热压罐固化环氧基复合材料孔隙形成研究

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1、专题sPEcIALToPIc热压罐固化环氧基复合材料孔隙形成研究StudyonFormationofVoidsinAutoclaveCuringEpoxyMatrixComposites中航复合材料有限责任公司荀国立邱启艳史俊伟刘松平[摘要】通过调整固化工艺参数，模拟了碳纤维增强环氧树脂基复合材料层压板中孔隙的形成。对不同固化参数制备的层压板孔隙率进行了检测标定和金相显微镜测量验证。分析结果显示，固化压力、真空度、加压时机以及制造过程中裹入的挥发性溶剂都会对层压板的孔隙率产生影响。起始加压及减小真空压力都会降低复合材料层压板的孔隙率，随着固化压力的增大，挥发性溶剂对层压板孔隙率的影响将会逐

2、渐减小。关键词：孔隙孔隙率环氧基复合材料固化参数lABSTRACTJThesimulationofvoidsforminginthelaminatesofthecarbonfiberreinforcedepoxyresincompositesisresearchedbyadjustingthecuringprocessparameters．Thelaminatecuringparametersofdifferentporosityarepreparedandverificationthroughmetallo—graphicmicro—scopemeasurement．Theanalysi

3、sresultsshowthatcuringpressure，vacuum，pressuretimeandvolatilesolventsentrappedinthemanufacturingprocesshaveinfluenceonthelaminateporosity．Thepressurebe—forecuringandreducethevacuumpressurewilldecreasetheporosityofthecompositelaminates．Withtheincreaseofcuringpressure，theinfluenceofvolatilesolventon

4、thelaminateporositywilldecreases．Keywords：VoidPorosityCarbonfiber／epoxyeompositsCuringparameters新一代大型客机对安全性、经济性、舒适性和环保性提出的更高要求推动了复合材料在飞机机体上的大量应用⋯。随着机翼、中央翼盒、机身等主承力构件先后采用整体成型复合材料技术，对复合材料的性能及可靠性提出了更高的要求。孑L隙是复合材料构件内部最常见且无法避免的缺陷，复合材料构件的孔隙率会对其最终结构强度产生很大的影响。Judd和Wright的研究表明忙1，复合材料层压板构件的体积孔隙率在4％以内时，孑L隙率每增

5、加1％，层间剪切强度下降7％。朱洪艳等131的研究也表明复合材料的吸湿量和最大吸湿率都随着孔隙率的增大而增加。Kardos等【4。51采用经典成核理论分析了复合材料层压板固化成型时孔隙的形成110航空制造技术·2014年第15期过程。研究通过调整固化工艺参数，对热压罐固化环氧基复合材料内部孔隙的形成进行了模拟，对影响孔隙形成的因素进行了分析，对工程化生产中避免或减少孑L隙有一定指导意义。1试验1．1复合材料层压板制备及孔隙率检测预浸料选用中航复合材料有限责任公司研制的BA3501预浸料，其中纤维为高强中模碳纤维，树脂为高温固化增韧环氧树脂BA9918，预浸料树脂重量含量为35％。为保证模拟

6、结果的适用性，层压板采用准各向同性铺层方案，即『+45／0／一45／90]。孔隙率检测采用中航复合材料有限责任公司研制的MUT～1复合材料孑L隙率检测仪进行孑L隙率均匀性检测，然后依据GB3365—82进行金相显微镜观察验证。1_2固化压力及加压时机对孔隙率的影响实验分别选取了0．1MPa、0．2MPa、0．3MPa、0．45MPa、o．6MPa等5种压力水平，并同时考察了常温加压和高温加压2种加压方式对层压板孑L隙率的影响。1．3真空压力对层压板孔隙率的影响实验分别测试了真空度为一O．095MPa，压力为0．3MPa、0．5MPa及无真空压力，外压为0．4MPa、0．6MPa等4种固化参

7、数下的层压板孔隙率水平。1．4挥发性溶剂对层压板孔隙率的影响实验设计了外加易挥发溶剂丙酮的方案，测试不同固化压力下外来溶剂对层压板孑L隙率的影响。丙酮的加入量分别为15ml／m2、30ml／m2、60ml／m2，固化压力分别为0．3MPa和0．6MPa两种压力水平。2试验结果及分析2．1固化压力及加压时机对孔隙率的影响经过检测，不同的固化压力水平下层压板孔隙率如图1所示。随着固化压力的增加，环氧基层压板的孔隙率急剧降低，