叶片用经编织物的厚铺层结构渗透性能及LCM成型工艺研究

摘要

复合材料液体模塑成型技术(Liquid Composite Molding，简称LCM)属闭模技术。作为世界公认的低成本制造技术，以其产品质量好、产品性能受操作者影响小、产品重复性好和环保等优异的工艺性能，近年来广泛的应用于舰船、军事、国防、交通、航空航天以及各种民用工业。
　　 渗透率是描述织物或增强体对流体流动阻力的物理参数。精确描述树脂在增强体中的渗透特性，对LCM工艺的模拟与监测以及优化模具设计中注入口和排气口位置、缩短制造周期、保证产品质量至关重要。
　　 随着LCM成型工艺，尤其是VARTM工艺在叶片制造上的应用，叶片增强材料铺层大幅度增加，在某些部位甚至达100层以上。此时，只对表面进行观测显然是远远不够的，还必须要借助内置传感器和在线监测来了解液体在增强体内部的流动情况。
　　 本文以风机叶片真实应用结构为基础，利用自行研制的在线监测装置对叶片用经编织物厚铺层结构纤维增强体LCM工艺充模过程进行了在线监测。并结合此传感监测装置所得到的数据以及实验测试手段(单向法和径向法)对厚铺层结构纤维增强体的渗透性能进行了一系列的研究。
　　 本文测试了叶片用经编织物厚铺层结构纤维增强体的渗透率，研究了厚铺层结构纤维增强体渗透性能的规律。对渗透率与铺层数的关系、铺层不同位置的渗透差异、高导流介质对渗透率的影响、X与Y向渗透率的关系、Z向渗透率、不同方法对所测得渗透率结果的影响以及不同织物渗透率规律等进行了研究分析。
　　 本文对LCM工艺过程中，测试液在经编织物的厚铺层结构纤维增强体内部的流动过程进行了在线监测，并对测试液在纤维增强体层间流动性能进行了研究。对于不同层数、不同织物、不同铺层结构纤维增强体层间流动性能进行了研究。着重对比分析了玻璃纤维增强体结构、表面铺敷普通导流布的玻璃纤维增强体结构、表面铺敷导流布并内置长丝毡的玻璃纤维增强体结构的层间流动性能。研究表明，为了在提高表面渗透速度的同时，提高厚度方向上的渗透速度，从而缩小上下层间的渗透前锋差异，在不影响铺层结构要求的前提下，合理选用导流布的长度以及在铺层中夹入长丝毡等内导流织物是提高生产效率保证产品质量的最佳方案。
　　 本文对LCM成型工艺进行了研究，分析了流体的种类、增强体种类、和注射压力等对LCM工艺过程的影响。对于优化LCM生产工艺和改进LCM产品质量具有一定的实际指导意义。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 复合材料液体模塑成型技术

1.1.1 树脂传递模塑成型技术

1.1.2 真空辅助树脂传递模塑成型技术

1.2 复合材料液体模塑成型技术在风力发电叶片上的应用

1.3 复合材料液体模塑成型生产叶片工艺中应注意的问题

1.3.1 纤维增强体渗透率

1.3.2 在线监测

1.4 课题研究内容

第二章 纤维增强体渗透率

2.1 理论基础

2.2 实验测试方法

2.2.1 单向法

2.2.2 径向法

2.2.3 Z向渗透率的研究

2.3 非实验类渗透率研究方法

2.3.1 理论分析法

2.3.2 数值模拟法

2.4 本章小结

第三章 纤维增强体渗透率测试装置与实验材料

3.1 在线监测装置

3.1.1 在线监测技术

3.1.2 实验用在线监测装置

3.1.3 实验准备

3.2 测试液及其性能

3.3 本章小结

第四章 叶片用典型厚铺层结构渗透情况研究

4.1 超厚三向布铺层

4.1.1 实验材料

4.1.2 渗透率的测定

4.1.3 超厚三向布铺层渗透情况研究

4.2 变厚度单向布铺层

4.2.1 实验材料

4.2.2 渗透率的测定

4.2.3 变厚度单向布铺层渗透情况研究

4.3 厚铺层Z向渗透情况研究

4.3.1 测试液到达底层时间与层数的关系

4.3.2 层数与Z向渗透率的关系

4.3.3 高导流介质对Z向渗透率的影响

4.4 不同织物的渗透率规律

4.4.1 同种织物单向法与径向法测试结果的比较

4.4.2 不同织物的渗透率

4.5 本章小结

第五章 测试液在厚铺层结构层间流动性能研究

5.1 不同层数的层间流动

5.2 不同织物纤维增强体层间流动

5.3 高导流介质对纤维增强体层间流动的影响

5.3.1 普通导流布对层间流动的影响

5.3.2 内置长丝毡对层间流动的影响

5.4 本章小结

第六章 LCM成型工艺研究

6.1 基体对真空灌注工艺的影响

6.1.1 基体树脂的选择

6.1.2 不同树脂的流动速率比较

6.1.3 固化剂种类对凝胶化速度和放热峰温度的影响

6.2 不同增强材料对真空灌注工艺的影响

6.2.1 不同纱线密度对树脂流动性能的影响

6.2.2 不同短切毡的树脂流动性能比较

6.2.3 不同长丝毡的树脂流动性能比较

6.3 压力对真空灌注工艺的影响

6.4 本章小结

第七章 结论及展望

7.1 结论

7.2 展望

参考文献

附录1：

附录2：

附录3：

攻读学位期间发表的学术论文目录

致谢