RTM成型工艺渗透性和应用技术研究

《RTM成型工艺渗透性和应用技术研究》由会员分享，可在线阅读，更多相关《RTM成型工艺渗透性和应用技术研究（49页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、武汉理工大学硕士学位论文RTM成型工艺渗透性和应用技术研究姓名：高克强申请学位级别：硕士专业：材料学指导教师：王继辉;苏玉堂2001.5.1摘要在R T M 成型_ r 艺过程巾树脂充模过程可以肴作流体通过多孔介质的流动过程，可用达两定律来描述树脂对纤维增强利荆的渗透。通过对R T M 成型工艺1 1 1 广泛使用的纤维增强利制一玻璃纤维缝编毡渗透牢和充模n-j 问的测最与分析，探i i frR I M 充模过程t I t 影”向渗透，hn 0 I 蹦素，研究了增强利利的渗透；棼与充模叫问的关系以及原材利陀能和川氐、I。，艺参数及模具结构等|夭1 素剥渗透率和充模时问的影响。1 结果表明：r

2、绯增强材利的结构形式和纤维含量，树脂固化系统、树脂粘度和 5 c j 脂的温度，填料类型和用悬，注射J E 力、注射速度、成型温度、真窄辅助及模具设汁等因素都不同程度的对渗透率和充模时问有影响。特别肖纤维和；c I 脂确定后，纤维含量和成型温度列渗透率与充模时问起决定性作f J，随纤维体积含量的增加或成型温度的降低，渗透率迅速下降。其次，结合渗透性研究成果与一I：程实际经验，门纳了 r 常实用的R T M 注模时闸预测公式，计算结果与实际注模n 寸问基本致。论文还对R r l M 成型二I：艺的应用进行了研究，晕点研制了R F M 寓康轿7|?后举引I、J、寓康轿车和奥拓轿车尾翼等汽车夹芯制品

3、，取得丁较好的成就。关键词：R T M，F R P，浸透性，渗透率，汽车制品A B S T R A C Ti nR T M，t h em o l df i l l i n gp r o c e s sc a nb er e g a r d e da s ap r o c e s so ff l o wt h r o u g l lp o r o u sm e d i aD a r c y sl a wi st i mm o s tc o m m o n l yu s e de q u a t i o nf o rd e s c r i b i n gt h ef l o wt h r o u

4、g hf i b r o u sr e i n f o r c e m e n t s T h em e a s u r e m e n ta n da n a l y s i so ft h ep e r m e a b i l i t yo ft h eg l a s sf i b e rm a t w b i c hw a sw i d e l yu s e di nr e s i nt r a n s f e rm o l d i n g(R T M)，w e r em a d ei nt h i sw o r k 7 l h ee f f e c to ft h ep r o p e

5、 r t i e sa n dc o n t e n to fm a t e r i a l，p r o c e s s i n gp a r a m e t e ra n dm o l dc o n s t r u c t i o no nt h em o l df i l l i n gt i m ea n df i b e ri m p r e g n a t i o nw e r ea n a l y z e d T h er e l a t i o no ft h em o l df i l l i n gt i m ew i t hp e r m e a b i l i t yw

6、a sa l s oi n v e s t i g a t e d T h er e s u l t ss h o w e dt h ef i b e rr e i n f o r c e m e n tp e r f or ma r c h i t e c t u r e，s u r f a c ed e n s i t ya n df i b e rv o l u m ef r a c t i o n，t h er e s i nc u r i n gs y s t e m s，v i s c o s i t ya n dt e m p e r a t u r e，f i l l e rt

7、 y p e sa n dc o n t e n t，i n j e c t i o np r e s s u r e，i n j e c t i o nr a t e，m o l,J i n gt e m p e r a t u r e，v a c u u ma s s i s t a n c ea n dm o l dd e s i g n，e t ca r ei n f l u e n c e so nt h ep e r m e a b i l i t ya n dm o l df i l l i n gt i m eP a r t i c u l a r l yw h e nf i

8、b e ra n dr e s i nw e r es e l e c t e d，t i l ef i b e rv o l u m ef r a c t i o nw i t ht e m p e r a t u r em a d ead e c i s i v ea c t i o no nt h ep e r m e a b i l i t ya n dm o l df i l l i n gt i m e T i l ep e r m e a b i l i t yd e c r e a s e dr a p i d l yw i t ht i l ei n c r e a s eo

9、 ft h ef i b e rV O l u m et r a c t i o na n dt h ed r o po ft h et e m p e r a t u r eC o m b i n e dt b ea c h i e v e m e n t si nR T Mp e r m e a b i l i t yw i t hp r a c t i c ee x p e r i e n c e，t b ea r t i c l eg i v e st h ef or m u l a sf o rc a l c u l a t i n gm o l df i l l i n gt i

10、m e F u r t h e r m o r e，t h ea p p l i c a t i o no fR 1 Mp r o c e s si si n v e s t i g a t e d 1 h ea c h i e v e m e n t si nR T Ma u t o m o b i l ep a r t s，s u c ha sC i t r o e nr e a rd o o r，A l t os p o i l e r sa n dr e a rw i n g s，e t ca l ee m p h a s i z e dK e y w o r d s：R T M，F

11、R P,I m p r e g n a t i o n，P e r m e a b i l i t y，A u t o m o b i l eP r o d u c t s !武汉理工大学硕士学位论文第一章绪论11R T M 模塑成型工艺概况树脂传递模迥成型I：艺(R e s i n r r a i l s f e rM o u l d i n g，简称R 1 M；艺)是八f：代末困际复台利料1：业发展起来的高技术成型I 艺，川J“泛廊川f 汽巾、建筑、造冉竹、体育川，铺、航空航天及医疗器什等)；!i!模化，E，“高质景结构复合利：l 制t 1“R 1 M 成，弘f 艺4 0 年代起源1 欧洲

12、。亢到7 0 年代末，m l i 玻璃钢(F R P lI 尹发腮币点阿放m 效率高的1 1 剁l 艺平S M CI，艺，R r M 虽然q-“：成水饺f I,C I 其z，J 原利利及模具要求较高，当叫的原利十：l 殷其成，技术还不完辫此发展埒懈进入8 0 年代，mr 环境0 日题的日趋严m，符同对环保方而的璎求【n f I 舱f“f ，q：产厂家不得不放弃生产区环境不符合环保法规的苯乙烯挥发罱人的f 统成诅1艺，如喷劓、于糊等，转而寻找苯乙烯挥发帛符合环保法规的I：艺。j j l I；同H q，R I M花原利利、I。艺和成础技术等方而f l q l i j r；h 0 刨新有r 巨人进步

