酚醛树脂基复合材料RFI工艺及其性能

摘要

复合材料液体模塑成型工艺(Liquid Composite Molding，LCM)是一种先进的成型技术，在航空航天、交通运输、体育军械等领域得到广泛的应用。通过计算机模拟技术对充模过程进行模拟，可以预先掌握树脂在增强材料中的浸润规律，从而有效地减少成型过程中干斑、孔隙等缺陷的形成，提高复合材料制品的质量，而纤维织物的渗透率是进行充模模拟的重要工艺参数。
　　本文首先通过分析玻璃纤维方格布的结构特点，建立反映其结构特点的单胞模型，应用流体在纤维束内和纤维束间的耦合流动模型，描述树脂在增强材料中的流动行为，结合Darcy定律，建立方格布渗透率的数值计算模型，并进行了验证。在此基础上，分析了法向压缩和纤维束截面形状对渗透率的影响。结果发现:(1)单胞模型的渗透率随着压缩的增加而减小;(2)单胞的渗透率随着纤维束截面形状中矩形部分的增加而减小;(3)单胞厚度方向上的渗透率与面内的渗透率小，但在同一数量级。
　　其次，研究了RFI工艺用酚醛树脂膜的制备工艺条件。通过制备在不同固化温度和固化时间的树脂膜，对比其熔渗温度和时间，确定出最佳的树脂膜制备工艺。结果表明:(1)酚醛树脂膜的制备工艺为固化温度80℃，固化时间70min;(2)该树脂膜的熔渗温度100℃，熔渗时间30min。
　　最后用RFI工艺将本文所制备的树脂膜和玻璃纤维平纹布制成复合材料平板制件，对其孔隙率和力学性能进行测试。结果表明:(1)制件纤维体积分数52.2％;(2)孔隙率3.4％，对制件局部截面的孔隙进行观察，发现孔隙多分布在层间，呈扁平状;(3)其拉伸强度248.45MPa、弯曲强度136.33MPa、压缩强度506.33MPa和层间剪切强度50.84MPa，对断口进行观察，发现有分层现象。

目录

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摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 酚醛树脂简介

1．2．1 酚醛树脂类型

1．2．2 酚醛树脂的固化

1．2．3 酚醛树脂的性能

1．2．4 酚醛树脂基复合材料的成型工艺

1．2．5 国内外酚醛树脂研究进展

1．3 RFI成型工艺

1．3．1 RFI工艺原理

1．3．2 RFI工艺特点

1．3．3 RFI对树脂体系的要求

1．3．4 RFI工艺研究现状

1．4 液体复合材料模塑成型工艺中纤维增强材料渗透率的研究

1．4．1 研究内容及意义

1．4．2 渗透率的研究进展

1．5 本文的研究内容

第二章 单胞法预测玻璃纤维平纹织物的渗透率

2．1 引言

2．2 纤维增强材料计算模拟的基本原理

2．2．1 孔隙率

2．2．2 流动模拟的理论基础

2．3 玻璃纤维方格布单胞的建立和计算参数

2．4 模拟结果与讨论

2．4．1 单胞面内的渗透率模拟结果

2．4．2 玻璃纤维方格布单胞渗透率的计算方案合理性的讨论和验证

2．4．3 单胞厚度方向的渗透率模拟计算

2．5 纤维体积含量对渗透率的影响

2．5．1 法向压缩对单胞等效渗透率的影响

2．5．2 纤维束的截面形状对单胞渗透率的影响

2．6 本章小结

第三章 酚醛树脂基RFI工艺研究

3．1 引言

3．2 实验部分

3．2．1 主要原料和设备

3．2．2 测试方法

3．2．3 树脂膜的制备

3．2．6 RFI平板制件的制备

3．3 结果与讨论

3．3．1 渗透率计算

3．3．2 制件的孔隙率

3．3．3 平板制件的力学性能

3．4 本章小结

第四章 结论与展望

4．1 结论

4．2 下一步工作展望

参考文献

作者攻读硕士学位期间公开发表的论文

致谢