RTM工艺过程的缺陷形成分析及边缘效应研究

在树脂传递模塑(Resin transfer molding, RTM)工艺中,边缘效应很容易导致制件产生空隙、干斑等缺陷,其根本原因是在纤维增强体和模具模腔之间的间隙区域树脂的流动阻力小,使得树脂在这一区域流动速度更快。基于达西定律并结合流体体积(Volume of Fluid, VOF)界面追踪方法建立了树脂在纤维增强体中的流动模型,开展RTM工艺边缘效应的数值模拟研究,模型可以准确模拟边缘效应的影响,同时研究树脂粘度及树脂注射压力等工艺参数对于流动时间的影响。研究结果可以对RTM工艺的改善优化提供帮助。     

RTM中纤维结构对树脂浸渍影响的数值模拟

在树脂传递模塑成型(RTM)中,缩减充模时间以及降低气泡含量是该工艺不断完善的两个关键。本文以牛顿流体为基础,结合Navier-Stokes方程组,构建了二维双尺度气液两相流模型。采用有限体积法(FVM)求解计算域流场物理量,并利用流体体积(VOF)界面追踪技术实现了等温充模阶段的模拟。综合分析了充模阶段流场物理量的变化情况,研究了纤维结构以及树脂黏度对充模时间以及气泡形成与排除的影响,并与分析结果和实验结果进行对照,吻合度较高。数值计算结果表明,二维双尺度模型能准确反映树脂的充模过程。对于低黏度熔体,编织纤维的横纵向孔隙宽度均有一个最佳尺寸,此外,树脂黏度的增加会影响气泡在纤维中的形成以及排除过程,从而影响最终的充模时间。     

牛顿流体圆管内非稳态Poiseuille流动特性

Poiseuille流动初始阶段存在速度发展的非稳态过程,会对测试结果造成偏差。为分析非稳态Poiseuille流动过程对测量黏度造成的偏差,以不可压缩牛顿流体为例,进行恒流量边界与非定常流量边界下的非稳态Poiseuille流动过程研究。以无量纲黏度和无量纲时间表征非稳态过程,建立数值模型,计算给出恒平均速度边界、从0线性增加平均速度边界和恒压力边界条件下无量纲黏度数值的变化规律。结果表明:非稳态过程中无量纲黏度数值随时间逐渐减小并最终趋于1,且不同边界条件下流动达到稳定对应的无量纲时间为定值。当边界类型确定时,非稳态过程的无量纲黏度数值可视为仅与无量纲时间有关的函数;对于不同类型边界条件,从0线性增加的平均速度边界、恒压力边界、恒平均速度边界条件对应的非稳态过程逐渐缩短。     

水性环氧树脂与水性胺加聚过程流变行为及性能研究

以R/S PLUS黏度计研究了水性环氧树脂/水性胺加聚过程的流变性能,讨论了水性胺(HF或HG)、温度和时间对流变行为的影响.结果表明,HF和HG能有效地与水性环氧树脂产生加聚反应.升高温度,初期30 min的黏度是先降而后快速上升;延长时间黏度先升而后趋于一平衡值.水性环氧树脂、水性胺及加聚产物都是非牛顿流体,其流变行为随温度、时间和剪切速率的变化而变化,且符合Herschel Bulkley和Casson流变模型.并用动态力学热分析和热重分析研究了固化膜的热稳定性.     

树脂类牙齿矫治器压模成型及力学性能分析

隐形牙齿矫治器多由树脂类薄片在高温下压模成型,由于树脂类材料的力学行为对保载时间和应变率极为敏感,通过讨论不同压模成型工况和材料参数对矫治器成型的影响,进而对牙齿矫治器的设计和成型加工给予一定的指导。通过建立牙齿矫治器膜片和牙齿的有限元模型,模拟在不同加载应变率、不同保载时间下的矫治器压模成型过程,探究不同加载条件和材料参数变化对卸载后回弹量的影响。结果表明:不同的加载工况和材料参数对牙齿矫治器成型后的回弹量存在较大的影响,加载速率越低、保载时间越长,矫治器成型后回弹量越小;材料的热膨胀系数越小,弹性模量越大,材料压模成型卸载后的回弹量越小,但较大的材料模量,会影响压模片与牙冠表面的完全贴合。     

RTM充模过程中的流动行为分析

简要介绍了树脂传递模塑 (简称RTM )成型工艺中树脂在模腔内的流动行为 ,以及这些流动行为产生的原理 .该原理能根据纤维增强材料的铺设结构预测树脂胶液流动方式 .     

