析.pdf

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1、28零吸胶工艺复合材料层板成型质量与预浸料特性关联分析2011年5月零吸胶工艺复合材料层板成型质量与预浸料特性关联分析王科，顾轶卓，李敏，张佐光(北京航空航天大学材料科学与工程学院，空天材料与服役教育部重点实验室，北京100191)摘要:针对3种国外产碳纤维/环氧预浸料，测试表征了预浸料的工艺特性，并采用热压罐零吸胶工艺制备了复合材料层板，考察了工艺条件对层板厚度和内部缺陷的影响，分析了成型质量与预浸料特性之间的关联性，进一步研究了层板弯曲性能、层间剪切性能对成型质量变化的敏感性。实验结果

2、表明，由于零吸胶工艺树脂流动受到很大限制，预浸料树脂含量不均容易造成所成型层板厚度不均、表面不平整，另外，预浸料树脂流动性小的体系在层间容易出现明显富树脂现象;零吸胶工艺夹杂空气主要在真空作用下通过铺层内的通道排出，因此预浸料气体渗透率和成型封装方式对孔隙缺陷有重要影响;实验范围内，工艺条件的改变没有显著影响所成型层板的短梁剪切性能和弯曲性能。研究结果对于预浸料选择和国产高性能预浸料的开发具有重要参考价值。关键词:复合材料层板;热压罐零吸胶工艺;预浸料;力学性能;缺陷中图分类号:TB332文献标识码:A文章编号:1003－0999(2011)03－0028－06热压罐工艺是先进树脂基

3、复合材料成型的主要研究结果对于预浸料选择和国产高性能预浸料的开方法，按照吸胶方式可分为吸胶工艺、预吸胶工艺和发具有重要参考价值。零吸胶工艺。由于零吸胶工艺具有节省原料、纤维1实验含量容易控制、适于成型厚制件等优点，已经成为飞1.1实验原材料与设备机承力结构制造的主要方法。实验所用原材料为:3种国外产碳纤维/环氧预预浸料的物理化学特性对工艺过程及成型质量浸料体系(分别为美国HMA，美国C9K和英国M4H，［1，2］有重要影响，预浸料特性表征及其对成型工艺HMA和C9K固化后单层厚度为0.25mm，M4H固化［3～6］的影响已有大量研究。结果表明，通过预浸料后单层厚度为0.125mm)，

4、预浸料为热熔法制备，固［7～9］工艺性的控制可以对复合材料纤维分布、固化化温度均为180℃。［10～12］［13］变形、孔隙缺陷形成等方面进行有效调节。实验所用设备为:热压罐，西安龙德科技发展有然而，这些研究大多集中于吸胶工艺和预吸胶工艺，限公司;MZ-03型超声波C扫描设备，欧宁公司;预针对零吸胶工艺则研究较少。零吸胶工艺在纤维密浸料气体渗透性测试系统，北京航空航天大学材料实、树脂流动、气泡形成与运动等方面均有其特殊之学院;OlympusBX51M光学数码金相显微镜;万能力处，因此预浸料特性对工艺过程的影响及其引起的学试验机，Instron公司。性能变化需要进行系统地研究，这对零吸

5、胶工艺预1.2实验方法浸料体系开发及成型工艺控制十分重要。1.2.1预浸料气体渗透性测试方法本文针对3种国外产碳纤维/环氧预浸料体系，(1)面内方向气体渗透性采用热压罐零吸胶法在不同工艺条件下制备了复合面内方向气体渗透性测试主要用来表征在真空材料层板，通过厚度测试、显微观察和无损检测对层作用下，预浸料中夹杂空气沿面内方向排出的难易板成型质量及其工艺稳定性进行了分析，并从预浸程度。本实验采用自制的实验装置，如图1所［14］料树脂含量、挥发份含量、树脂流动性、气体渗透性示，真空阀门用来调节实验时真空度的大小，空等角度研究了不同预浸料所制备层板的差异性，探气流速计可读出实验时气体从预浸料中

6、通过的速讨了预浸料特性与零吸胶工艺层板质量的关联性，率。为了确保测试过程中气体只从预浸料面内通进而对比分析了这些差异对层板力学性能的影响。过，采用带胶无孔四氟布(不透气)铺覆在预浸料铺收稿日期:2011-10-08基金项目:国家973项目(2010CB631104);国家自然基金项目(50803002)本文作者还有刘卫平和王旭。作者简介:王科(1986-)，硕士，主要从事树脂基复合材料方面的研究工作。FRP/CM2011.No.32011年第3期玻璃钢/复合材料29层的上下表面，预浸料的侧

7、边用密封胶条密封。实料物理特性指标，按标准ASTMD3171-99和ASTM验中在一定真空度下测试沿面内方向通过预浸料的D3531-1999进行测试。［14］空气流量，可计算得到面内气体渗透率。1.2.3复合材料层板的制备及制造质量分析复合材料层板的制备采用热压罐零吸胶工艺。本文考察工艺条件改变时，三种预浸料体系所制层板的厚度、缺陷情况以及弯曲和层剪性能的变化。实验在标准工艺(代号SP)基础上，通过改变温度、压力、增加保温平台等手段研究工艺条件的影响，每种