樹脂基復合材料制造工藝
關(guān)注創(chuàng)建者：匿名 創(chuàng)建時間：2016-03-11
樹脂基復合材料制造工藝的視頻教程
ABAQUS-復合材料工程應用案例五-芳綸纖維增強樹脂基復合材料鉆削損傷失效模擬
本案例詳細講解了工程上常用的芳綸纖維增強樹脂基復合材料鉆削損傷失效模擬，重點講解了模型部件的建模處理方法，芳綸纖維樹脂基復合材料的材料本構(gòu)參數(shù)設(shè)置、網(wǎng)格劃分技巧以及如何去調(diào)試模型的收斂性，在結(jié)果后處理中講解了模型的載荷、速度和加速度以及能量的轉(zhuǎn)化如何去分析，附件里提供模型源文件。
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ABAQUS-復合材料工程應用案例四-芳綸纖維增強樹脂基復合材料切削損傷失效模擬
本案例詳細講解了工程上常用的芳綸纖維增強樹脂基復合材料切削損傷失效模擬，重點講解了模型部件的建模處理方法，芳綸纖維樹脂基復合材料的材料本構(gòu)參數(shù)設(shè)置、網(wǎng)格劃分技巧以及如何去調(diào)試模型的收斂性，在結(jié)果后處理中講解了模型的載荷、速度和加速度以及能量的轉(zhuǎn)化如何去分析，附件里提供模型源文件。
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樹脂基復合材料制造工藝的實例教程
用玻璃纖維增強熱塑性樹脂，提高了力學性能和熱變形溫度，降低了線脹系數(shù)，提高了耐疲勞和抗蠕變性能，同時改善了電性能。蘇州挪恩復合材料有限公司對比了尼龍66、聚苯乙烯、聚碳酸酯、苯乙烯-丙烯腈共聚物增強前后的性能，從實驗結(jié)果看各方面性能都有顯著提高。
（碳纖維復合材料汽車板簧）
目前已有多種熱塑性樹脂用來作復合材料的基體，研制成功的熱塑性復合材料有纖維增強尼龍、聚丙烯、聚乙烯、聚碳酸酯和聚氯乙烯等，一般應用在要求輕質(zhì)、高強度、耐腐蝕的機械零件中，如航空機械、機車車輛、汽車、紡織機械、造船、建筑和電氣等領(lǐng)域。用碳纖維等高級增強材料代替玻璃纖維，可得到各種性能更好的復合材料，如結(jié)構(gòu)材料、耐沖擊材料、耐磨、阻尼減振材料等。
這種材料的優(yōu)點還和熱塑性塑料一樣具有重復使用性和二次加工性，其廢舊制品和加工中的邊腳料經(jīng)過適當處理可以循環(huán)利用，該材料的制品可以采用熔融焊接方法連接，采用高溫高壓成型和冷卻成型，工藝周期較短、能耗低、生產(chǎn)效率高，熱塑性復合材料原料來源充足，價格低廉，易加工，熱塑性復合材料半成品（粒、片料）幾乎沒有貯存期限制。
熱塑性樹脂基復合材料工藝特性與熱塑性樹脂基基本相似，添加纖維增強材料后，其工藝性能略有變化，這與樹脂自身結(jié)構(gòu)有密切的聯(lián)系。熱塑性樹脂基在成型加工過程中在剪切速率、溫度、壓力下變?yōu)檎沉鲬B(tài)，其流變性是決定樹脂體系加工性能的主要標志。
纖維含量、纖維長度、纖維取向?qū)Τ尚?em>工藝也會造成影響。蘇州挪恩復合材料有限公司實驗人員分析了實驗測試數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)隨著纖維含量的增加，樹脂的粘度增加，流動性降低。在熱塑性復合材料中，玻璃纖維含量一般在20%-40%（質(zhì)量分數(shù)），既有顯著增強效果，又能保證制品成型。過多的纖維含量會使纖維磨損嚴重，增強性能降低，物料成型性惡化，且對設(shè)備磨損加劇。
展開 樹脂基復合材料在國外民用航空發(fā)動機的應用狀況