RTM树脂充模过程的并行计算模拟

引入并行计算方法在集群系统上实现对RTM成型过程的数值模拟,并编写了并行数值模拟软件,模拟二维薄壁构件的RTM工艺的注模过程,得到任意时刻的树脂流动前锋曲线、压力场分布,计算结果与其他研究成果吻合良好.算例结果表明,并行数值模拟方法有效提高了计算效率.     

初始温度对O2等离子体形成过程的影响

在O2等离子体物理化学模型的基础上,对不同初始温度下O2等离子体中的主要粒子的形成过程进行了数值模拟,跟踪各种主要成分粒子浓度随时间的变化,得到了初始温度对等离子体主要带电粒子和中性粒子浓度的影响规律.计算结果表明:随着初始温度的升高,O2等离子体中各种主要成分粒子浓度的变化规律相似,粒子浓度变化趋势受初始温度影响不明显.e、O、O2、O+随时间增长浓度变化比较大,O-、O2-、O2+、O*、O2*等随时间增长浓度变化相对较小,但最终都达到一定的平衡状态.     

基于格子Boltzmann方法的空泡溃灭过程模拟

针对自由边界的三维空泡溃灭问题,以格子Boltzmann方法为流场核心求解器,结合伪势多相流模型与Carnahan-Starling(C-S)状态方程,开展了定压边界条件下,不同温度、初始溃灭半径的三维空泡溃灭过程的模拟研究．通过模拟给出了空泡溃灭过程中流场的两相界面图,并定量分析了三维空泡溃灭时间随着半径变化的关系．结果表明：在定压强边界下,空泡的初始半径与总溃灭时间呈线性相关,且不同温度、不同初始半径的空泡溃灭具有相似的过程;相同温度条件下,空泡溃灭速度随时间不断增加,空泡初始半径越大,空泡溃灭速率最大值出现的时间越晚;对于相同半径条件下,温度比越大,空泡溃灭最大速率出现的时间越晚．     

DQ200及E230系列环氧树脂体系的灌注工艺性能测试及对比

使用2种不同环氧树脂体系以及同厂家、同型号玻璃纤维织物,通过真空灌注工艺模拟风力发电叶片叶根结构制备样件,分别测试不同种环氧树脂材料体系在同种纤维材料体系玻璃钢复合材料样件灌注过程中的工艺性能差异。结果表明,树脂初始灌注温度越高,其灌注速度越快;E230和DQ200体系灌注树脂均满足工艺要求,E230体系灌注树脂无论在预固化和后固化过程中均比DQ200体系放热温度略低,后固化放热时间更晚,表明E230体系灌注树脂不再具有后固化集中放热的问题。     

5284树脂流变特性研究

研究了Resin Transfer Molding（RTM）专用5284树脂体系的流变特性,并根据阿累尼乌斯方程建立了5284树脂体系的化学流变模型,有效预测了该树脂体系在不同工艺下的粘度行为,揭示了树脂体系的优化工艺参数和低粘度平台工艺窗口,为RTM的顺利实施及工艺参数的准确制定奠定了科学依据.     

三维编织炭纤维增强环氧树脂复合材料的吸湿特性

为了研究三维编织复合材料的吸湿行为,利用树脂传递模塑（RTM）工艺制备了三维编织炭纤维增强环氧树脂（C3D／EP）复合材料．通过吸水实验,研究了该材料的吸湿规律、温度对吸湿的影响以及吸湿过程中复合材料力争陛能的变化．结果表明：C3D／EP复合材料吸湿初期符合Fick扩散定律,但整个吸湿行为可用Sigmoidal曲线来描述;温度可加速C3D/EP复合材料的吸湿速率,并使平衡吸湿量提高;在吸湿过程中,C3D／EP复合材料的弯曲强度随吸湿时间的延长而下降,先快后慢,与吸湿曲线相对应,而且温度越高,下降越明显,表明吸湿量的大小决定了力学性能的降低程度．     

纳米TiO2对环氧树脂表面施胶剂的增韧效果

以超声波法将不同比例的纳米TiO2分散在环氧树脂乳液中,增韧环氧树脂表面施胶剂,提高环氧树脂表面施胶剂的韧性和机械强度。研究了影响纳米TiO2在环氧树脂乳液中均匀分散的因素,并对改性后环氧树脂涂膜进行检测。结果表明改性环氧树脂的条件为:超声时间30 min、环氧树脂温度50℃、超声功率100%、环氧树脂质量分数60%、纳米TiO2添加量3%。此条件下改性环氧树脂乳液粒径为1.69μm,改性环氧树脂的不透明度、储能模量与损耗因子明显提高,玻璃化温度略有降低。将改性环氧树脂用于表面施胶,纸张纵向抗张强度、表面结合强度、耐折度有明显提高,挺度略有下降。     

