碳纖維三維編織預制體滲透特性實驗研究

周勝兵,姜又強,寧慧銘*,胡 寧, ,劉 強

(1.重慶大學 航空航天學院,重慶 400044;2.河北工業大學 機械工程學院;電工裝備可靠性與智能化國家重點實驗室,天津 300130;3.中航工業集團復合材料技術中心,北京 101300)

相較于單向和層合結構的纖維增強復合材料,三維編織工藝制備的預制體的整體性能得到了極大的提高,同時具有良好的抗沖擊性[1-2]。三維編織工藝可直接編織成結構件所需形狀,避免后續加工,可為工程上制備復雜形狀結構件的難點問題提供解決方案。三維編織工藝又具有良好的可設計性,可以編織多種規則形狀的預制體,也可以設計出不規則形狀的預制體[3-4]。

樹脂傳遞模塑成型(RTM)技術制造三維編織復合材料是先進復合材料應用的重要方法之一[5],其中,樹脂浸潤過程的控制是RTM 技術的關鍵,該過程多為樹脂在碳纖維預制體中滲透流動的復雜過程,影響流動過程的因素眾多,如控制不當,容易產生一些成型缺陷,如干斑、空隙等,從而影響產品的質量。為了解決這一系列難題,針對浸潤過程的預測研究逐漸成為航空等眾多領域的熱點,而滲透率是預制體的固有屬性,它可以描述樹脂在預制體中流動的難易程度[6]。

實驗測量仍然是確定滲透率的最可靠方法。面內滲透率通常采用徑向法獲得[7]。在徑向流動實驗中,樹脂通過中心注射孔注入到預先放置了預制體的模具中,充模過程中的流動前沿呈圓形或橢圓形[8-9]。ADAMS等[10]和CHAN 等[11]最先嘗試了徑向法實驗,研究了空隙結構、織物類型、纖維取向和壓縮對織物滲透率的影響,并提出了一種簡單的方法,用于根據實驗中流動前沿與時間的數據計算各向異性織物面內滲透率。……