縫合參數(shù)對(duì)縫合泡沫夾芯結(jié)構(gòu)復(fù)合材料vartm工藝樹(shù)脂充模的影響

1、第32卷第2期高分子材料科學(xué)與工程Vol32，No22016年2月POLYMEＲMATEＲIALSSCIENCEENGINEEＲINGFeb2016縫合參數(shù)對(duì)縫合泡沫夾芯結(jié)構(gòu)復(fù)合材料VAＲTM工藝樹(shù)脂充模的影響王科1，賴家美1，鄢冬冬1，柳和生1，黃志超2(1南昌大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院聚合物成型研究室，江西南昌3300312華東交通大學(xué)載運(yùn)工具重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江西南昌330013)摘要:對(duì)不同縫合參數(shù)的縫合泡沫夾芯結(jié)構(gòu)復(fù)合材料真空輔助樹(shù)脂傳遞模塑

2、成型(VAＲTM)工藝進(jìn)行數(shù)值模擬，研究了針距、行距、縫針直徑、芯板厚度及纖維面板厚度等縫合參數(shù)對(duì)縫合泡沫夾芯結(jié)構(gòu)復(fù)合材料VAＲTM工藝樹(shù)脂流動(dòng)充填的影響。結(jié)果表明，改變縫合行距對(duì)樹(shù)脂的流動(dòng)充填速度影響不大，縫合行距越大，樹(shù)脂在下層纖維面板流動(dòng)的同步性越差，制品出現(xiàn)空隙及干斑的可能性越大縫合針距越小，樹(shù)脂完成充填的時(shí)間越長(zhǎng)分別增加縫針直徑和泡沫芯板的厚度，樹(shù)脂完成充填時(shí)間呈線性增長(zhǎng)，縫針直徑越大，下層纖維面板樹(shù)脂浸潤(rùn)效果越好纖維面板厚度

3、增加，樹(shù)脂完成充填的時(shí)間變長(zhǎng)，且相對(duì)于其他縫合參數(shù)，纖維面板厚度對(duì)樹(shù)脂流動(dòng)充填時(shí)間影響最大縫合針距、泡沫芯板的厚度及纖維面板的厚度都不影響樹(shù)脂在下層纖維面板的浸潤(rùn)效果。關(guān)鍵詞:縫合參數(shù)縫合泡沫夾芯結(jié)構(gòu)真空輔助樹(shù)脂傳遞模塑成型復(fù)合材料數(shù)值模擬中圖分類號(hào):TQ320669文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):10007555(2016)02013707doi:1016865jcnki10007555201602025收稿日期:20150322基金項(xiàng)目:國(guó)

4、家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(51263015，51265012)人社廳留學(xué)人員擇優(yōu)項(xiàng)目(贛人社字［2012］375號(hào))江西省教育廳資助項(xiàng)目(GJJ13071)通訊聯(lián)系人:賴家美，主要從事聚合物基復(fù)合材料及其應(yīng)用研究，Email:laijm@163com縫合泡沫夾芯結(jié)構(gòu)復(fù)合材料是由高強(qiáng)度、高模量的纖維面板和輕質(zhì)的閉孔泡沫芯材復(fù)合而成，縫合使泡沫夾芯結(jié)構(gòu)在垂直于鋪層平面的方向得到增強(qiáng)，可以顯著提高泡沫夾芯結(jié)構(gòu)的界面性能和抗沖擊性能［1，2］，其

5、結(jié)構(gòu)如Fig.1所示?？p合泡沫夾芯結(jié)構(gòu)復(fù)合材料具有輕質(zhì)、高比強(qiáng)度、高比剛度，同時(shí)還具有優(yōu)良的抗沖擊、抗振動(dòng)、隔熱、隔音等特性，目前已廣泛用于航空、航天、船舶、汽車等方面［3～5］。Fig1Stitchedfoamceswichstructuralcomposite在纖維增強(qiáng)復(fù)合材料真空輔助樹(shù)脂傳遞模塑成型(VAＲTM)工藝中，樹(shù)脂在預(yù)成型體中的流動(dòng)浸潤(rùn)狀況對(duì)最終制品的質(zhì)量及力學(xué)性能有著重要的影響［6，7］。根據(jù)達(dá)西定律可知，樹(shù)脂在預(yù)成型

6、體中的流動(dòng)浸潤(rùn)速度受到樹(shù)脂黏度、樹(shù)脂壓力梯度、預(yù)成型體的滲透率和孔隙率的影響，且樹(shù)脂流動(dòng)速度與預(yù)成型體的滲透率及樹(shù)脂的壓力梯度成正比，與預(yù)成型體孔隙率及樹(shù)脂黏度成反比［8］。Fig3Ｒesinflowinbottomfacesheetwithdifferentspacing22針距變化對(duì)樹(shù)脂充填過(guò)程的影響為研究針距變化對(duì)縫合泡沫夾芯結(jié)構(gòu)復(fù)合材料VAＲTM工藝中樹(shù)脂充填的影響，對(duì)4種不同針距的預(yù)成型體進(jìn)行充填模擬，相應(yīng)參數(shù)及模擬結(jié)果見(jiàn)Ta

7、b.2。Fig4Fillingtimewithdifferentpitches從Fig4可以看出，隨著縫合針距變大，樹(shù)脂完成充填的時(shí)間變短。從Fig.5和Fig.6不同針距時(shí)樹(shù)脂在上、下層纖維面板流動(dòng)充填過(guò)程曲線可以看出，針距變化對(duì)樹(shù)脂在預(yù)成型體上層面板的流動(dòng)充填速度影響不大，但對(duì)樹(shù)脂在下層纖維面板流動(dòng)充速度填影響較大。從Fig.6可以明顯看出，針距越大，下層纖維面板完成充填的時(shí)間越短。針距越小，縫合次數(shù)越多，縫針在預(yù)成型體上、下層纖維

8、面板及泡沫芯板中產(chǎn)生的針孔越多，所需的充填樹(shù)脂體積也越多，因此充填完成的時(shí)間越長(zhǎng)。樹(shù)脂在上層面板的流動(dòng)速度還取決于最上層的高滲透導(dǎo)流介質(zhì)(導(dǎo)流網(wǎng))，且相對(duì)于縫針產(chǎn)生的孔隙來(lái)說(shuō)導(dǎo)流網(wǎng)的影響要大得多，故針距變化對(duì)樹(shù)脂在預(yù)成型體上層纖維面板的流動(dòng)充填速度影響不大。Fig7為4種不同縫合針距時(shí)預(yù)成型體下層纖維面板樹(shù)脂充填狀況。樹(shù)脂前沿在下層纖維面板呈鋸齒狀，通過(guò)對(duì)比可以看出4幅圖的樹(shù)脂流動(dòng)前沿基本一致，因此，針距改變并不影響樹(shù)脂在下層纖維面板的

9、流動(dòng)浸潤(rùn)效果。Fig5FillingprocesscurvesofresinintopfacesheetwithdifferentpitchesFig6Fillingprocesscurvesofresininbottomfacesheetwithdifferentpitches23縫針直徑對(duì)樹(shù)脂充填過(guò)程的影響預(yù)成型體在縫合過(guò)程中，縫針會(huì)對(duì)纖維造成損傷，并且在纖維面板的針孔處會(huì)引起樹(shù)脂的富集，此外縫針直徑的大小還會(huì)影響樹(shù)脂的流動(dòng)充填過(guò)程