纳米碳酸钙作为环氧树脂增韧材料的研究

文中研究了纳米碳酸钙作为增韧填料对环氧树脂力学性能的影响。纳米碳酸钙经表面处理后，填充到环氧树脂体系中，使环氧树脂拉伸强度提高39%、弯曲弹性模量增大52.9%、冲击强度提高68.6%。冲击断面SEM照片分析结果表明，改性纳米碳酸钙在环氧树脂中能够均匀分散，并在纳米碳酸钙和其周围的基体界面相出现大量的银纹，从而提高了复合材料的抗冲击强度。     

改性环氧丙烯酸树脂的制备

为提高环氧丙烯酸树脂的光固化性能，采用顺丁烯二酸酐对环氧丙烯酸树脂进行改性，作为光固化涂料的预聚体，结果表明这种改性后的环氧丙烯酸酯比传统酯化反应制备的环氧丙烯酸酯有双键含量大和光同化速率优越的特点，着重讨论了环氧丙烯酸酯树脂的合成工艺，以及树脂合成中反应温度、催化剂和阻聚剂的选择，研究了酸值在实验过程中的变化．     

建筑用聚酰胺树脂改性E-51环氧树脂胶黏剂的性能研究

为详细分析建筑用聚酰胺树脂改性E-51环氧树脂胶黏剂的性能,提出建筑用聚酰胺树脂改性E-51环氧树脂胶黏剂的性能研究方法,从不同聚酰胺树脂含量、不同预聚体配比与含量两个角度,测试建筑用聚酰胺树脂改性E-51环氧树脂胶黏剂使用在建筑材料中的使用性能.测试结果显示:聚酰胺树脂含量为10 g,黏度将提升至100000 mPa·s,对改性E-51环氧树脂胶黏剂的工艺性存在负面影响;聚酰胺含量增多,改性E-51环氧树脂胶黏剂拉伸强度、压缩强度逐渐变小,剪切强度值逐渐变大;将二乙烯三胺和聚酰胺按照6.6:1.1比例混合后,改性E-51环氧树脂胶黏剂使用性能最佳;制作预聚体时,OH:NCO的最佳比例为1:3,预聚体含量为35 g时,建筑用聚酰胺树脂改性E-51环氧树脂胶黏剂剪切强度最高、胶黏剂力学性能最佳.     

RTM模具材料的传热特性对制件性能的影响

通过对不同模具材料模塑的制件试样进行残余固化度和拉伸强度的测定，分析了ＲＴＭ模具材料的传热特性对制件性能的影响。     

硝化聚酰亚胺／多官能团环氧树脂的相容性及断裂行为

研究了聚酰亚胺的硝化反应，并用ＮＭＲ、红外光谱、元素分析和粘度测定对硝化聚酰亚胺进行表征．将硝化聚酰亚胺与多官能团环氧树脂共混，通过ＳＥＭ、ＤＭＴＡ和三点弯曲试验分析共混物的相容性和断裂行为，结果显示了硝化聚酰亚胺与环氧树脂相容性良好，可作为聚酰亚胺／环氧树脂共混体系的增容剂．但是，纯硝化聚酰亚胺则不能有效地提高环氧树脂临界应力强度因子（ＫＩＣ）和临界应变能释放速率（ＧＩＣ）．     

环氧树脂乳液泡沫制备及固砂性能研究

为了克服化学防砂中存在的缺陷,改善其应用效果,开展了环氧树脂乳液泡沫固砂性能的研究.以环氧树脂、自制乳化剂为原料,采用相反转法,合成了具有较低黏度的环氧树脂水乳液.将合成的乳液稀释与起泡剂、稳泡剂混合搅拌可得到稳定性良好的泡沫.实验表明,在室温下质量分数50%乳液中,当起泡剂与稳定剂用量分别为乳液质量的0.4%、3.0%时,起泡体积倍数大于4,半衰期可达到29 h以上.通过室内模拟固砂实验发现,采用环氧树脂乳化泡沫固砂,所固结岩心强度高,渗透性好,抗压强度可达5 MPa,可以为非均质油藏或水平井的防砂提供一种有效的手段.