13、，_ 得以迅速发艉f i II l L 时R T M 的1：程化和产、l k 化坯不完荐不能-d 处j 繁荣叫j u|的S M C 扪抗衔。进入9 0 年代后，原栩：I 研究取得很人进展，再种优质的R I M 钏f j 卡对脂棚封术J I：发成功。美闺咂仕：!化学公司(A s h l a n d C h e m i c a lC o m p a n y)首先发明r 具7 rA 缎表而R I M 号川树脂，标志着R T M 扑：汽午1+、t 的府川真J l：步入繁荣发展叫|J I 川h 嗣叫，Rr M 成型1 岂、理论研究的深入及预成，纠I：艺等技术难点的突破；R 1 1 M 成7 I 岂的设衙

14、、原利、模具技术体系的集成，使R 1 M1 艺难定规模r 刘S M C 形成强人的竞争力。啊代R T M|：艺为热闱性复合栩利闭模液休成州1 艺技术，其丰要原坪为采1 1J订射没行将争闱注利树脯体系注入闭合模腔模腔巾已铺放好按性能羽I 自构璎求设汁的增强丰才料预成7 弘体，模具用边密封和紧同，并H 模具有加热系统_ J 进行门：l|热刚化。R 1 M1 艺生产复合利料制品具有生产效牢高、产M 质昂：矗，(产记两而光成州脂浸涧性好，同化程度高等)，采川低压成趔原理(P 06 M P a)易T。q-)“人t、J、结构复杂的整体结构什，以及突山的广：品适用性等特点。此外R T M1：艺足种H l模成

15、型1：艺，与手糊、喷射及S M C(片状模塑判)1：艺相比，可极人减少树脂彳丁胄成分(苯乙烯)挥发剥人体和环境的严重危害，满足阔际、：对苯乙烯挥发最的严格要求(。2 0 P P M)。并且与传统的金属冲爪成型及复合利料S M CI。艺生产人尺、1 i：O f l：相比，R T M 成刑1 艺的模具(般采J H 复合卡爿利模具)及设符投资远低J。S M C产品，经济效蕊突出。R T M 可以满足汽下等f 业的符种需要，从批犀看，根据投资情况，能满足 1 0 0 0 0 0 仆年的人批吊乍，。R l M 对S M C 强有力的竞争是1 0 0 0 0-5 0 0 0 0 ，f=年；从表观质吊肴，能

16、满足级表面要求：从制铺性能再，可以1 1：，“r 维禽量 2 0 0 9l l W i 构什，可以乍J“f r-f l i：岔鼹 3 5 的结构仆。国外预计2 I1 l l=纪衲R 1 MI，艺将jS M C、拇挤I：艺等成为复合材：I、的士导成州I 艺技术。武汉理5-大学硕士论支S 1 2 研究R T M 渗透性的必要性R T M 与R I M、S R I M(s r n c t u r a lr e a c t i o ni n j e c t i o nm o l d i n g)等成，技术样，同属r 复合利：l 的液体成型技术(L C M：l i q u i dc o m p o s

17、i t e m o l d i n g)或结构液休成刑技术(S I，C M)范畴，其基木方法是租：殴汁妤的模具巾预先铺放经合理改汁、剪裁或经机械化预成删的增强利：l，闭模后注入定昂树脂，待树脂同化脱模屙H f j 可得到J j I i 期望的，“留r。Rr M 充模过科，足树脂f l iJ F,力什川h 渗透玻纤织物充满模腔的泔群。破i r织物可肴作多孔介质。渗透率足描述充模过稃渗透性的+个莺要参数，州以川求袭钲树脂流过多孔介质玻纤织物的难易聪度，它是孔隙率的函数(孔隙牢足指卡j：1 孑L 隙的休积分数)；渗透牢也是计算机模拟树脂传递的重要参数，彳丁肋_ rI m!师列产，铺i 兰的设计，准确

18、的渗透牢值是H 算机充模模拟所必需的。R T M 充模过程叶1，树聪列纤维的渗透陆，往往决定着R F M 复合卡j 十：l 部f 1 的质最和5 z e 效率。精确描述树聪在增强材：l 叶1 的渗透特性剥优化模具躞升t 1 1 的汴入1I 和排气L l f=：7 _ 冒、缩短制造周l O I、保证，“r 7 t 质量至关雨要。I 天I 此，深入研究R 1 M充模过i、!r t,树脂对纤维的渗透件、乔清其影响闪素，做到能够设、控制这衅闪素，!阿会对R l M 的J 泛I：业化庶川起到巨人n 0 推动n 川。本课题主要立足丁研究周内原利荆的渗透率，以便为使川图产原利利的1 千!i!师提供f 艺蹬计

19、的依据。解决R T M 冈渗透不良，充模不满，造成废t 铺率高的缺点，以提高经济效茄。1 3 国内外渗透性研究状况R 1 1 M 充模过程的模拟分析与渗透率测最+同内外学青进行了竹多研究l：作。般认为R T M 充模是树脂流入多孔介质的增强材料中，增强村料的渗透忖决定肴流动形式，大多数模，麻J 1】达p q 定律作为理论基础。达J q 定律描绘r 纤维状介质的渗透过程这个定律袭明巾似而干J lI：的流述=|f F 力梯度成比例，增强材料的渗透牢是比例系数，模拟R T M1 i 艺时，达两定 聿可表示为：V=(k q)V P(J 1)式r r I：v 一流体前沿的速度m sk 一渗透率张量m2n

20、 一树脂动力黏度P a sV P 一压力梯度P a m试验叶1，如果V、n 已知，通过模具r p 的压力传感器，V P 就可测得，利川式(1 一n 就可计算i【l 渗透率张_ 葺I：k。近年来，基1 流体在多孔介质巾的流动模删，人们分析纤维增强毡们渗透忡，已有儿何作者研究应朋丁结构复合材料制造中的纤维的渗透性。W i l l i c a m s，e ta l Io 川讨论了流体在连续K：纤维巾的流动情况他得小结论：液休表而张力嗣I 空气深陷有关。M a r t i n 和S o n _ 研究测最不同类型纤维毡的渗透牢，提“ln 1 _ 算R 1 Ml：岂渗透牢年1 I 充模时间的经验方程式。2