近些年美國通用電氣公司(USA, general electric company, GE或通用電氣)、美國普拉特·惠特尼公司(USA, pratt & whitney group, P&W或普·惠)、英國羅爾斯·羅伊斯公司(UK, rolls-royce group, R·R或羅·羅)等在樹脂基復合材料發(fā)動機部件應用方面取得了較大進展。以普·惠公司為例，1970年首先在JT9D發(fā)動機上使用玻璃纖維/環(huán)氧樹脂復合材料制備了風扇整流錐。為了進一步減重，1981年采用芳綸纖維/環(huán)氧樹脂復合材料制備了JT9D-TR4發(fā)動機整流錐。之后樹脂基復合材料被大量應用于普·惠發(fā)動機上，如PW4084發(fā)動機樹脂傳遞模塑工藝(resin transfer moulding, RTM)制備的碳纖維/環(huán)氧樹脂風扇葉片墊塊、PW4168發(fā)動機雙馬樹脂復合材料整流罩和碳纖維/環(huán)氧樹脂復合材料反推力裝置等短艙部件。圖1中列出了目前國外民用渦扇發(fā)動機樹脂基復合材料應用部位、材料體系及制備工藝。圖中1~12依次為渦扇發(fā)動機電控單元匣、進氣道消聲襯板、風扇葉片、進氣整流錐、進氣整流罩、發(fā)動機檢視門、反推力裝置、壓氣機整流罩、外涵道、出口導流葉片、風扇機匣、發(fā)動機短艙等部件。以下將對國外民用航空發(fā)動機典型樹脂基復合材料部件應用發(fā)展狀況進行詳細分析。
1 風扇葉片
20世紀七十年代，羅·羅公司最早嘗試將碳纖維樹脂基復合材料應用于RB211發(fā)動機風扇葉片。
展開 樹脂基復合材料因其比強度比剛度高，可設(shè)計性好，阻尼減振性能優(yōu)異，易于整體化成型等優(yōu)點已成為新型航空發(fā)動機重要的結(jié)構(gòu)材料。本文選取風扇葉片，包容機匣，聲襯和襯套等典型航空發(fā)動機部件，,介紹了樹脂基復合材料在國外民用航空發(fā)動機的應用狀況。之后論述了樹脂基復合材料在航空發(fā)動機結(jié)構(gòu)優(yōu)化，經(jīng)濟性，環(huán)保性等方面的優(yōu)勢?；谖⒓{材料混雜技術(shù)，3D打印技術(shù)和超材料技術(shù)分析了航空發(fā)動機樹脂基復合材料發(fā)展的新趨勢。最后從"設(shè)計-材料-工藝-評價"角度就未來樹脂基復合材料在我國民用航空發(fā)動機應用發(fā)展提出了一些思考。
近些年美國通用電氣公司(USA, general electric company, GE或通用電氣)、美國普拉特·惠特尼公司(USA, pratt & whitney group, P&W或普·惠)、英國羅爾斯·羅伊斯公司(UK, rolls-royce group, R·R或羅·羅)等在樹脂基復合材料發(fā)動機部件應用方面取得了較大進展。以普·惠公司為例，1970年首先在JT9D發(fā)動機上使用玻璃纖維/環(huán)氧樹脂復合材料制備了風扇整流錐。為了進一步減重，1981年采用芳綸纖維/環(huán)氧樹脂復合材料制備了JT9D-TR4發(fā)動機整流錐。之后樹脂基復合材料被大量應用于普·惠發(fā)動機上，如PW4084發(fā)動機樹脂傳遞模塑工藝(resin transfer moulding, RTM)制備的碳纖維/環(huán)氧樹脂風扇葉片墊塊、PW4168發(fā)動機雙馬樹脂復合材料整流罩和碳纖維/環(huán)氧樹脂復合材料反推力裝置等短艙部件。圖1中列出了目前國外民用渦扇發(fā)動機樹脂基復合材料應用部位、材料體系及制備工藝。
展開 美國先進復合材料創(chuàng)新制造研究所（IACMI）官網(wǎng)消息3月9日稱，將聯(lián)合亞什蘭、卓爾泰克、麥可門等企業(yè)，密歇根州立大學、Dayton大學等高等院校，以及美國能源部啟動新的科研項目。該項目旨在通過優(yōu)化乙烯基樹脂和纖維上漿劑的性能，開發(fā)高性能的碳纖維復合材料。
