研究了導流介質、脫模介質等工藝要素對真空輔助成型工藝的影響.結果表明,高滲透率的導流介質和脫模介質均能有效提高樹脂的充模速度;所研製的新型導流介質能夠有效控制樹脂的流動狀態.下面是小編蒐集整理的相關內容的論文，歡迎大家閱讀參考。
摘要：目前，人們對複合材料產品性能的要求日益提高。因此，提出了採用真空輔助成形工藝整體制備複合材料異型件結構的方案，確定了異型件結構整體制作的具體過程，解決了碳纖維預浸布製作異型件結構的關鍵問題。試製結果表明，該工藝整體制備複合材料異型件結構是可行的，爲複合材料廣泛應用到高承力、高強度的異型件結構中打下了基礎。
關鍵詞：複合材料異型件;碳纖維預浸布;弦杆;腹杆
真空輔助成形(VARI)是一種新型的低成本、高性能的成形工藝，已被應用到了船舶工程中。
一、模型結構及其成形方案
1.1模型結構的試驗方法
模型的結構形式爲“米”字形異型件，弦杆和腹杆均爲複合材方管，在方管內填充了Balsa木，弦杆壁厚4mm，腹杆壁厚3mm。選用的複合材料爲威海光威生產的碳纖維預浸布，Balsa木的規格爲B150，密度爲0.15g/cm3。
1.2真空輔助成形的基本原理
真空輔助成形工藝的基本原理爲：在真空狀態下，排除纖維增強體中的氣體，利用樹脂的流動、滲透浸漬纖維及其織物，並使其在室溫或高溫下固化;固化成形後，通過真空氣壓差對纖維施加一定的正壓力，從而形成具有一定比例的複合材料構件。
二、真空輔助異型件成形過程中的技術
複合材料異型件結構整體成形過程中主要用到異型件結構整體成形法、弦杆接頭成形法、杆件預浸布鋪設法和真空輔助成形流道鋪設、固化法。
2.1整體成形法
針對複合材料異型件結構特殊的結構形式，提出了分步製作、整體成形的模型製作方法：在木模具上鋪設碳纖維預浸布，抽真空固化製作得到U形異型件;在U形異型件內填充Balsa木和預埋金屬內芯，Balsa木、接頭內芯與U形異型件管壁用結構膠黏結;在成形的U形異型件的杆件和絃杆接頭上纏繞碳纖維預浸布，對杆件進行局部補強和整體纏繞加強，並進行預埋接頭與杆件的整體固化成形，從而得到模型樣件。
2.2接頭整體成形法
通過計算得到弦杆接頭需要承受的拉壓荷載，針對結構、受力的特點設計T形預埋接頭內芯。接頭的成形方法爲：先將接頭內芯預埋到弦杆和腹杆中，用木塊壓實預埋接頭，保證預埋接頭的內芯與杆件整體呈平面、保持豎直;使用碳纖維預浸布沿弦杆受力方向包裹內芯，使接頭內芯與複合材料弦杆整體固化爲一體。採用該方案可將預埋接頭內芯與杆件連爲一體，使各受力部分協同受力，從而提供較大的拉壓力。
2.3鋪設、纏繞預浸布
整體採用交叉鋪設的方法，即一層預浸布全部鋪設、纏繞、搭接完成後，再鋪設下一層預浸布，並使各層預浸布交叉搭接。在初成形的異型件結構上纏繞、包裹碳纖維預浸布的方法爲：將預浸布平鋪在異型件表面，預浸布中心線與杆件中心線對齊，順勢將預浸布向兩側腹板平鋪，施加一定的張力，並保持表面平整。
2.4真空輔助成形流道鋪設、固化法
由於複合材料異型件結構複雜、鋪層不規則，爲了保證樹脂對纖維的充分浸潤，並吸走預浸布高溫固化時多餘的樹脂和氣泡，按照樹脂在纖維中的流動規律、遵循Darcy定律佈設了導流網和導流管。Darcy定律爲：θ=S•A•△P/μ•L.(1)式(1)中：θ爲通過恆定面積試件的體積流動速率;S爲滲透率，與長度的平方相關的常數;A爲試件的橫截面積;△P爲試件的壓力梯度;μ爲樹脂黏度;L爲試件液體流動的長度。最終確定的導流設施佈置方法爲：在纏繞成形的'樣件前部包裹脫模布和導流網，真空袋包裹所有杆件，並在樣件端部佈置了1個出膠口，從而吸出多餘的樹脂;抽真空，壓實各折角處的導流網和真空袋，待真空度達到0.08MPa時，緩慢升溫至80℃，固化1h後升溫至100℃，再固化1h後升溫至120℃，並在120℃的環境下保持2h;在固化過程中，應不斷地觀察固化效果，待樹脂完全固化完後緩慢降溫，最後脫模得到模型樣件。
三、外觀檢測
脫模後應及時觀測，成形後杆件的尺寸與設計尺寸基本相符。檢測試件外觀後發現，樣件整體成形效果較好，杆件鋪層較密實，但其表面存在一些問題：①弦杆接頭處存在纖維褶皺現象;②杆件厚度不一，表面不是平面。這些問題在後期製作實物樣件時均會改進。
四、結論
本文通過採用真空輔助成形工藝整體制備碳纖維複合材料異型件樣件，得出了以下2點結論：
①本文提出的分步製作、整體成形、整體制備複合材料異型件模型樣件方案經濟、方便、可行，證明了真空輔助成形工藝用於製備異型件結構是合理、先進的，爲解決軍用複合材料異型件結構減重問題提供了低成本的製造方法和技術方案;
②從構造和工藝方面出發，本文提出的整體制備拉壓接頭具有一定的創新性，T形預埋接頭內芯構造合理，接頭承載效果良好。一些需要改進之處爲：
①繞杆件纏繞的纖維在真空吸附受壓時，纖維會有褶皺、翹曲的現象，這會對杆件和接頭性能造成一定的影響。因此，在工藝上應優化纖維的纏繞方法，避免此類問題的發生。
②需要對異型件進行加載試驗，驗證異型件的力學性能，從而有針對性地優化工藝。
參考文獻
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