lcm工艺中纤维预成型体渗透率的研究

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1、摘要复合材料液体模塑成型技术(LiquidCompositeMolding，简称LCM)是指用液态树脂直接浸润模腔中的纤维预成型体进行成型的一类工艺。该技术可实现一步浸渗成型带有夹芯、加筋、预埋件的大型结构功能件。是高性能低成本先进复合材料制各技术的主要发展方向。本文在国家863项目的资助下，系统地研究了LCM纤维预成型体渗透率的测量技术、计算方法、影响因素并进行了计算机仿真模拟。LCM充模过程可视为牛顿流体在多孔介质增强材料中的渗透过程，纤维的渗透率决定了树脂／纤维的浸润，进一步地影响了固化过程及产

2、品质量。文中首先根据达西定律建立了渗透率测量的理论模型，深入研究了不同的测试方法及主要工艺参数(纤维织物织构、纤维体积含量、充模压力、流动速度、树脂粘度)对渗透特性的影响规律，发现多孔介质增强材料的渗透率主要取决于纤维织物的结构形式，预成型体孔隙分布及其体积分数、压实性对渗透率有较大的影响，提高充模压力和流动速度可以缩短充模时间．在一定程度上可以提高渗透率。测试方法和树脂粘度的影响相对较小。文中对LCM纤维增强材料预成型过程中常见的两大纤维铺敷缺陷——流道效应及剪切变形情况下的渗透特性进行了研究。实验

3、研究了纤维铺层结构及流道缝隙的宽度对充模流动的影响，发现在纤维预成型体和模具壁间存在的较小的缝隙也会对边缘的流动产生干扰，进而影响增强材料主体的渗透：对于不同的缝隙宽度，分别根据A．Hammafni模型和Poiseuille模型预测边缘等效渗透率，并进行充模过程数值模拟，与实验结果吻合较好。实验研究了剪切变形对纤维织物渗透率的影响，发现剪切变形后主渗透率方向发生旋转，主渗透率值随剪切角增加而降低。Lai—Youn2模型亦能较好地预测织物变形后渗透率的变化情况，为复杂结构件充模数值模拟的剪切变形渗透率数

4、据计算提供了理论依据。纤维预成型体的渗透率是构件成型中控制渗流方式和进行充模流动数值模拟的关键参数，属于LcM工艺的基础性研究。本论文的研究工作致力于建立渗透率与工艺参数的相互关联，解决LCM技术因渗透不良、充模不满，废品率高的缺点，蔓JLCM技术的流程设计和工艺生产提供理论依据和实践指导，进一步提高工艺的可控制性，同时对促进高性能低成本先进复合材料制备技术的发展也具有重要的意义。关键词：复合材料液体模塑(LCM)，渗透率，流道效应，剪切变形，数值模拟ABSTRACTLiquidCompositeMo

5、lding(LCM)isacloseoperationwherebyadrypreformisplacedbetweenmatchedmouldsandimpregnatedwithaliquidresin．Ithasbeenrepresentingthepromisingdevelopmentdirectionofcompositesmanufacturingtechniqueswithhighqualityandlowcostduetoitsoutstandingoperationforlarge

6、structureorfonctionpartswi也complexgeometryinonestep．WiththeaidofNational863Plan，themeasurement，calculationandinfluencefactorsoffiberperfoiTnpermeabilityinLCMwerestudiedinthispaper．AndthecorrespondingcomputersimulationsforLCMfillingprocesswerealsoconduct

7、ed，RegardingtheLCMfillingprocessastheNewtonfluidthroughfibrousreinforcements，thepermeabilityofpreformdeterminesthesaturatingofresininfiber,andhaseffectsonthecuringprocessandthequalityofproducts．BasedontheDarcy’Slaw,thetheoreticalmodelofpermeabilitymeasu

8、rementWasestablished．Andtheinfluenceofdifferenttestingmethodsandmajorprocessparameterssuchasfabricstructure，fibervolumefraction，injectionpressure，flowrateandresinviseosityonpreformpermeabilitywereinvestigatedindetails．ItWasfoundt