VARTM工艺浸润过程及其应用基础研究

分类号：TQ323.5单位代码：10110学号：s20080171中北大学硕士学位论文VARTM工艺浸润过程及其应用基础研究硕士研究生郑澎指导教师赵贵哲学科专业材料学2011年4月28日图书分类号TQ323.5密级____非密_______UDC1_____________________________________________________________硕士学位论文VARTM工艺浸润过程及其应用基础研究郑澎（作者姓名）指导教师（姓名、职称）赵贵哲教授申请学位级别工学硕士专业名称材料学论文提交日期2011年4月28日论文答辩日期2011年6月2日学位授予日期2011年7月1日论文评阅人答辩委员会主席年月日注1：注明《国际十进分类法UDC》的分类原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在指导教师的指导下，独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律责任由本人承担。论文作者签名：日期：关于学位论文使用权的说明本人完全了解中北大学有关保管、使用学位论文的规定，其中包括：①学校有权保管、并向有关部门送交学位论文的原件与复印件；②学校可以采用影印、缩印或其它复制手段复制并保存学位论文；③学校可允许学位论文被查阅或借阅；④学校可以学术交流为目的，复制赠送和交换学位论文；⑤学校可以公布学位论文的全部或部分内容（保密学位论文在解密后遵守此规定）。签名：日期：导师签名：日期：中北大学学位论文VARTM工艺浸润过程及其应用基础研究摘要真空辅助树脂传递模塑（Vacuumassistedresintransfermolding，简称VARTM）是一种制备大尺寸复合材料制品的液体模塑成型技术，是目前世界上先进的高性能低成本复合材料制备工艺。该技术不仅可以提高树脂传递的动力，排除模具及纤维增强材料中的空气，更重要的是，可为树脂在模腔中的流动打开通道，形成完整的通路。本文系统研究了适用于VARTM工艺的风电叶片用环氧树脂体系、处理后的增强纤维与树脂的相容性以及树脂对增强纤维的浸润性，并对采用VARTM工艺制备的复合材料制件进行了力学性能研究。首先，根据VARTM工艺对风电叶片用环氧树脂体系的要求，对适用于VARTM工艺的风电叶片用环氧树脂的固化动力学及流变性能进行了研究，确定了环氧树脂的固化工艺；为改善树脂对增强纤维的浸润性，采用硅烷偶联剂处理和热处理方式对增强纤维进行了处理，研究结果表明，处理后的增强纤维与树脂的接触角变小，相容性变好，树脂对纤维的浸润性能提高。接着，着重研究了VARTM工艺中树脂对纤维的浸润过程，结合单向渗透和径向渗透的测试方法，研究了不同纤维编制方式、不同纤维层数与不同树脂的渗透率，研究结果表明，编制方式、纤维层数和树脂种类对增强纤维的渗透率有很大影响。昀后，研究了VARTM工艺制备的复合材料制件的力学性能，研究结果表明，增强纤维的编制方式对复合材料的力学性能影响很大，使用单轴向布的复合材料，其拉伸性能和弯曲性能昀好。本研究为消除VARTM工艺浸润过程中的气泡、干斑等缺陷，缩短成型周期，提高产品质量提供了理论依据，并可为高性能低成本复合材料制造技术大规模发展和应用打下坚实的技术基础。关键词：真空辅助树脂传递模塑，环氧树脂，纤维增强材料，渗透率中北大学学位论文StudyofImpregnationProcessandApplicationFoundationontheVARTMMoldingProcessABSTRACTVacuumassistedresintransfermolding(referredtoasVARTM)isbecominganadvancedmanufacturingtechnologyintheworldformoldingcompositematerialswithhigh-performanceandlow-cost.Thistechnologyhelpsincreasetheresintransferpowerandremovetheairinthemoldandthefiber-reinforcedmaterials,what’smore,itopensthechannelfortheresintoflowinthecavityandtoformacompletepath.ThispapersystematicallystudiedtheepoxyresinsystemsusedforwindturbinebladesproducedthroughVARTMprocess,thecompatibilityofthetreatedreinforcedfibersandresins,andtheimpregnationprocessofthereinforcingfiberswithresins;finally,themechanicalpropertieswerestudiedbyusingthecompositematerialsmoldedthroughVARTMprocess.ThecurekineticsandrheologicalpropertieswerestudiedfirstaccordingtotherequirementsoftheepoxyresinsystemsusedforwindturbinebladesmoldedthroughVARTMprocess,andthenthecuringprocessofepoxyresinwasdetermined.Toimprovetheinfiltrativepropertyofthereinforcedfiberswithresins,silanecouplingagenttreatmentandheattreatmentwerecarriedoutonthereinforcedfibers,andtheresultsshowedthatthecontactanglebecamesmallerandtheinfiltrativepropertywasimprovedbetweenthetreatedreinforcedfibersandtheepoxyresin.Then,theresearchfocusedontheimpregnationprocessofthefiberswiththeresinduringtheVARTMprocess,andonthepermeabilityofdifferentfibragemethods,differentfiberlayersanddifferentresinscombiningwiththetestingmethodsofunidirectionalandradialpenetration.Theresultsshowedthatthepermeabilityofthereinforcedfiberswasgreatlyinfluencedbydifferentfibragemethods,differentfiberlayersanddifferentresins.Theresultshaveanimportantimpactonthetheoreticalsimulatingoftheflowpatternofthereinforcedfibersandtheresinandthefillingtimeoftheresininthe中北大学学位论文reinforcedfibers.Finally,themechanicalpropertiesofthecompositematerialproductsthroughVARTMtechnologywerestudied.Theresearchshowedthatdifferentfibragemethodshadgreatinfluencesonthemechanicalproperties,andthatthetensileandbendingpropertiesofthecompositematerialsusingsingleaxialclothwerethebest.Theresultshavesomedirectivefunctionsforthechoiceofreinforcedfibersforcompositematerials.ThestudyofVARTMprocesshasprovidedtheoreticalbasisforremovingthedefectssuchasairbubblesanddryspots,shorteningmoldingcycleandimprovingtheproductproperties,andhaslaidasolidtechnologyfoundationforthedevelopmentandapplicationinlargescaleofthemanufacturingtechnologyforhigh-performanceandlow-costcompositematerials.KeyWord:Vacuumassistedresintransfermolding,epoxyresin,fiberreinforcedmaterial,permeability中北大学学位论文I目录第一章绪论1.1前言..............................................................................................................................11.2树脂传递模塑（RTM）成型工艺概述......................................................................21.2.1RTM成型工艺....................................................................................................21.2.2RTM成型工艺的基本原理................................................................................21.2.3RTM成型工艺优点............................................................................................21.2.4RTM成型工艺与其他工艺的比较....................................................................31.3真空辅助树脂传递模塑（VARTM）成型工艺发展概况........................................41.3.1VARTM工艺.......................................................................................................41.3.2VARTM工艺的应用现状...................................................................................61.3.3VARTM工艺材料研究现状...............................................................................71.4VART