21、武汉理S-大学硕士论文C o n l t r 和G u c e r i(3，“i f 迎J l j 数学疗法研究树月旨n 异7 憷只，f 的流动情况，包括械拟流动和J 笄种j 曾强栩料的不同渗透率柏研究。A d a m s 和R e b e n f e l d I t“I 改汁r个班验他穿过纤维增强卡4 利f I J 犒q 1 状杠JJ j R 流动其体化，在符向异 l k f i ,J 介质f f l，通过椭恻形流向来探洲”卜力向r 的渗透牢。M i l l e r 和C l a i k I5 捉I l l 研究穿透纤维的液体传递流动认为当液休接近两厌 r维之问叫，r h1：液丽曲度的作川，

22、液而残缺和液休压力舟1：断政变液体羽I r 维之问行n：表而张力。跨过液而1 1 0 _ 仃在个爪力跳跃，液体流入纤维j l】问i U 探测I i l i 负原力峙。G u t o w s k i，e ta l【6 川通过J 1 j 树脂搏击k 纤维来探讨纤维的缺陷、渗透牢和张，J。结果发现纤维网的作川就象排线性的、弹性的、可变的多孔介质。l,a l n、K a r d o s D a v e 和e la l j K _ l 墨纤维进行了类似的研究。近年来，I。J A M E SL E E p l”i T 人相：R 1 M 充模、渗透性等疗而做r 人帚：究发丧r 数l 篇论文，例如：许“M o

23、 l d e l i n go fV o i dF o r m a t i o na n dR e m o v a li nL i q u i dC o m p o s i t eM o l d i n g”l r ，揣述了阿种1 i 要缺|j|!j，即较茅帕湿润性和气泡。史中指“i，较低的表而张力会导致段小的毛细爪J，树脂表而张力的减少有利J 湿润，虽然较低的 r 维孔隙度会导散较高的毛圳K 力，但同叫也减少j 渗透性，冈此，在某。+展化的孔隙度，渗透牢展疗n F i b e rM a tD e f o l m a t i o ni nL i q u i d(、o m p o s i l e

24、M o l d i n g”1 10 1 史。卜例究J 充横过W-r I 纤维毡的变形。j R 当纤维毡的渗透一睢较荠或树脂朴度较商州，n：汴劓II|j f I 近晟容易产生纤维毡的变形。茌“A n a l y s i so fR e s i nI q j e e t i o nM o l d i n gi nM o l d sw i t hP r e p l a c e dF i b e rM a l s”】一文巾，第一部分介绑了树脂在传递模塑巾纤维的特性、即毡的渗透性和压缩一阵：第：部分研究J 两种毡不同孔隙度渗透性的变化。通过测试流动_ f l i 力平观察充模流动前沿研究了渗透性变化的

25、影响冈素。对丁渗透率的研究，有不少学者总结了些经验讨算公式，如：B a t c he la l，基丁K o z e n y 方程和纤维的体积分数，提出k=d r 2(1-v r)3 1 6 k：V f2V r=1 一m式中：d r-纱商径(m)k z-K o z e n y 系数K 渗透牢m 一孔隙率v f 模腔巾纤维体积分数K i me ta l I I3 I 提小一个F P t i Y 形式的经验计算模式：k=A(B V。一V r)式巾：V 6 v。I B I I V。V。一展大乐力FH 寸纤维的体积分数：A 常数：B 常数。G a u v i n 和C h i b a n i 13,14

26、 i 提 t l 一个相对较复杂的计算公式，即(I 一2)(I _。3)(I 一4)查圣竺兰垄兰塑主堕墨一h 7 k=p。N1 0 d(I+R。d)I t p，dr(2 一h K R。)1 2(N+I)坤式叶：N“一毡层数；m 一孔隙牢；R 承茕比牢：o 一蕺替南度；p v 一玻璃密度：p。，一粗纱密度(k g m)：t i 一模腔厚度(m)；h 一一层毡的厚度。R。=p、，d d l I，R。为雷诺数；D 一流休密度：u 一流体黏度：V 一流体速度；d r 一毡中无捻粗纱值经(m)。Y o u n ge ta l I”I 提小r 经验模型计算公式：K=2 I I、+4 0 e x p(5 4

27、 5+、该模型适川范闹为：O 5 4 m o9 5；v s l l c m s。R a y m o n dG a t l v i ne ta l1 13 1 提出经验模刑计算公式：K=a be x p(c d p)该模型适川范闸为：6 5 m o9 0；其中a、b、c 为R a y m o n d G a u v i n 系数。R a y m o dG a u v l ne la l f f i 通过实验发现：r I：较好，们其模剩相当复杂以致没有实丌J 性适川性好，而剥另一些毡适川性稍筹。(1 _ 6)(1 7)G a u v i n 和C h i b a n i 公式列毡的适川Y o u

28、n g 公式比较简甲，剥某此砧比较而青，R a y m o n d G a u v i n 公式相对来说既简单，义具行背遍性，实际f，想f J 一个简单模型列所有纤维毡的渗透性进行预测是不现实的。l 司内学者列R F M 充模过稗也做了模拟分析例如：华东理I：人学村利系研究所张少春“R T M 充模过程的数值模拟”|l“I，建rR T M 充模过挥的二维数学模型，朋控制体积有限元法(F E M C V)确定模拟R 1 1 M 充模过程的数值汁算方法。武汉理I i 人学I 程结构与1 程力学系干继辉等“R T M 成犁I 艺充模过程分析”I”l，通过流体力学理论分析推导 u 达两定律在各向异性介

29、质中j 维流动的公式，以此为基础，建立有限元控制方程，J _ r 计算模拟R F M 的充模过张。同济人学复合丰才荆研究所吕昶等“R T M1：艺不同注劓方式的充模过烈分析”“，利川数值模拟方法，分析R 1 MI 艺中符种注刺方式的充模过程。武汉珲I：入学于继辉“R T M 成州l：艺充模过程的流动分析”1 19 1 根据扭J 脂传递模甥成型l+岂的特点，对R T M 的充模过程进行r 理论分析，川1 I：规则挖制休仃限元法对充模过程进行n I 算机模拟，来预测充模过科树脂n 0 流动状况。华东理I：人学圳晓斌等“玻璃纤维的渗透牢及其对R 1 1 M 注模州问的影响”I“”，论述r 玻璃纤维的

