真空辅助树脂转移模塑VARTM技术综述 兼容模式.pdf

真空辅助树脂转移模塑（VARTM ）技术基础 综述与展望 张博明 北京航空航天大学 目录  概述  SCRIMP工艺  CAPRI工艺  VPA工艺  ET-VARTM工艺  结论与展望 主要信息来自University of Delaware-Center for Composite Materials (UD-CCM)的 报告：Overview of Vacuum-Assisted Resin Transfer Molding Processing， DOT/FAA/TC-12/35，2013年 优势与问题  模具，工装，大尺寸产品，低成本  工艺可重复性，尺寸公差，力学性能，低于预浸料热压罐制品  主导风能，船舶领域，面向航空主承力结构 必威体育精装版进展  技术进步与航空应用演示 VARTM的三种专利变化形式 ① the Seeman Composites Resin Infusion Molding Process (SCRIMP®),patent held by TPI Composites; ② the VAP, patent held by EADS; ③ Controlled Atmospheric Pressure Resin Infusion (CAPRI), patent held by The Boeing Company. Seeman Composites Resin Infusion Molding Process (SCRIMP®)  SCRIMP 工艺在预制体表面贴附高渗透率导流介质层，注入过程中树 脂快速通过预制体表面，同时在厚度方向渗透  控制树脂流向，提高注入速度，满足大尺寸制件的注入时间要求 Seeman Composites Resin Infusion Molding Process (SCRIMP®) 特点  预制体上表面树脂波前领先于模具表面，大厚度预制体更为显著  树脂注入时间与注入长度呈指数关系，因此大尺寸制件需采用分段注射，每一段的注射 管线按顺序和一定时间间隔打开和关闭，保障预制体在最短时间内完全浸润  由于真空负压作用，以及导流介质、预制体渗透率的各向异性，树脂流动呈复杂3D流动 行为 技术需求  深入把握树脂流动行为，指导模具工装设计，包括注入口、真空口布置以及相应的传感 器布设  建模计算流动参数，可以优化工艺设计变量，如分段间隔时间和注入总时间，注射口的 间距等，并且给出这些参数与导流介质和预制体渗透率、制件尺寸、树脂粘度的函数关 系 解析模型  树脂波前稳定，速度不变  Darcy’s law  归一化处理后求解方程组，给出流动波前形状，以及饱和浸润区域随 时间的扩展规律 试验平台  测试平台的主要功能是感知和控制关键的工艺参数  特别针对树脂流动波前监测和流动速度监测，同时精确控制真空负压 水平，研究注入浸润行为，验证工艺模型 The UD-CCM VARTM Test Bed 树脂流动过程测试结果  SmartWeave® 试验结果与模型预报的比较 工艺设计的要点  充模时间与充模距离成指数关系——采用多点注入  防止出现未浸润区域和干斑缺陷——底部波前到达时间预报，各注入 口布设及开关时间控制  厚度控制，纤维体积含量，纤维取向，孔隙率，力学性能  三维流动，复杂形状 CONTROLLED ATMOSPHERIC PRESSURE RESIN INFUSION （CAPRI工艺）  注入前，反复压实预制体  注入中，在树脂容器中施加部分真空负压，降低入出口之间的压差  减小厚度梯度，增加纤维体积含量，但是会显著增加充模时间 预制体的压实行为  试验装置与测试结果 压缩载荷控制，厚度测量 面内、面外渗透率测量 CAPRI工艺压实过程带来的特点  提高整体的纤维体积含量  减少预制体回弹，减少注入过程中预制体全压实部分与部分压实部分 的厚度差异  CAPRI工艺注入过程中降低树脂的压力，使已浸润预制体保持部分压