FRP真空辅助成型工艺实验研究

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３工艺实验
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ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｐｒｏｄｕｃｔｓ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ；ＶＡＲＴＭ；ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ
ＦＲＰ／ＣＭ ２０１０．Ｎｏ．４
万方数据
FRP真空辅助成型工艺实验研究
作者： 作者单位：
刊名： 英文刊名： 年，卷(期)： 被引用次数：
图５充模时间／ｍｉｎ
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４结论
图７充模温度ＰＣ
ＶＡＲＴＭ工艺参数对制件的机械性能有着重要
影响，合理选择工艺参数及树脂分配系统可减少制 件的微观缺陷，从而使制件的机械性能得到较大提 高。本文经实验测试，发现在参数值选取范围内，真 空度大小和充模时间对制件机械性能有显著影响， 真空度越大机械性能越好，充模时间长不利于机械
2.期刊论文 张锐.郑威.袁秀梅.高泉喜.王昭亮.Zhang Rui.Zheng Wei.Yuan Xiumei.Gao quanxi.Wang Zhaoliang
复合材料的真空辅助成型工艺研究 -工程塑料应用2005,33(6)
研究了导流介质、脱模介质等工艺要素对真空辅助成型工艺的影响.结果表明,高渗透率的导流介质和脱模介质均能有效提高树脂的充模速度;所研制 的新型导流介质能够有效控制树脂的流动状态.采用真空辅助成型工艺成型的复合材料的性能与模压工艺成型的复合材料的性能相当.
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万方数据
ＦＲＰ／ＣＭ ２０１０．Ｎｏ．４
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ＦＲＰ真空辅助成型工艺实验研究
２０１０年７月
流动行为，避免了微观渗流动力学现象的描述，将所
有的纤维和树脂间的相互作用概括为综合反映渗透
特性的渗透率张量参数。式中，石为流体穿过孔隙
介质的速度矢量；Ｋ为渗透率张量；刁为树脂粘度；
ＶＰ为流动方向上的压力梯度。
实际成型工艺中，树脂流动充模过程为动边界
过程，一般情况下为非线性行为，很难直接由Ｄａｒｃｙ
定律获得解析解Ｌ５ｊ。另一方面Ｄａｒｃｙ定律没有直接
［Ｊ］．Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ Ｍａｔｅｒ．，１９９２，２６（１０）：１４８７－１５０９． ［５］姚福军，段跃新，肇研．ＲＴＭ工艺树脂注射温度优化［Ｊ］．复合
材料学报．２００７．２４（３）：１０５．１０８．
ＥＸＰＥＲＩＭＥＮＴＡＬ ＳＴＵＤＹ ｏＮ ＶＡＣＵＵＭ ＡＳＳＩＳＴＥＤ ＲＥＳＩＮ ＩＮＦＵＳＩＯＮ
ＷＵ Ｚｈｏｎｇ—ｙｏｕｌ，ＳＵＮ Ｚｕ～ｌｉ，ＬＩ Ｎｉａｎｌ
（１．Ｗｅｉｈａｉ Ｚｈｏｎｇｆｕ Ｘｉｇａｎｇ Ｓｈｉｐ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｗｅｉｈａｉ ２６４２００，Ｃｈｉｎａ； ２．Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ＆Ｂｉｏｌｏｇｙ Ｃｏｌｌｅｇｅ，Ｙａｎｔａｉ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｙａｎｔａｉ ２６４００５，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｈｅ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ ｏｆ ＶＡＲＴＭ，ｔｈｅ ｖａｒｉａｔｉｏｎ ｌａｗ ｏｆ ｒｅｓｉｎ ｖｉｓｃｏｓｉｔｙ ａｎｄ ｇｅｌ ｔｉｍｅ ｗｉｔｈ ｔｅｍｐｅｒａ－ ｔｕｒｅ ｗａｓ ｓｔｕｄｉｅｄ．Ｔｈｅ ｍａｉｎ ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｔｈａｔ ｈａｄ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｎ ｔｈｅ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｐｒｏｄｕｃｔｓ ｗｅｒｅ ｔｅｓｔｅｄ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ｖａｃｃｕｍ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ａｎｄ ｍｏｕｌｄ—ｆｉｌｌｉｎｇ ｔｉｍｅ ｈａｄ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ ｅｆｆｅｃｔ ｏｎ ｔｈｅ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ
