面向自动铺放的预浸料黏性研究

来源 :南京航空航天大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:greatbear1
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在自动铺放技术中,材料体系的选择及铺放工艺控制是当前亟需解决的重要课题,而铺放过程中预浸料的黏性特征对最终制品的质量起到十分关键的作用,因此对铺放过程中预浸料黏性的表征及相关机理的探讨逐渐成为复合材料自动化成型领域的研究热点之一。本文在国内外研究基础上,以自动铺放技术为背景,重点研究了预浸料黏性的表征方法,通过一系列实验研究和理论模型验证,探讨不同类型预浸料黏性规律,为实际应用提供了重要的理论指导作用,相关研究内容如下:首先根据心轴剥离原理,采用一种面向自动铺放的预浸料黏性测试方法,以预浸料刚度和黏性作为量化指标。以实验室万能试验机为基础,自行研制了一套预浸料黏性测试装置及配套温控运载系统,并对铺放温度、铺放压力、铺放速度三个工艺参数加以分析,提出试样尺寸,根据自制实验装置展开一系列研究。采用单因素轮换法分析各工艺参数对预浸料黏附性的影响,通过实验发现:1)随着铺放温度的升高,预浸料的刚度下降,黏性遵循Arrhenius指数方程规律。2)随着铺放压力的增加,预浸料刚度的变化规律与心轴剥离机理一致,黏性符合弹性力学和树脂粘合片模型导出的方程规律。3)当铺放速度变化时,预浸料刚度变化幅度很小,黏性受两方面因素的综合影响:预浸料表层树脂流动性和预浸料与模具间的接触面积,且低温环氧树脂体系预浸料达到黏性最大值的铺放速度大于高温环氧树脂体系预浸料。4)随着预浸料在空气中放置时间的增加,预浸料的黏性几乎呈直线下降。同时对国内几种典型预浸料的黏性做了测试表征,获得了不同预浸料的黏性定量差异,为后续铺放材料体系的选择提供了依据。对工艺参数间的协同交互作用进行了探讨:针对铺放温度与铺放速度,结合黏弹性理论从预浸料与模具间的破坏模式角度分析了各自的变化特征,发现高温低速发生内聚破坏,低温高速发生界面破坏;根据黏性对温度和速度敏感现象,并结合压敏胶剥离测试法提出时温等效原理在实验中的应用,实验结果论证了其合理性,这为解决实际铺放中因铺放速度变化带来工艺不稳定性问题提供了解决方案。最后运用正交交互实验法测试预浸料间黏性,获得工艺参数主次影响顺序,为预浸料黏性的工艺参数研究提供了可靠依据。
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