此項目中，來自密歇根州立大學和Dayton大學的研究人員將利用亞什蘭提供的乙烯基樹脂、麥可門提供的上漿劑和卓爾泰克提供的碳纖維，先生產(chǎn)預浸料而后通過模壓工藝生產(chǎn)復合材料部件。通過上述三家公司提供的原材料生產(chǎn)的碳纖維預浸料，不含苯乙烯，可以在室溫條件下儲存至少三個月，固化時間小于3分鐘?！氨卷椖考狭?em>樹脂、上漿劑和碳纖維三個領(lǐng)域的專業(yè)領(lǐng)先公司，對預浸料系統(tǒng)進行了性能優(yōu)化?！眮喪蔡m創(chuàng)新技術(shù)經(jīng)理Joe Fox表示說，“同時還借助了密歇根州立大學和Dayton大學雄厚的科研力量?！?“該項目將為汽車工業(yè)的輕量化目標提供新的解決思路。一旦復合材料汽車部件的生產(chǎn)成本得以降低，對于復合材料在汽車行業(yè)的應用將是重要的利好消息?！盜ACMI總裁Bryan G.Dods表示說。
該項目的成功將刺激乙烯基樹脂-碳纖維復合材料在汽車領(lǐng)域的應用，其成本較低、產(chǎn)量高、固化時間短，產(chǎn)生廢料少，并且無苯乙烯排放，是一種安全環(huán)保的新技術(shù)，預計將撬動來自汽車領(lǐng)域價值數(shù)十億美元的市場需求。
大理石表面涂層樹脂https://www.hongyantu.com/index.php?r=landing/index&id=nmsz
展開 直到不久前,樹脂膜滲法（resin film infusion—縮寫為RFI）還未獲得廣泛應用。但現(xiàn)在已有跡象表明，這種方法已加入到復合材料成型技術(shù)的主流之中，它已在汽車、船舶、航空航天等領(lǐng)域獲得商業(yè)應用。
成型原理
RFI成型工藝明智而簡單。它基于如下設(shè)計理念：
如果把樹脂施加到干纖維鋪層或預制體的一側(cè)，然后使其滲透整個材料厚度到達另一側(cè)，那么，為了獲得快速而完全的浸透，樹脂通過纖維的路程就必須很短。工藝工程師們通過研究發(fā)現(xiàn)，如果采用樹脂薄膜為原料，加熱使其熔化，并使用真空或壓力助其滲透纖維，就可達到上述目的。于是就產(chǎn)生了 RFl工藝。
工藝過科簡介
把經(jīng)過預先催化的樹脂膜片放入模具內(nèi)，在其上面覆以干的增強材料。用密封定位的真空袋封閉模腔。然后用一烘箱加熱，熔化樹脂。樹脂在真空作用下滲透纖維層后固化。對疊得較厚的布層，可在于布層間插入附有分離統(tǒng)的半硬樹脂膜。這種方法還較靈活，不僅限于使用真空袋，還可使用壓力袋甚至對模。在要求較高纖維含量和固化度的場合，亦可使用熱壓罐代替供箱。
優(yōu)點
RFI工藝與現(xiàn)有的成型技術(shù)相比具有顯著的優(yōu)點。在樹脂傳遞模塑（RTM）或真空輔助樹脂傳遞模塑（VARTM）工藝中，液態(tài)樹脂通過推壓或抽吸方式通過模具內(nèi)的纖維預制體，形成最終制件形狀。這些方法使樹脂經(jīng)歷較長的有時甚至較復雜的路徑。為了保證前部樹脂均勻推進，不留孔隙或干區(qū)，需要仔細的工藝設(shè)計和細節(jié)考慮。廢品率可能較高（至少在初期如此）。這些方法需要使用對模，使制模費用增高。成型廠商必須配混樹脂，加入適量的固化劑和催化劑，用量須與纖維和模具類型相適。如果不能保持一致，則會導致產(chǎn)品質(zhì)量不均。
RFI工藝克服了這些缺點。加熱和用真空（或壓力）幫助樹脂滲透連續(xù)的纖維預制體使得樹脂分布均勻，制品成型周期短。
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樹脂基復合材料制造工藝的最新內(nèi)容
近年來，隨著微電子技術(shù)和第三代半導體技術(shù)的進步，現(xiàn)代電子器件正朝著高度集成化、多功能化和高功率化的方向發(fā)展