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ＦＲＰ真空辅助成型工艺实验研究
２０１０年７月
ＦＲＰ真空辅助成型工艺实验研究
吴忠友１，孙祖莉２，李年１
（１．威海中复西港船艇有限公司，威海 ２６４２００；２．烟台大学化学生物理工学院，烟台 ２６４００５） 摘要：通过真空辅助成型工艺实验（ＶＡＲＴＭ），对树脂粘度和凝胶时间随温度的变化规律进行了研究，并对影响玻璃钢制 件机械性能的主要工艺参数进行了测试。结果表明，真空度大小和充模时间对制件机械性能有显著影响，真空度越大机械性 能越好，充模时闯长不利于机械性能的提高；在实验范围内，温度的影响不明显。 关键词：复合材料：真空辅助成型；机械性能 中图分类号：ＴＱ０２４ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００３—０９９９（２０１０）０４—００６２—０３
吴忠友， 孙祖莉， 李年， WU Zhong-you， SUN Zu-li， LI Nian 吴忠友,李年,WU Zhong-you,LI Nian(威海中复西港船艇有限公司,威海,264200)， 孙祖莉 ,SUN Zu-li(烟台大学化学生物理工学院,烟台,264005)
玻璃钢/复合材料 FIBER REINFORCED PLASTICS/COMPOSITES 2010，(4) 0次
性能的提高；在实验选取的范围内，温度的影响不 明显。
参考文献 ［１］李柏松，王继辉．真空辅助ＲＴＭ成型技术的研究［Ｊ］．玻璃钢／
复合材料，２００１，（１）：２０－２４． ［２］刘金良，吴晓青．ＶＡＲＩ成型工艺中重力效应分析［Ｊ］．武汉理
工大学学报。２００９，３１（４）：５９－６２． ［３］Ｇｈｉｏｍｅ Ｓ Ｒ．Ｅｆｆｅｃｔ ０ｆ Ｖｏｉｄ Ｃｏｎｔｅｎｔ ｏｎ Ｔｈｅ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ
● １ —】』日＿Ｕ．——舌一 真空辅助树脂灌注（Ｖａｃｕｕｍ Ａｓｓｉｓｔｅｄ Ｒｅｓｉｎ
Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｍｏｌｄｉｎｇ，简称ＶＡＲＴＭ）是近年发展起来的 一种新型复合材料成型工艺。其主要特点是成本 低、产品孔隙率低、环境友好、质量均匀、纤维含量 高¨Ｊ。对于一次成型大尺寸、带有夹芯及加筋的大 型结构件，ＶＡＲＴＭ是一种理想的工艺方法旧Ｊ。因 此，ＶＡＲＴＭ成型工艺在船舶、风电、飞机、汽车等行 业发展迅速。
本文在系统论述国内外三维空芯结构复合材料的设计、织造、成型、性能及应用的基础上，探索了以三维结构单元为基础组织的三维整体空芯结构 多向成孔的设计方法、自动化织造、成型及抗冲击性能等方面。主要内空如下：
1.在经向方向，主要选用正交结构为基础组织，设计了X形、V形、O形及蜂窝形等三维经向空芯结构；在纬向方向，也以正交结构为基础组织，通过 空筘及穿综的变化形成纬向不同尺寸孔形的三维空芯结构；在经纬结合方向，结合以上两种设计方法，通过空筘和穿综的配合在经向和纬向同时形成不 同形状的孔形；
反映树脂浸润纤维的质量效果，且纤维种类、铺层形
收稿日期：２０１０－０３－０２ 基金项日：国家“８６３”计划项目（２００７ＡＡ０３Ａ２２９） 作者简介：吴忠友（１９６４一），男，工程师，主要从事玻璃钢船舶制造研究。
ＦＲＰ／ＣＭ ２０１０．Ｎｏ．４
万方数据
２０１０年第４期
蜒：５０３０忌二◆二二二二习 玻璃钢／复合材料
为满足特定用途制件的力学性能要求，本文通 过ＶＡＲＴＭ工艺试验，研究了真空度、充模温度、充 模时间对制件机械性能的影响，获取了较合理的工 艺参数。
２实验因素选取
制备高品质ＦＲＰ的关键之一是获得良好的工 艺条件，以使树脂与纤维增强体充分浸ｖｐ
（１）
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以宏观的平均概念描述了流体在多孔介质中的
3.期刊论文 王静 非织造布增强复合材料的成型方法 -四川纺织科技2003(3)
介绍了开发非织造布增强复合材料的目的,阐明了非织造布增强复合材料的定义、组分,给出了非织造布增强复合材料增强相--非织造布的生产过程 ,主要阐述了复合材料的成型方法及成型过程,并比较了它们的特点.