30、渗透率及其影响冈素提渗透率b 注模叫问的定昂火系。4武汉理工大学硕士论文总体来说，同外学者刘R T M 充模过柙渗透率测罱、理沦模】娌、汁算机模拟等方丽做r 人罩研究1 作；同内学者对R T M 的充模过稗也做r 竹彩理论方而的研究，f 1 l 关丁渗透牢的洲最筲I。作和闻外还有很人荠F f；。尽管围外在渗透牢方而做r 不少17 作，但仍存在r 列1：足；酋先，渗透性i 作都是实验室或理论上的研究，由J：渗透性与模具变形、渗漏等有关，所以有的渗透率数据值得怀疑。其次，闻外测试渗透率所用的液体基本上都是D O P 油(d i p h e n y lo c l y l p h t h a l a

31、t e)，其室濡黏度为3 8 5 0 c p，分子最、分子结构与R 1 1 M 使川的树脂7 r相当的芹脏，其数据不能完全说明树脂注刺时的情况。第三，国外测擐渗透率所有的增强卡j 料与国内有较大筹距。同外R 1 M1 艺所f J 的增强利料人部分为连续玻璃纤维毡；而国内人 j l f 分玎符种复合毡，#至方格布。冈此，围外的实验数据，不完全符合中同的实际情况。基T：J 一述情况，或者说存在的问题，为r 推动我国R T M 技术的发展，列Rr M充模过程的渗透牢问题进行系统的研究卜分必要。这就是提本课题的理由之木课题对rR T M 充模过科中渗透率的研究有几个显著特点：选川同产原材利：测试液体商

32、接选用R T M 树n R：即具有蒋遍性，叉具有针对忡：借搽前人的一些研究成果，少走弯路。14 研究内容木课题来源r 国家“九而”科技攻关项目“汽干玻璃钢制t _ i l|生j m 技术研究”的-争题。R T M 充模过稗涉及流体分析与控制技术、增强材料和树脂体系的优化技术、模具设计技术等多个技术领域。木研究包括F 列内容：R 1 MI 艺过程研究浸透率测量及浸透率与充模时间的关系分析纤维增强捌料、树脂和填利等原材料对充模浸透性的影响注射压力、注射速度、成型温度和真空辅助等f：艺冈素对充模渗透 q：的影响树脂流动分析及模具结构对充模渗透性的影响R 1 1 M 成刑I：艺虑用研究武汉理工大学硕士

33、论丈第二章R T M 工艺成型过程分析R f M 成掣f 艺屉媳7 性的液休复台村制成刑f：艺，其成7 锉f：芝过稗可分解为曾强利利顶成，蛆过利、树脂流动充模过科、放热I 啊化过科和J K J 波动过利叫个，H W，j 手糊、喷刺平S M C 成型J 艺早现明最不同。本章剥R F M1：艺成，弘过种进行j f 1 _体的分析。21增强材料预成型过程巾丁R T MI 艺是一种闭模成型r 艺，冈此需按制品设“所要求的纤绗种类、形状，禽帚及般向把增强利荆制造成1 j 模腔展本一致的形状以保i i l!J 糟强栩荆九侵腔巾能经受带坼树脂n 流动冲击，j f 尽曙减少对树脂流动的I 删以利拇J 脂充榄，

34、同叫麻具良好的浸涧性。这种j 模腔形状一致的增强利料休称为预成刑休。J 强f 制预成，斟体州f 自如f 所述方法制箭。211 手工剪裁及铺叠预成型体这是最简单，最背遍使川的预成型体制备技术，其操作与背通的锎展操作綦术一致，适川 5 低J“最及低设备投资时采川。原利利可为引织短切l!l、引易 复合似、r 维布和连续毡等。212 热铺贴预成型休将带有热塑性的连续毡或逢编毡切为所需形状，然后将其放入加热定，钽模n-I 压制成7 然历冷却定刑，修边，即得到形状准确的预成刑休。热钉讨贴成，靶设箭叫I 矧2 一l。213 喷射成型预成型体将纤维粗纱及粘合剂(s)直接喷射到与R 7 F M 模具模腔相近的模

35、具小，)fd 1 模具中的负爪同定短切纤维的位蟊，然后旋转该模具到另一何胃热空气吹透婶I：J J r 维积层而使粘接剂定他纤维，然后I j _ 旋转到另一亿胃冷却和切边，即制符7 _ i i i 成)弘休。214 多维编织及纺织预成型体采用多维针织及编织预成型体，直接织f f l 制品预成型休，可做到材料的维J 辫强和随后R T M 的净外形成型即无毛边成型。由丁单向或二向增强材料所制得的复合材剌具有两个；E 同弱点，即层问剪切强度低、抗冲击性筹，造成复合利料的破坏原因往往是分层所致冈而影响复合干j 州的使川。但现代1 业迫切需要将复合材利从次受力什麻I|进展到汽午、b 机、航，航天等领域的t

36、 承力构1 1 J 静J f J，这就要求复合材料的抗损伤性、性能i i j 椎性n K 牛=的淑进同时还需要批用7 t 产，卉_ 接成州。为了改进复介丰J ：f 的抗损伤一阼需嗖n：J 叟力向L 有很高的强度利层问强度。川1 i 复合利利的增强栩：I 的结构完艳一陀和，jJ 加1 性列人规模自动化生J“极为关键。而多维编织预成型对：述要求提供r 纠实I J 的于段，并从根木上 l i 除r 钾拧层、层爪复合材料的严甄分层现象，而H 预成刑f 1 厚6壅圣矍苎苎兰堡圭堡墨一一一一一一度方向上的整体结掬性搜复食树蚓的性能，如：强度、刚度、抗扑南性、抗损 I j 忭、抗烧铡汴E 得到了全稀构提商。

37、妙圃阉2 1热铺贴颚成型设备4 t 流圈2 2绩射成型撩成型系统衡2 3双向编绒顸成型嚼凇沁一弧蝴鞭一一f吨墨ol幂|。蕾l盘1 亏1一掺武汉理工大学硕士论文表2 1 比较r 主要预成刑体制符技术的优缺点。表21预成型体制备技术的优缺点比较预成型件预成型体毕能成木形状复制品操作技最终顶成型方浃原午j 料劳动力栅始投资杂程度t l：能术要领成型休下r高高商巾等赢高极低热铺贴r f I 等q，等巾等叶，等r f l 等中等至商喷胄Jq 等币高低商低低中等r 一等币府I多维编织低廓r I 等不廓低J 岛巾等个廓J 铘及纺织22 树脂流动充模过程R I M 充模过稗属于树脂流体通过多孔介质并迅速浸渍增

