PA-6干铺丝-RTM成型工艺及增韧机理研究

来源 :南京航空航天大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:william_wng
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本文以发动机复合材料风扇叶片成型为应用背景,研究干铺丝-液体成型的成型技术,分别从成型工艺、工艺仿真、力学性能等角度开展研究。首先,基于粉末悬浮法成功制备出符合工艺要求的热塑性增黏纤维,对其进行粘结性能分析;其次对增黏纤维预制体渗透率进行研究,获得了定型剂对预制体渗透率影响方式及纤维预制体渗透率数值;最后研究了定型剂对复合材料制品力学性能的影响及增韧机理,为干铺丝-液体成型技术的实际应用提供参考和指导。(1)选择热塑性树脂PA-6做定型剂,开展热塑性增黏纤维制备工艺参数及粘结性能的研究,制备出满足工艺需求的增黏纤维。根据浸渍模型确定了热塑性增黏纤维制备平台工艺参数:分散剂去除温度90℃、预浸渍温度240℃、双钢带模压温度220℃、牵引速度1030mm/s、牵引张力7N。基于以上工艺参数,通过调节分散剂含量成功制备出不同含胶量的热塑性增黏纤维,并对其微结构及粘结性能进行分析,经过综合考虑确定了热塑性增黏纤维的含胶量控制在8%。(2)针对干铺丝纤维预制体的液体成型,试验结合工艺仿真获得纤维预制体渗透率。采用超声固结制备纤维预制体,建立了达西定律渗透率测试模型,通过试验测得了渗透率,结合PAM-RTM工艺仿真对渗透率进行了修正,得到修正后含胶量8%的纤维预制体渗透率,并与空白组纤维预制体渗透率进行比较。结果表明当热塑性定型剂为8%时,由于热塑性定型剂的存在影响了树脂的浸渍和浸润,制备的纤维预制体渗透率分别降低了55.5%和52.0%。(3)制备了干铺丝-液体成型试样,开展了热塑性定型剂对成型复合材料制品力学性能的影响研究。研究结果表明,热塑性定型剂一定程度上降低了层间结合强度,但显著提高了复合材料的韧性。加入定型剂后,层间剪切强度降低了23.6%,层间定型剂的存在,使树脂黏附程度降低,层间剪切强度降低;GIC,V IS和GIC,max分别增加了60.1%、89.3%,GIIC增加了54.1%;在预制裂纹扩展过程中,定型剂阻碍了裂纹扩展、并吸收了大量能量,使得应变能释放速率变大,断裂韧性提高;冲击强度增加了18.7%,冲击裂纹沿截面扩展时受到阻碍,裂纹改变扩展方向,消耗更多的能量,从而具有更高的冲击强度。(4)针对复合材料风扇叶片,采用有限元模拟分析了工艺参数、铺层类型对叶片充模过程的影响。利用UG建立叶片模型,Patran划分网格,PAM-RTM工艺仿真软件模拟叶片的充模时间,结果表明:充模时间与注射压力呈反比,注射压力从0.1MPa提高到1.0MPa时,充模时间降低了88.2%,适当的提高注射压力可显著降低充模时间;充模时间与树脂黏度呈正比,树脂黏度从0.5Pa·s降低到0.05Pa·s,充模时间降低了90%,在保证树脂对纤维浸润充分的情况下应选择黏度较低的树脂;当铺层为准各向同性时,充模时间较短为1220s;当树脂流动距离相同时,注胶位置厚度较大有助于降低充模时间;合理设计铺层和注胶/出胶口位置有利于节约充模时间,提高生产效率。
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