液态成型用高性能定型剂研制与预成型技术研究

论文摘要

对于先进复合材料复杂结构整体制造技术而言,复合材料构件的形状精度和尺寸精度的近净型性是现代复合材料低成本制造技术的重要标志,其中的关键就是预成型技术和定型剂技术等。预成型是RTM工艺的一个重要环节,只有采用了合适的RTM专用树脂同时对织物及其结构进行定型时,才能得到近净型的预成型体。在我国,这个技术方向尚未得到充分的重视,其研究工作刚刚开始。本文重点研究了复合材料液态成型工艺所需预成型体用定型剂的制备、定型剂的性能表征、定型剂对树脂和复合材料性能的影响、预成型体的制备工艺、预成型体的回弹效应、可压缩性和预成型体中定型剂的分布等,特别对不同定型剂做了大量细致的工作。首先,本文根据实际应用需要,研制一种非反应型的ES-T321定型剂,该定型剂不含固化剂和促进剂,能够满足多次成型和加热工艺的要求。ES-T321能够在80℃～125℃成型,预成型体在常温下保持近尺寸形状,整体性强,并具有较长的贮存期,同时ES-T321对RTM树脂3266的相容性好,对树脂流动、热性能和复合材料力学性能的负面影响较小。该定型剂在热循环的处理条件下性能不受影响,满足复杂热循环的多次成型工艺,已应用于某型号复合材料桨叶和船桨的RTM制造。ES-T321定型剂还能应用于180℃固化的5284RTM树脂,与RTM树脂的相容性好,同时对树脂的耐热性、复合材料的耐湿热及其它常规力学性能没有影响。为了满足不同固化温度、不同组分的RTM树脂对预成型体和定型剂的要求,本文选用了以环氧、双马及其它原材料为固化剂,制备了高温固化环氧定型剂、双马定型剂和中温固化环氧定型剂。这些定型剂在常温下为固态,贮存期长,能溶解于丙酮,可用一定浓度的丙酮溶液形式使用,也可制备成不同粒度的粉末状定型剂,给纤维织物的定型工艺带来方便。本文不仅分析了定型剂的反应动力学参数,计算出相应的反应活化能和反应级数,还分析了这些定型剂的流变性能、凝胶时间、红外光谱、反应条件等性能,为这些定型剂的应用提供了可靠的依据。这些定型剂与RTM树脂的相容性好,定型效果较好,并且具有一定的抗冲刷性,同时该定型对碳纤维复合材料的常规、高温和湿热性能没有负面影响。本文使用不同定型剂,确定了溶液法和粉末法定型织物最佳的预成型工艺参数,分别用溶液法和粉末法制备预成型体,讨论了回弹效应和与预成型体可成型性密切相关的可压缩性等。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 低成本制造技术
• 1.3 预成型体制造技术
• 1.3.1 预成型体的工艺性
• 1.3.2 预成型体的制备
• 1.3.3 定型剂法制备预成型体
• 1.4 定型剂的研制与商品化
• 1.4.1 定型剂的研制
• 1.4.2 定型剂的商品化
• 1.5 研究目标及研究内容
• 1.5.1 研究目标
• 1.5.2 主要研究内容
• 参考文献
• 第二章 RTM 工艺用非反应型定型剂的制备及其性能
• 2.1 实验部分
• 2.1.1 主要原材料
• 2.1.2 测试仪器及方法
• 2.1.3 定型剂的制备工艺
• 2.2 结果与讨论
• 2.2.1 主组分的确定和定型剂的制备
• 2.2.2 ES-T321定型剂的性能
• 2.3 小结
• 参考文献
• 第三章 ES-T321 定型剂对树脂和复合材料性能的影响
• 3.1 实验部分
• 3.1.1 主要原材料
• 3.1.2 3266 树脂浇注体制备
• 3.1.3 预成型
• 3.1.4 中温固化树脂/碳布复合材料层压板的制备
• 3.1.5 高温固化树脂/碳布复合材料层压板的制备
• 3.1.6 测试仪器及方法
• 3.2 结果与讨论
• 3.2.1 ES-T321 定型剂对树脂性能的影响
• 3.2.2 ES-T321 定型剂对复合材料性能的影响
• 3.2.3 ES-T321 定型剂的应用
• 3.3 小结
• 参考文献
• 第四章 RTM 高温固化环氧树脂用高温固化定型剂研究
• 4.1 实验部分
• 4.1.1 主要原材料
• 4.1.2 高温固化定型剂的制备
• 4.1.3 预成型及复合材料层压板的制备
• 4.1.4 测试仪器及方法
• 4.2 结果与讨论
• 4.2.1 主组分的确定和定型剂的制备
• 4.2.2 高温固化定型剂的性能
• 4.2.3 高温固化定型剂对5284RTM 树脂反应动力学参数的影响
• 4.2.4 高温固化定型剂对5284RTM树脂性能的影响
• 4.2.5 高温固化定型剂对5284RTM 树脂/碳布复合材料性能影响
• 4.3 小结
• 参考文献
• 第五章 RTM 双马树脂用定型剂研究
• 5.1 实验部分
• 5.1.1 主要原材料
• 5.1.2 双马定型剂的制备
• 5.1.3 测试仪器及方法
• 5.2 结果与讨论
• 5.2.1 主组分的确定和定型剂的制备
• 5.2.2 双马定型剂的性能
• 5.2.3 双马定型剂对相应树脂性能的影响
• 5.2.4 双马定型剂动力学参数及固化工艺的确定
• 5.2.5 双马定型剂对双马树脂/碳纤维复合材料性能影响
• 5.3 小结
• 参考文献
• 第六章 3266 树脂用反应型定型剂的研究
• 6.1 实验部分
• 6.1.1 主要原材料
• 6.1.2 中温固化定型剂的制备
• 6.1.3 复合材料层压板的制备
• 6.1.4 测试仪器及方法
• 6.2 结果与讨论
• 6.2.1 主组分的确定和定型剂制备
• 6.2.2 中温固化定型剂的性能
• 6.2.3 中温固化定型剂固化工艺的确定
• 6.2.4 中温固化定型剂对3266 树脂的影响
• 6.2.5 中温固化定型剂对3266/G803 碳布复合材料性能的影响
• 6.3 小结
• 参考文献
• 第七章 预成型体的制备工艺及其可压缩性能研究
• 7.1 实验部分
• 7.1.1 主要原材料
• 7.1.2 织物的定型
• 7.1.3 预成型
• 7.1.4 测试仪器及方法
• 7.2 结果与讨论
• 7.2.1 定型剂在织物表面的形貌
• 7.2.2 预成型体的回弹效应
• 7.2.3 预成型体成型工艺研究
• 7.2.4 预成型体的整体性
• 7.2.5 预成型体可压缩性能研究
• 7.3 小结
• 参考文献
• 总结
• 进一步工作展望
• 已发表论文、专利及科研成果
• 致谢