38、强材糊的一种渗流过稃。肖带压树脂巾模具_ =7 L 注入铺有纤维预成删体的模月搴后，树脂：挎神：J R 力圾圭r 维的毛细现象作川I、迅速浸涧J l 强午4 利，州。模腔t I I 的中7C”避免m 栉腔，I I t i J l 仃气休形成制品缺陷。树脂对预成刑休的良好浸涧是R T M 成，靶f：艺成功的关键，冈此根据制品特点对R I M 充模过程进行分析和实验，选择合理的充模过科1 分蕺要。高袖度树牌列纤维预成刑休的浸涧过科遵循D a r c y 定律，即f i：|札度流休n：疏松介质r f 的流动过稃。D a r c y 定律如式(2-1)所示：Q=(K h l)。A AP L(2 1)式

39、巾：Q：流动速率m s：A：乖直丁流动方向的横截面积i n 2；A P：对应1 流动长度L 上的压力降P a；”：流体b 度P as：K：填充介质(预成刑休的)渗透性参数m 2；I，：流动K 度m。其中，1 在充模过程巾可考虑为常数，采J f|高活性快速I 词化体系利热模具时应考虑为 寸问(1)和温度(T)的函数：1 1=Q(I，1)(2 2)Q=K q (I，T)人AP L(2 3)式(2-1)和(2 3)巾的K 为实验测定参数，其主要影响冈素为：闭合模腔内纤维体积含罱、织物种类、纤维表面浸润剂特性、流体特性及粘度。由式(2 1)和(2 3)可看出，对特定的构t 1 和增强卡才料，R MI：

40、艺过柙中树腑剥增强材料的浸润速度取决丁T 1 P L。而R T MJ+艺一般采用低压成型(P。06 M P a)内此浸润速度就主要取决丁流体牯度q 和流动前锋相对丁注点的何置L f 设注点似霄【，=o)。同f r，也叮n ID a r c y 定律推断树J f 仟流动前锋的付胃I。(t)：t,0，T)=F(Q O，T)t)(2 4)冈此可通过凋竹注点何簧、浠料口位置及设计树脂流动通道，确定m 能n 暴炳叫问内充满模腕，r 避免气体包存的充模方案。根据资利及我仃】的实际I。作经验，九8武汉理工大学硕士论交选择充模方案时膨遵循F 列原!j!I j：调话充模的树精帮l 发 P a s洼点瘫尽磁能选择

41、翰r l：，b 秘形心番l j L 觏形聪舶摄低点，尽鼹缨媳楚模最近点誊I 涟点之闻的捌魈流动距离；嚣构r l 彤而订彩个不连续最低点，府设树月匕流道吼保矸遮砦形而侵低点最先充满：构件，L 何高点协霞为溢辩f _ l 位蓠：2 3 敝热固化过程树膊注入横膝衍静避 丽纯度虑，其热循环过稃翔胬2 4 蕊示。O A 为枣唾繇注入过稷。8 点为树嬲凝黢点，c 点为辩脂放热峰时间，D 为树脂列纤维的浸；闩硬樾具表两对树脂冉勺D l l#熟i l q 问，E 为树脂同化放热峰温。同n 十应沣意模肺r f I 的不I 司点，存在不同的时问滞屙关系升决定R I、M 的浇铸系统选择和成7 讴i 藏周期，I!I

42、I 渖点何臀盼选择必须深l i l：存B 点啦前麓使整个模腑充满丽密；9 存洼点褥勰达到C 点该磊能迸 i 腻模操作。Uf 越嘲ABc时间(s)图2-4R T M 树脂体系在模腔中白奇放热固化过程2 4 矮力波动过程当树脂注入模腔罱随着树脂同仡过释的进行，模腌内舔力变诧翔胬所示。m闭i t 弭 l ，模腔内添力交纯可分为3 令嚣蠛：A 涎为擒精注射充搂过程，模腔I L l 嚣点；K 力薅着树耀流动魏锋魍到来两烈裹，此时舞点压力分奄可娘搌D a l r y 定终避 f汁爨；B 职为静态波压乎獭匣，此时注射停l l：，溢判f=I 关闭，模脏内维持个鞍低的甲衡雁力(一般为注射压力f l 勺1 2)，

43、该平衡压力一一随可持续到湔料r I 处i i q 化反f 啦的开盘厶 CK 为随着嗣化反应的进行，树艏闹亿反应收缩、闹f E 物和填率 受热膨腺造成的模臃肉j 1 7 力波动泛。特剐是张闻仡爱癍薪期，南，津瓣f 1 捌鬻拇j|嚣均已潮，嚣注象处楗莠鬟静黝化反农热S l 起周嗣已阚化挝嬲 奉积迅速膨账，使渡处榭矩琢力迅遮赡离，达到注射压力的数继，然螽又随着注射 处树脂同化反虑的体积收缩而净武汉理工丸学硕士论炙迅速减小。箍然碴：嗣化避挥巾 ：射 溺斟存垂：个铰天懿压力冲惠过撑，阚北模具沿：射 l 垌嗣戍有足够的刚虚加强。)叠I I要R(1巨*0#淞l2(辩：|4 S 壤辩7 0 08 川sJ 一

44、j：扎j 讧毋：2 一远离 ：扎位置；3 一滏料J I 垃置霪2-5 孛心乳洼射斑横腔审压力的盎化O尘二皇二型“6202式漶理工赶哔砸士论史第三章渗透率测量的理论模型渗透率煎测最僻箍 J A M E SW A N G,C，l W U，a n dL 1 A M E SL E E”I|弱测最力法，救据D a r c y 定诬。澍r 人部分RF M 制。铺丽寿，菇平丽力向的，寸。远夫f 簿度方向的尺i 扎瓣能本文主要螺究嚣出渗透露。测罱甲丽渗透牢时，T 叮选透明模具溅者避金属模具采透嘲模其时，存确定瞬态疆力平|l 滚动建废靛弱秘，珥戮确定主轴方翔尊l 滚动藏缘螅瞬态传鼹。次测试即刊得到渗透系数的绝对

