RFI工艺中树脂流动行为和固化过程分析

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RFI(Resin Film Infusion)是一种低成本、高效率的复合材料成型工艺,尤其适合制造复杂形状的大型复合材料构件。RFI工艺过程包括树脂的流动和固化以及整个体系的温度由低到高变化,所以RFI工艺过程的研究涉及多孔介质渗流学,传热学和分子反应动力学等多种学科,是一个复杂的物理化学问题。 本文运用材料学、力学和化学的有关理论,通过动量、能量、质量守恒原理,建立了描述RFI成型过程中树脂流动和固化阶段的数学模型。树脂流动阶段的模拟是根据牛顿流体在多孔介质中的渗流理论,应用Darcy定律并使用有限元/控制体技术建立起来的;热传递模型是一个二维瞬态热传导方程,考虑树脂反应放热;树脂的固化模型利用了Kamal提出的固化动力学方程,将固化度取为时间和温度的函数。本文用FORTRAN语言编写了RFI工艺过程的模拟程序,该程序可以用来模拟树脂对纤维预制件的浸渍过程和浸渍充模完成后整个构件的固化过程。使用该程序模拟了有一个加强肋的板的成型过程。通过对不同工艺参数(压力制度、温度制度等)下成型过程的模拟,分析预测了树脂流动行为、前沿位置和充模时间;制品和模具内的温度分布以及树脂粘度和固化度的变化。 本文的研究及其所建立的理论模型和模拟技术,不仅对RFI这种高性能复合材料的低成本成型技术具有理论指导价值,而且对学科发展特别是对材料学与力学的交叉发展具有重要意义。
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