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真空辅助树脂转移模塑(VARTM)技术-综述[兼容模式].pdf

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真空辅助树脂转移模塑（VARTM）技术基础 综述与展望 张博明 北京航空航天大学 目录 概述 SCRIMP工艺 CAPRI工艺 VPA工艺 ET-VARTM工艺 结论与展望 主要信息来自UniversityofDelaware-CenterforCompositeMaterials(UD-CCM)的 报告：OverviewofVacuum-AssistedResinTransferMoldingProcessing， DOT/FAA/TC-12/35，2013年 优势与问题 模具，工装，大尺寸产品，低成本 工艺可重复性，尺寸公差，力学性能，低于预浸料热压罐制品 主导风能，船舶领域，面向航空主承力结构 最新进展 技术进步与航空应用演示 VARTM的三种专利变化形式 ①theSeemanCompositesResinInfusionMoldingProcess (SCRIMP®),patentheldbyTPIComposites; ②theVAP,patentheldbyEADS; ③ControlledAtmosphericPressureResinInfusion(CAPRI),patent heldbyTheBoeingCompany. SeemanCompositesResinInfusionMolding Process(SCRIMP®) SCRIMP工艺在预制体表面贴附高渗透率导流介质层，注入过程中树 脂快速通过预制体表面，同时在厚度方向渗透 控制树脂流向，提高注入速度，满足大尺寸制件的注入时间要求 SeemanCompositesResinInfusionMolding Process(SCRIMP®) 特点 预制体上表面树脂波前领先于模具表面，大厚度预制体更为显著 树脂注入时间与注入长度呈指数关系，因此大尺寸制件需采用分段注射，每一段的注射 管线按顺序和一定时间间隔打开和关闭，保障预制体在最短时间内完全浸润 由于真空负压作用，以及导流介质、预制体渗透率的各向异性，树脂流动呈复杂3D流动 行为 技术需求 深入把握树脂流动行为，指导模具工装设计，包括注入口、真空口布置以及相应的传感 器布设 建模计算流动参数，可以优化工艺设计变量，如分段间隔时间和注入总时间，注射口的 间距等，并且给出这些参数与导流介质和预制体渗透率、制件尺寸、树脂粘度的函数关 系 解析模型 树脂波前稳定，速度不变 Darcy’slaw 归一化处理后求解方程组，给出流动波前形状，以及饱和浸润区域随 时间的扩展规律 试验平台 测试平台的主要功能是感知和控制关键的工艺参数 特别针对树脂流动波前监测和流动速度监测，同时精确控制真空负压 水平，研究注入浸润行为，验证工艺模型 TheUD-CCMVARTMTestBed 树脂流动过程测试结果 SmartWeave® 试验结果与模型预报的比较 工艺设计的要点 充模时间与充模距离成指数关系——采用多点注入 防止出现未浸润区域和干斑缺陷——底部波前到达时间预报，各注入 口布设及开关时间控制 厚度控制，纤维体积含量，纤维取向，孔隙率，力学性能 三维流动，复杂形状....... CONTROLLEDATMOSPHERICPRESSURERESIN INFUSION（CAPRI工艺） 注入前，反复压实预制体 注入中，在树脂容器中施加部分真空负压，降低入出口之间的压差 减小厚度梯度，增加纤维体积含量，但是会显著增加充模时间 预制体的压实行为 试验装置与测试结果 压缩载荷控制，厚度测量 面内、面外渗透率测量 CAPRI工艺压实过程带来的特点 提高整体的纤维体积含量 减少预制体回弹，减少注入过程中预制体全压实部分与部分压实部分 的厚度差异 CAPRI工艺注入过程中降低树脂的压力，使已浸润预制体保持部分压 实，可以进一步减少制件的厚度梯度 树脂注入行为 对比试验 ①SCRIMP工艺 ②全真空反复压实试验：预制体反复压实+SCRIMP工艺 ③半真空试验：无压实预制体+树脂容器施加部分真空 ④CAPRI工艺 树脂注入行为 试验装置：四个内置真空负压传感器，四个外置非接触位移传感器 压力变化树脂注入口附近的 压力值在四个位置的分布 注入完成后的厚度分布 树脂注入行为 充模时间对比 thesurfacefillingtimethetool-sideflowtime measuredbyaCCDcamerameasuredbyfourtool-mountedflowsensors VACUUM-ASSISTEDPROCESS