45、值羽l 主方向。f E!是逑明模具通常川确机玻璃或玻J 离制成，、一般济承受不了高的夹紧力，试件的纤绦禽辩较南时，模葵瑗能会变彩，嚣变形形成姻闯隙河能会给波体流过形成通路，丽n，如果采川反麻性树脂寸，它会剥仃机玻璃模见产生j 篙蚀，悄树晰耐能稿a：玻璃板l 二，野过死次健mi Y,，残余降其卜鹋稀舞嚣会佳鼹察变褥烈懋，惫属摸具是摄经济、实埘麴选择，特别是剥商 r 终身肇 J 斌什更是如此。来j 鞋金属模其辩，存测试过稃r 和不能确定瞬态流动辩缘鹣侮箨，謦测定渗透率埘露采爆稳定东搂压力和稳定流动速度。对1：并向同性利荆，丽I J、J 并方 t,J 具仃柙闻的流动P f：能，酐f q 渗透带易l+

46、确定，对舞囱并艟秘辩，游形璎复杂德多。测最瑟内渗透牢，珂域搜)|誓欢滚动到放射流动测罱方法。3，1 器向同性材料羁r 符向同往嗣辩，在舔内舞方自流动状态榴离，无埝袋埔径肉滚动露法或誓i 句溅动方法测量，刹H 达艰定传批可以释易她计算U5 渗透牢。试验中，通过模具中的J=i i 力传感器确定A P(乐力传惑器倚j 注射l t 附近，巾，撑气l l 谯另端，滚动静缘压力为零，男i 以往射!j 处购压力即为达艇公式r ，柏爪力降AP)，川光敏一极管娥透明模具通过观察确定流动前*何酹A|，。如泉v、l 酷翔，这祥利涮达两公式裁i f 谤葬l l 渗透攀张暴k。3 2 各向簿淫榜科3 2 径向流动方法对

47、1：舞题冥矬捌$：，第主方j 翱灼渗透系数k，不等丁第一：主方向的渗透系数k。冈此流动前H i 是-一个椭例形。聚餐径氛流零嚣法瓣，要确定鹬令乒露渗透系数，霉璎酒个方科+3 t t!t、t q从流动前W 的椭唰图形巾得到，另个可从胍力一流遮关系中得到，随液体离 I f t心注射髓，流动前沿逐渐形成一个椭圜，这楚闻为流麓范甬变夫，沣入 1 豹，b 艇j ti j 的影 蠛变小之故。A d a m s 等人发现，当渗透系数比等J：0 1 时，流休#j 主轴i j i 进n 0 曲i 离人J：注入孔、l 径n 01 2 侪，流动前*形成卟完摈的椭阕，这个完秣的椭酬椭壤麴短囊|痊撼壤的瑟秘长波=(k，

48、k；“2 3 一)从流动过程中知l 道土方向和渗透系数比之后，要确定渗透系数的绝对俑，述需磷生武汉理工大学硕士论丈_d。_十。1一道它们问的详细关系。通矧测定J K 力j 流动速度问的关系可以得到r 述关系1)a r e y定律提供r 表f i i 速度v 与J F 力梯度v p 之闸的线件关系，：博D a lc y 定律的通川力W 代入连续疗稗：川以得到：在等漏祭什F变形可以忽略。V v=OV(k i l tV p)=0(3 2)(3 3)测最渗透系数叫，可以认为糕度是常数，充模爪力引起n ,3 f T 绯剥r 符向_ 斤性织物增强干才利，如累“两个十流动方向的业标已确定，f x=rc o

49、s 0，y=rs i n 0，那么压力方程可弓成：k。(a 2 p S x 2)+k y(0 2 p，两7)=0(3 4)式叶l：k，一第一主流动方向的渗透系数k。一第主流动方向的渗透系数，R。一毡的中心注射孔的、I，径R 一流动前缘在主轴(即x 方向)的何置J I：如A d a t l l S l 2 1 1 等人指的那样，经两个变换可以解胝J 方千!i!。经椎理肝，甲均相效渗透数可写成：k o e=(k。k y)1“=I t Q hP。I。I(I n(R R，。)+I n，)2 n(3 5)，=I l l(k。k、)7 2+I 1 一 1+(R i 2 R 2)(k。k，一州7 2)(3

50、6)式巾：R。一注射f|、羟h 一模腔事度,t t-粘度R 一流动前缘主轴(K 轴)Q 一流速P m。一注f _|压力(在t 轴为R 删的注L l 压力)k 一第一一主方向的渗透系数k。一第一：土方向的渗透系数如果l|问流动前沿的主轴R、流速Q 和注口乐力P m 可同时测得，：述公式i l l川1 训算平面渗透系数，对_ 不透明模具要测定流动前缘何簧是不可能的，在这种情况F 稳态流动速度，注入r I 压力(即枢个纤维试什己被浸渍)和纤维试什n q r释R。需川】H 算，因为对符向异性纤维毡流动陶形是椭例，而纤维试干1 羊汴入H 常是同形的，要得到渗透系数，不需要繁琐的解，个近似办法介 f 如I

51、、：m 实际的同形纤维试州的用丽可i f i i i 两个“假脯恻t t 维试体，筇个椭恻的K 轴K 腹，和第：个椭嘲的短轴氏度等r 实际圆形纤维毡的瓿经，以唰形纤维位试样为基7 i：|i，这两个椭圆的甲均有效渗透系数可按F 列疗法进行计算，对-r 第一个椭劂，乏轴为R。I，这样k：1 1=B Q hP i。Il x(1 n(R R i。)+1 1 1，1)，2r t(3 7)，=(k。k。)，|(k，k，)”+1 l+【1+(R i n 2 R o u l 2)(k。k，一1)r】(3 8)剥1：第一：个椭院I，短轴是R。即：2武汉理工走学硕士论文k o m l=1 t Q hP i n l

52、 e i X(1 n(R。u I R i。)+I n 几)，2 n(3 9)，=1 (k。k y)m+1 l+卜(R i n 2 R o u t 2)(k x i k y I)(k x i k y)】1 7 2)(3 一i o)冈为D a r c y 定律是线性的，实际纤维毡试什的甲均有效渗透系数可订：两个假椭I l l i i i i 积甲均值的基j i|上进行估算，即：k：=(k。k y)=(k o。(1)k o e(2)”2(3 一l I)3 22 单向流动方法单向流动方法比较简单，如果测试编织增强利利某方向的渗透牢，使该力向与树脂流动一致测试即可，然后采J t jD a r c y 定