4.学位论文 朱俊萍 三维整体空芯结构的设计及其复合材料性能研究 2005
—０．０８
层问剪切强度／ＭＰａ ２０．１ ２２．４
一Ｏ．１
２３．６
表３温度对强度的影响
充模温度／℃ ２０ ２５ ３０
层问剪切强度／ＭＰａ ２３．２ ２４．６ ２５．２
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成型体不充分，树脂富集是该部分纤维含量低，气泡 形成于树脂的流动、凝固过程中。缺陷的存在会使 构件的力学性能不一致，妨碍了ＦＲＰ的应用，尤其 对于力学性能要求高的领域。有资料显示，当微孔 含量增加１％，构件的机械性能，如层间剪切强度、 弯瞌强度和弯曲模量下降将超过５％”’４』。因而各 工艺参数直接影响复合材料制件的力学性能，且与 复合材料的力学性能是非线性关系。
ＶＡＲＴＭ成型工艺流程为：预先在模具型面上铺 放纤维增强材料，覆盖真空薄膜、密封型腔边缘、抽 真空，然后树脂在真空压力下，通过导流系统注入模 腔内，浸渍纤维及其织物，并在室温和真空压力下进 行固化，形成具有一定树脂／纤维比例的复合材料。 ＶＡＲＴＭ工艺系统如图１所示。
图１ ＶＡＲＴＭ工艺过程不意图
ＶＡＲＴＭ工艺过程包含若干因素，如树脂粘度、 增强材料结构型式与性能、孔隙率、模具表面质量、 充模温度、真空度和树脂分配系统结构等。这些因 素决定着产品的质量，若它们的取值及其组合不合 理，产品就会产生缺陷，常见的缺陷有：干斑、干点、 树脂富集、孔隙和气泡等。干斑是树脂浸润纤维预
一０．１ＭＰａ；表２的其他测试条件为：温度为２３。Ｃ，湿 度为６０％，充模时间为８ｒａｉｎ；表３的其他测试条件 为：真空度为一０．１ＭＰａ，湿度为６０％，充模时间 为８ｍｉｎ。
表１充模时间对强度的影响
充模时间／ｍｉｎ ８
层间剪切强度／ＭＰａ ２３．２
１２
２１．４
１６
２０．２
表２真空度对强度的影响
真空度／ＭＰａ 一０．０６
参考文献(5条) 1.李柏松.王继辉.邓京兰 真空辅助RTM成型技术的研究 2001(1) 2.刘金良.吴晓青 VARI成型工艺中重力效应分析 2009(4) 3.Ghiorse S R Effect of Void Content on The Mechanical Properties of Carbon/Epoxy Laminates 1993(2) 4.Bowies KJ.Frimpong SJ Void Effects on the Interlaminar Shear Strength of Unidirectional GraphiteFiber-Reinforced Composites 1992(10) 5.姚福军.段跃新.肇研 RTM工艺树脂注射温度优化 2007(3)
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综述了以环氧树脂为主的国内外真空辅助成型技术(VARI)用低黏度树脂基体的研发现状,以及双酚F及改性双酚F环氧树脂研究现状,分析了双酚F及改 性双酚F环氧树脂应用于真空辅助成型技术(VARI)的潜力.
Ｃａｒｂｏｎ／Ｅｐｏｘｙ Ｌａｍｉｎａｔ∞［Ｊ］．ＳＡＭＰＥ Ｑ．，１９９３，２４（２）：５４－５９． ［４］Ｂｏｗｉｅｓ ＫＩ．Ｆｒｉｍｐｏｎｇ ＳＪ．Ｖｏｉｄ Ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｎ ｔｈｅ Ｉｎｔｅｒｌａｍｉｎａｒ Ｓｈｅａｒ
Ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｏｆ Ｕｎｉｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ Ｇｒａｐｈｉｔｅ－Ｆｉｂｅｒ－Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