真空辅助树脂传递模塑成型中树脂性能分析及对工艺的影响

论文摘要

复合材料由于质轻，强度高等优点，相比传统金属材料具有不可比拟的优势，在风机叶片、汽车零部件及航空等领域发挥着重要的作用。近年来出现了很多制备复合材料的工艺，其中真空辅助树脂传递成型工艺是一种近年来出现的先进复合材料低成本制造技术。对其工艺的研究是本课题的重要内容。本文采用动态升温及恒温化学流变的方法对R2711-A/2711-BF环氧树脂体系进行了流变分析,发现试验所用体系适用于中低温固化。采用WLF方程建立了黏度同固化度及温度之间的关系式。该体系到达凝胶点后的固化度为0.52后，此后固化进入扩散控制阶段，VARTM工艺中必须考虑后固化对复合材料制品的影响。恒温流变试验下发现储能模量-损耗模量-时间关系图中损耗模量存在二次平台，可能与体系的固化原理有关。随着温度的升高，损耗模量峰值对应的玻璃化转变点变得越来越不明显直至消失。依据阿伦尼乌斯对数法计算出固化反应的表观活化能为54.501KJ/mol。分别采用两种不同的模型对R2711-A/2711-BF环氧树脂体系进行了固化动力学分析，n级固化动力学模型以及自催化模型，得到固化体系的表观活化能为52.991KJ/mol，与化学流变分析得到的结果相一致；并确定了体系的工艺温度范围55-75oC2hr+130oC1hr,VARTM工艺的固化阶段进行传热分析,建立了一维传热模型,发现采用自催化模型所得的理论温度分布与实际测得的温度分布相一致。研究了在体系工艺范围内所得的复合材料样品的机械性能，经玻璃纤维增强后，环氧树脂体系的玻璃化转变温度提高了15oC，此外，证实了在70oC2hr+130oC1hr固化工艺下样品的弯曲性能最好，为VARTM工艺的最佳固化工艺温度。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题的研究背景与意义
• 1.2 制备复合材料风机叶片成型工艺研究现状
• 1.2.1 拉挤成型工艺
• 1.2.2 缠绕成型工艺
• 1.2.3 模压成型工艺
• 1.2.4 手糊成型工艺
• 1.2.5 树脂传递模塑成型（RTM）
• 1.3 影响 RTM 制品质量的因素
• 1.4 RTM 工艺及树脂体系的选择
• 1.4.1 环氧树脂体系
• 1.4.2 其他树脂体系
• 1.5 树脂体系的流变及固化性能的研究现状
• 1.6 固化过程的传热学研究
• 1.7 研究的背景、目的和意义
• 第二章 实验部分
• 2.1 引言
• 2.2 原料
• 2.3 实验内容
• 2.3.1 示差扫描量热分析（DSC）
• 2.3.2 流变仪分析
• 2.3.3 机械性能测试
• 2.3.3.1 动态热机械分析仪（DMA）
• 2.3.3.2 电子万能试验机
• 2.4 复合材料样品制备
• 第三章 化学流变学分析
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 实验原料
• 3.2.2 实验方法
• 3.3 结果与讨论
• 3.4 本章小结
• 第四章 固化动力学分析
• 4.1 引言
• 4.2 试验
• 4.3 结果和讨论
• 4.3.1 固化体系动力学参数的计算
• 4.3.1.1 n 级固化反应动力学方程：
• 4.3.1.2 恒温 DSC
• 4.3.2 传热分析
• 4.3.2.1 能量方程
• 4.3.2.2 基于 n 级固化动力学方程的热量传递分析
• 4.3.2.3 基于自催化模型的热量传递
• 4.4 本章小结
• 第五章 机械性能分析
• 5.1 引言
• 5.2 试验部分
• 5.2.1 试验原料及仪器
• 5.2.2 试验方法
• 5.2.3 表征
• 5.3 结果与讨论
• 5.3.1 DMA 分析
• 5.3.2 弯曲性能
• 5.3.3 拉伸性能
• 5.4 本章小结
• 结论与展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果
• 致谢
• 附件