樹脂基復合材料因其比強度比剛度高，可設(shè)計性好，阻尼減振性能優(yōu)異，易于整體化成型等優(yōu)點已成為新型航空發(fā)動機重要的結(jié)構(gòu)材料。本文選取風扇葉片，包容機匣，聲襯和襯套等典型航空發(fā)動機部件，,介紹了樹脂基復合材料在國外民用航空發(fā)動機的應用狀況。之后論述了樹脂基復合材料在航空發(fā)動機結(jié)構(gòu)優(yōu)化，經(jīng)濟性，環(huán)保性等方面的優(yōu)勢?；谖⒓{材料混雜技術(shù)，3D打印技術(shù)和超材料技術(shù)分析了航空發(fā)動機樹脂基復合材料發(fā)展的新趨勢
來源 | Journal of Materials Research and Technology
01
背景介紹
近年來，隨著微電子技術(shù)和第三代半導體技術(shù)的進步，現(xiàn)代電子器件正朝著高度集成化、多功能化和高功率化的方向發(fā)展。然而，這種發(fā)展也帶來了一個嚴重的問題，即器件發(fā)熱量的急劇增加。這個問題直接影響到電子器件的工作穩(wěn)定性
樹脂基復合材料在國外民用航空發(fā)動機的應用狀況
近些年美國通用電氣公司(USA, general electric company
一。背景介紹
熱固性樹脂基復合材料在制件成型過程中會產(chǎn)生殘余應力，引起固化變形，從而增加裝配和制造的難度，因此，合理預測預制件固化過程中的殘余應力的發(fā)展具有重要意義。
早期的研究主要集中于彈性理論來研究復材的固化成型，現(xiàn)今，越來越多的文獻考慮了樹脂的固化放熱以及材料的各向異性等因素的影響，發(fā)展了基于粘彈性模型的數(shù)值仿真計算方法，證明了粘彈性的結(jié)果固化變形量小于線彈性的結(jié)果，且樹脂含量越高的復材
麻省理工學院媒體實驗室Mediated Matter Group的研究人員創(chuàng)建了Aguahoja，這是一系列天然文物，采用數(shù)字化設(shè)計，并通過樹木，昆蟲外骨骼，蘋果和骨骼中的分子成分進行機器人制作。它使用自然生態(tài)系統(tǒng)作為材料生產(chǎn)過程的靈感，不會產(chǎn)生浪費。纖維素，殼聚糖，果膠和碳酸鈣結(jié)合并以高空間分辨率與材料可調(diào)性復合
西班牙工業(yè)集團 MTorres 為制造復合材料整體筒機身研發(fā)一種新工藝。不用典型芯模，不用金屬緊固件。
“控制環(huán)”代替工裝和長桁
“控制環(huán)
據(jù)外媒報道，創(chuàng)新英國(Innovate UK)的“Make it Lighter with Less”(用更少材料實現(xiàn)更輕)項目研發(fā)競賽發(fā)現(xiàn)，尋求顯著提高電機效率和性能的工程師可以從鋁基復合材料(AMC)中受益。
金屬基復合材料是采用高性能輔助材料增強的金屬材料。一般來說，輔助材料的形式是長纖維、短纖維或顆粒狀。
該項目由英國鋁基復合材料專家Alvant公司與通用航空公司(GE Aviation
三維編織復合材料是利用紡織技術(shù)，通過編織形成干態(tài)預成形件，將干態(tài)預成形件作為增強體，采用樹脂傳遞模塑工藝（RTM）或樹脂膜滲透工藝（RFI），進行浸膠固化，直接形成復合材料結(jié)構(gòu)。作為一種先進的復合材料，已成為航空、航天領(lǐng)域的重要結(jié)構(gòu)材料, 并在汽車、船舶、建筑領(lǐng)域及體育用品和醫(yī)療器械等方面得到了廣泛應用。傳統(tǒng)復合材料經(jīng)典層合板理論已無法滿足其力學性能分析，國內(nèi)外學者建立了新的理論和分析方法。
英國Prodrive Composites公司近日宣布其開發(fā)了一種制造可回收復合材料部件的工藝，在不損失原始部件性能的同時，可以滿足未來新部件的使用壽命要求。公司將該工藝命名為P2T（初級到三級），不僅簡化了回收流程，而且使得復合材料擁有滿足三個或更多使用壽命周期的潛力。
P2T復合材料在制造過程中不需要熱量或壓力，這意味著不需要高壓釜，成本降低，無需大量投資即可擴大生產(chǎn)規(guī)模。該工藝方法的基礎(chǔ)是使用反應性熱塑性樹脂代替更常見的熱固性樹脂
