VARI工藝?yán)w維體積分?jǐn)?shù)-厚度變化規(guī)律及控制研究.pdf

1、目前，在民用航空領(lǐng)域約90％復(fù)合材料結(jié)構(gòu)采用熱壓罐工藝成型，熱壓罐工藝成型質(zhì)量高，但制造成本也很高，大約占總成本的75%。低成本已經(jīng)成為新一代復(fù)合材料的發(fā)展方向。真空輔助成型（vacuum assisted resin infusion，簡稱VARI）工藝是一種新型的大尺寸復(fù)合材料制件的低成本液體成型技術(shù)之一。其工藝原理是按照結(jié)構(gòu)和性能要求制備好的纖維預(yù)成型體放置在模具上，在真空狀態(tài)下排除纖維增強(qiáng)體中的氣體，利用樹脂的流動、滲透，實(shí)現(xiàn)對

2、纖維及其織物浸漬，再經(jīng)升溫固化、冷卻脫模得到能夠承載的復(fù)合材料構(gòu)件。由于VARI工藝是在一個真空壓力條件下成型，不足以使纖維預(yù)成型體達(dá)到理想的密實(shí)狀態(tài)，而且只采用單面模具，另一面為柔性真空袋，因此VARI成型復(fù)合材料的厚度不可以直接控制，纖維含量偏低，且由于壓力梯度的變化導(dǎo)致厚度均勻性和批次穩(wěn)定性較差，這些問題制約了VARI技術(shù)在航空結(jié)構(gòu)上的應(yīng)用。
　　本文針對我國大型客機(jī)C919中升降舵采用VARI成型過程中遇到的厚度穩(wěn)定性較差

3、，纖維體積分?jǐn)?shù)較低，干斑缺陷等主要問題展開研究，揭示VARI成型厚度變化規(guī)律，并提出有效的厚度控制方法。主要研究內(nèi)容與結(jié)果包括以下幾個方面：
　?。?）對兩種 VARI工藝用單組份環(huán)氧樹脂體系 Cycom890和EP2400進(jìn)行了分析，根據(jù)樹脂的流變特性研究，確定并預(yù)報了樹脂體系在不同溫度條件下的工藝窗口，考慮安全與成本等因素，兩種樹脂適宜在90℃下灌注，低粘度平臺較長。經(jīng)恒溫和升溫DSC研究得出樹脂固化動力學(xué)特性，確定樹脂最佳固

4、化制度為180℃下保溫兩小時。
　?。?）采用無接觸式電渦流位移傳感系統(tǒng)，對復(fù)合材料真空輔助成型過程中厚度變化進(jìn)行了實(shí)時監(jiān)測。研究了在其它條件相同下，樹脂粘度、充模距離、鋪層厚度、鋪覆導(dǎo)流網(wǎng)等對厚度穩(wěn)定需要的最短抽真空時間的影響。結(jié)果表明，樹脂注滿并關(guān)閉樹脂管以后，持續(xù)抽真空可有效提高真空輔助工藝成型纖維體積含量，且有利于減小沿樹脂流動方向的厚度梯度；樹脂粘度對厚度穩(wěn)定所需要的最短抽真空時間影響最為明顯，粘度越高需抽真空時間越長，

5、充模距離、鋪層厚度以及導(dǎo)流網(wǎng)對需要最短的抽真空時間影響相對較小。
　　（3）采用碳纖維無屈曲織物（NCF）和Cycom890和EP2400環(huán)氧樹脂體系，制備了不同灌注溫度、過流/過抽時間和預(yù)定型等不同工藝條件的層合板。對成型厚度和纖維體積分?jǐn)?shù)的進(jìn)行了測定，結(jié)果表明，對于Cycom890和EP2400環(huán)氧樹脂體系，在90℃下灌注；過流和過抽約20min；在0.5MPa，110℃下熱壓預(yù)定型60min，得到的層合板纖維體積分?jǐn)?shù)較高。<