真空导入模塑工艺树脂流动前沿研究

摘要

复合材料具有高的比强度、比刚度和优异的可设计性等众多独特的优点，从而应用在很多领域。但是在整个复合材料的成本中，制造成本占到了大半，真空导入模塑工艺因其具有低成本、环保和适用于大型制件等优点得到了复合材料领域的关注。在真空导入模塑工艺中，能够保证基体树脂充分浸渍增强材料是确保产品质量的关键，而树脂流动前沿的形状能够反映树脂浸渍纤维增强材料的进度和质量，在一定程度上能够描述和预测树脂的浸润情况。因此研究树脂在VIMP工艺中的流动行为，尤其流动前沿的形状及其压力-速度场分布情况可以帮助我们更好的了解树脂在微观浸渍过程中的状况，以宏观预测微观，进而对工艺优化、生产实践具有指导性的意义。
　　本文在达西定律的基础上采用实验法测得了真空导入模塑工艺玻璃纤维渗透率，建立了考虑导流介质影响时树脂浸润过程的仿真模型。通过典型工艺条件下有无导流介质树脂流动前沿的仿真对比，证明了本仿真模型的有效性。在此基础上，针对玻璃纤维增强树脂基复合材料，研究了真空导入模塑工艺微观浸渍过程中有无导流介质、纤维铺层厚度和树脂粘度对树脂流动前沿的影响，得到一定的仿真结论，最后通过验证实验证明了仿真结果的正确性。
　　仿真和实验结论表明，随着浸渍过程的进行，玻璃纤维束内压力逐渐降低，含有导流介质树脂流动前沿较稳定，轮廓呈现近似直线型，树脂流动均匀，树脂浸渍情况良好;而无导流介质树脂流动前沿较不稳定，轮廓近似为抛物线型，波动较大，树脂浸渍不均匀。在一定范围内（2～12层）提高铺层厚度，树脂的流动速度降低，树脂流动前沿轮廓呈近似直线型，波动较小，树脂浸渍均匀且不容易产生干斑;在一定范围内降低铺层厚度，能够提高玻璃纤维预制体的浸润速度，但树脂流动前沿轮廓呈抛物线型，波动较大，树脂浸渍较不均匀，容易出现干斑。改变树脂粘度对前沿的形状影响不大，但是适当提高树脂粘度会提高制品的强度和刚度。
　　通过以上仿真和实验结果可以得出，在变厚度薄壁件的充模过程中可以根据前沿曲线的形状来优化工艺，通过适当运用导流介质来控制充模的时间，通过适当提高树脂粘度增强制品的质量，在铺层比较薄的地方通过改变注胶口个数和位置等方式来实现树脂流动前沿曲线近似直线型而达到好的浸渍效果。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 树脂基纤维增强复合材料及其成型工艺介绍

1．2 真空辅助成型工艺(VIMP)成型工艺概述

1．2．1 VIMP成型工艺的基本原理

1．2．2 VIMP工艺特点

1．2．3 研究VIMP成型工艺流动前沿仿真的必要性

1．3 国内外VIMP工艺发展的历史和现状及其充模模拟的进展

1．3．1 国内外VIMP工艺发展的历史和现状

1．3．2 VIMP工艺充模模拟的进展

1．4 本文的工作

1．5 小结

2 树脂流动前沿仿真的理论基础

2．1 树脂在多孔介质中流动的流体力学理论

2．2 控制方程

2．2．1 控制方程的建立

2．2．2 边界条件和耦合界面条件处理

2．2．3 基于有限体积法的控制方程离散和求解

3 VIMP工艺流动前沿仿真

3．1 仿真模型的建立

3．2 渗透率值的获得

3．2．1 实验法测渗透车

3．2．2 VIMP工艺纤维渗透率的影响因素

3．3 典型工艺条件下有无导流介质仿真与实验对比

3．4 本章小结

4 不同工艺参数对流动前沿影响的仿真与分析

4．1 有无导流介质仿真与实验流动前沿对比分析

4．1．1 有无导流介质的流动前沿仿真分析

4．1．2 有无导流介质的流动前沿实验验证

4．2 纤维铺层厚度仿真与实验流动前沿对比分析

4．2．1 不同纤维铺层厚度的流动前沿仿真分析

4．2．2 不同纤维铺层厚度的流动前沿实验验证

4．3 树脂粘度流动前沿仿真与实验对比分析

4．3．1 不同树脂粘度的流动前沿仿真分析

4．3．2 不同树脂粘度的流动前沿实验验证

4．4 树脂充模过程流动前沿仿真

4．5 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