53、律进行计算。本实验t 要采丌j 译方向流动测试方法。用实验方法准确测犀渗透率，较人的困难是保证剪切的纤维增强利料尺i J 精确，t 放簧得当。冈此必须仔细认真地切割和放置纤维，以减少边缘效麻的影f 恂，从而得到重复件较好的实验结果。夺测鼠渗透率的实验巾，增强材十：I 的体积含罱府控制存适当范同I。增强纤绗奇才料的体积含量不能太高，也不能太低。如果增强纤维材利的体积含最太高，合模就比较困难，必须施加很人的锁模力，这样，有可能使模具变形。而1 4，幺维休#!含罱商，则预成型增强材荆的渗透率很低，要把树脂#1：满模腔需要较赢的汴模球，J J。这不仅会引起模具变形，而且有可能使预成刑增强材利变形，影响

54、增强利：I 九模具【f】的分布。礼实际生产：叶1，模具的变形和纤维增强利料i 刍!模具，1，的分布1；匀：阿影响到制什的尺寸精度和性能。反之，如果增强纤维木才料的体积禽最太低当流体通过纤维时，预成犁增强村利可能会J“生滑动或形成绉折。纤维体积禽最太低州，n 注模过程叶1，哪怕流速和注劓压力产生微小的变化，所测渗透率也会很敏感，巾：以得到重复性较好的实验结果。武汉理工大学硕士论文第四章渗透率测量的实验研究41 实验材料(I)树脂聚酯喇R 1 M 树脂：2 5“C 刚粘度为o 2 5P a s；乙烯基R T M 树脂，2 5 州粘度为o4 5P a S；(2)J 曾强丰才：逢编毡：8 0 0 9

55、m 2 玻璃纤维逢编毡(0 0 9 0 0)：方格布：o4 r a m 玻璃纤维方格布：(3)闻化制：液体过氧化q I 乙酮，活性氰禽吊1 0(4)促进剂：I 环烷酸钻苯乙烯溶液(5)填料玻璃微珠：0 i 一0 Z!e d c l l l3，1 0 一1 8 0 j t mC a C O，：轻质，超细粉料滑7 i 粉：3 0 0 目4 2 实验装置4 21 单向流动测试装置进f i 一维流动实验。制造一透明模具，便7 观察流动渗透情况，模腔的人小为6 0 0 1 6 0 45 t o n i。在：模板的两端巾央再钻。个孔个作为沣劓l1，个作为排气f i，排气|同时又是抽真空的接口，注射 J 设

56、计为扇形结构。把预成喇纤维增强利粒l 放往距进料F I5 0 r a m 处，以便使进料【j 不被纤维堵寨，j f 使树胴n：=；!腑I f，形成均匀的轴向流动。通过，R 力系统将流体压入模腔，然后神模具f i 处删瞬流m 液体的休积以测定流体的速率。在模具进rJ 处安装有压力传感器测鼹爪力。4 22 径向流动测试装置侉向流动测试装胃也采用一透明模具，模腔的人小为6 0 0 x1 6 0 x 4 5 m m：n 1：模扳的叶I 央钻一个j L，作为注射l：l，在模板的四角备钻一个孔，作为排气1 1，抓1I1 同时又是抽真空的接】。把预成 I I!纤维增强材料放祚模腔的q t 心处，预成，诅纤维

57、增强材料为l 剜形结构。通过J K 力系统将流体_|1 入模胖，然厉n 横几f n 口处测肇流 U 液体的体积以测定流体的速率。在模具进r 处安装有爪力传感器测肆陬)3，43 实验结果及讨论431纤维体积含量对渗透性的影响纤维体积含罱可表示为V f _ n h 队1 0(4 1)式中：n 一表示纤维毡的层数：一表示纤维增强材料的表面密度(g m 2)；h 一试样厚度(n 1)；队一表示玻璃纤维的密度(k g m 3)；1 4武汉理工大学硕士论文v r 一纤维体积含最。纤维孔隙率可表示为m=l V f(4 2)m 一纤维孔隙牢：v r 纤维体积含景。为了考察纤维体积禽晕(或孔隙率)对渗透率的影响

58、，本实验烈洲角：j 堑编毡行向渗透率K。测鼠结果弛表4 一l 和睦14 1。表4 1测量的玻纤逢编毡有效渗透率玻纤逢编毡层数n纤维林枞禽量V r渗透：弘的测试情K(1 0“i n 2)201 62 44302 4l2 2403 27 2504 037604 8217O5 3133 02 5十号2 0要1 5褂蛔1 0媲5O00l0 20301050G玎维体积禽用V，图4 1渗透率K 与增强纤维体积含量V t 之间的关系从表4 1 和图4 1 中可以石山，渗透牢K 值j 玻纤的体积阿分禽罱或孔隙牢有关。模腕中纤维体积含罱的多少对纤维预成刑增强利料的有效渗透率具有很人柏影响。随着纤维体积禽景的增大

59、，渗透率迅速F 降。同时，充模质嚣(e 泡的卷裹)与玻纤的体积日分禽鼬!J 戈7 L 隙爿曩也j 很人父系降低纤维毡的孔隙牢，可使纤维毡的结合更为紧密模爪也高，并导致较高的E 钏爪从而改善气泡的卷裹最。但降低纤维毡7 L 隙率的同吲也降骶，毡的渗透牢，此，r 维毡的孔隙率存在一个最仆值，f 川E 7 L 隙牢F 流体的浸渍效粜展1 l j。而别丁侮种纤维毡，都有一个合适的孔隙率范嗣，列随机分布(即各向同性)的 f 维他，合适的孔隙率范嗣为5 4 一9 5：对双向纤维毡合适的孔隙牢范罔为4 5 一6 5 Y：对单向纤维毡台适的孔隙率范同为4 7-6 6。对方向性 r 维毡来说，当孔隙：乖人f：6

60、 5 1 1 q，屡问变得很松，注射树脂时就会产生波道，另方而，当孔隙牢低丁4 5,1 1；J，5武汉理工走学磺士论史扪：射树脂时模内脏力就会惊人的增加。4 3，2 纤维结构形式对渗透性的影响为了分析纤维增强柯：l 的结构形式对其渗透率的影响。对定纤雏体萃 龠最柏破纤方格蠢誊l 玻纤逢编毡沟渗透率遴 r 测聚。玻纾疗梅毒拳l 琰纾逢编毡静结构承意蚓见圈4 2 判矧4 3。图4 2 玻堂平方格布结构示意嘲圈4 3 玻纤逢编毡结构示意围以V t=O。3 2 为例，测得这两种增强材料的渗透拳K 见表4-2表4 2 逢编毡与方疆布鲫渗透率及洼模时间鲜壤转积蠢基v，渗透枣K 抽2 8 4洼接对翘 s)方

61、格布0 3 2437 9逢编毡03 27 24 I用4 4 所示为玻纤逢编毡与玻纤方格布两种结构村利注模时间的比较。如图所示，在注射压力桶同的情况F(O 2 M P a)。玻纤方格布的沌射耐问建玻纤逢编毡汴横对潮的翡倍多(当距裹L=4 2 0 m m 时，玻缓逢缡毯注摸时间为4 Is，玻纡方揍啦注模n 寸问为7 9 s，此时注满模腔。5 0 04 0 0目3 0 0、-32 0 01 0 00一破纤逢编毡玻纤力梅布05 01 0 01 5 0t s圈4-4 玻辩编织毡与璃纤方格布两种不尚结构材料洼横辩I 目-It 的耽铰川相同纤维体积含茕的玻纤逢编毡和玻纤方格布分别成帮复合祠：l 制什。-,1

62、 1 辩|矧仡赢，麸摸塑豹割件甥F，b 块试榉蹦终缝麴浸透婕援进行分辑。续袈发现，骥1 6武汉理工大学硕士论文乡T 逄编毡的浸透性要比玻纤方格相的浸透性好得多。特别是玻纤方格彳盯纵横纤维桐交处，浸透r l：更荠。其原闪如F：在：符种不同结构刑式的 f 维增强利料r f I，般f 殴订两种区域。筇刊t 暖域是纤维求-l 纤维寐之闸的孔隙；笫种R 域足纤维啦，r维丝之问的孔隙。相划丁第种区域来讲，筇。种区域的渗透苷爰硬小的多，树J j 旨流动通过纤维的阻力较人，浸透纤维较困难。在玻纤方格布r I I 相邻两嫩纤维之i J 形成厂相剥孔隙较人的阿域，如同4 5r I IA 所示。丽龙纵横相交处，一个

63、编参 方向的纤维柬，另个编织方向的纤维束重蚤冉起，如图4 5r 1B 所示。相当】更多f l J 纤维丝重臀裆：一起，形成了纤维增强材料叶1 孔隙最小n 勺R 域。也就是说，该R域对流体流动的阻力最大，使树鹏很难浸透纤维。冈此，虽然从宏观流动的角度看，流休向前流动通过了招个纤维j 酋强材：l，但在纵横纤维相交处渗透率很小，树J|旨，r l r 完全浸透纤维束，纤维浸透性弗的问题不但影响纤维与树J|旨的界而糕结强度，而H 严重影响模塑复合材：I 制什的机械强度。订：玻纤逢编毡巾，何柬 T 维r I T 维她的数黟较小纤维束较钿，而且纤维柬不交f：，纵向纣维币f f 横f f i J 纤维分别n：

64、两个、r而，而E L 纤维束之问有一定距离(孔隙)，没有象玻纤方格布结构1，那样渗透牢棚芹很人的区域，冈此纤维浸透性较好。圈4 5流体在玻纤方格布中流过区域示意囤4 33 树脂粘度对渗透性的影晌前已述及在R T M 充模过程中，树脂对增强材料的浸涧速度土要取决T 流体*o 度和流动前锋相对丁注点的位鼹，实际上当模具设计完成币，粘度就成为影响树儿旨对增强材料的浸润速度的关键冈数。在R T MI：艺巾适当低的粘度是必要的，仙是对丁究竟多低的粘度为好意见还有分歧，般认为树脂粘度存01】P a S 之问，而Js t l a y w a r d 和B 1-l a r l i s“的研究发现在0 1P a

65、 S 一3 5P a s 这一柑度范r 翰内n 0府川也是成功的。但实验及实际生产都表明剥丁特定的环境，确定适当的树脯*1 度以利r 村脂对纤维的浸涧。如果树脂粘度太大，不仅注射压力商充模时问长、树脂不易j i 与纤维浸涧，目因渗透率低，不易注满，树脂中夹带的气泡不易除尽；如果树J J|=粘度太低，充模n-J 捌脂流动又易形成湍流，夹带人罱气泡进入模腔，使制。I f 孔隙牢含最增高，影响复合利料制品的性能。表4 3 为不同粘度r 测试的渗透窄充摸时M。根据表4 3 测试值绘制的粘度与渗透率关系曲线，如图4 6。武汉理工大学硕士沧丈表4 3 不同粘度下测试的渗透率与充模时间汁9 JJ I：，J汁

66、q-J 渝0-T 维禽f f l杠j 脂节l，J 钲渗诱卑K夼栉门J编碍(M P a)()(体积)(P a S)(I l l 2 1 09)(sJJ022 503 204 5724J2022 5O3 206 05l5 53022 5()3 207 5397 14022 503 209 0l79 5茎it 喾5囊i：0 2O40 60 8树脂粘度P a，s图4 6 粘度与渗透率的关系曲线4 3、4 表面张力对渗透性的影响流体浸渍纤维毡的过程，是同一气界丽披闻一液界而所取代的过科，这个过科的难易程度还取决r 粘缩力的人4、，粘宝吉力是流体表而张力和接触角的函数。当r维I 刮定时，由1 i 纤维一流体问的接触角不同不同的流体具宵不同的粘接力。较高的表而张力有利I：纤维求的浸渍，而较低的表面张力订利J C 泡的j 王侈，此，高表面张力的流体初j n|浸渍速度快，低表而张力的流体所形成的，t 泡稳矗三筹，可以有效排除。所以减少气泡的卷裹譬，存在撮优的表丽张力。43，5 注射压力对渗透性的影晌R T M 成型I 艺中，对u 丁压力的选择，有人赞成J 1 低压，认为这样可促进树黼列纤维的浸润，有人赞