熱壓罐固化成型
關注創建者：匿名 創建時間：2016-03-11
熱壓罐固化成型的實例教程
摘要：
針對熱壓罐成型過程中模具型面溫度分布不均的情況，基于XFlow軟件建立了一種熱壓罐成型過程的溫度場模擬方法。區別于當前基于網格的流體力學軟件，XFlow采用基于粒子的格子玻爾茲曼法，有效的縮短了前處理時間。使用XFlow軟件建立了框架式模具在熱壓罐中強迫對流換熱的有限元模型，計算結果與實驗結果平均相對誤差為1.83%，分析了成型過程中模具型面溫度分布不均的原因，討論了熱壓罐工藝參數對模具溫度場的影響規律。結果表明：增大風速、減小升降溫速率均可以有效的降低模具型面溫度標準差。
關鍵詞：熱壓罐工藝，溫度場，XFlow
當前飛機制造過程中，復合材料有著一些其它材料不可替代的優點，如耐高溫、抗疲勞、耐腐蝕，并以其高比強度、高比剛度在飛機結構件中占據越來越大的比例。隨著復合材料使用量的增加及大型復雜結構件的精度要求的提高，復合材料構件的制造精度要求也越來越嚴苛。對于應用在飛機上的高品質復合材料構件，應用最廣泛的制造工藝為熱壓罐工藝[1]。
在熱壓罐成型工藝中，模具工裝型面的溫度場分布是影響制件質量的關鍵因素之一。成型過程中模具表面溫度分布不均會導致制件內部存在溫度梯度，以至于制件固化不同步、在結構內部產生殘余應力和殘余應變，最終會造成制件出現內部缺陷、發生初始破壞，嚴重時會影響制件的質量和使用壽命[2~4]。因此分析和研究熱壓罐成型過程時與復合材料構件接觸的表面的溫度分布特點對改善復合材料構件最終的成型質量具有重要意義。
展開 袋壓法、熱壓罐法、液壓釜法和熱膨脹模塑法統稱為低壓成型工藝。其成型過程是用手工鋪疊方式，將增強材料和樹脂（含預浸材料）按設計方向和順序逐層鋪放到模具上，達到規定厚度后，經加壓、加熱、固化、脫模、修整而獲得制品。四種方法與手糊成型工藝的區別僅在于加壓固化這道工序。因此，它們只是手糊成型工藝的改進，是為了提高制品的密實度和層間粘接強度。
以高強度玻璃纖維、碳纖維、硼纖維、芳綸纖維和環氧樹脂為原材料，用低壓成型方法制造的高性能復合材料制品，已廣泛用于飛機、導彈、衛星和航天飛機。如飛機艙門、整流罩、機載雷達罩，支架、機翼、尾翼、隔板、壁板及隱形飛機等。
（1）袋壓法
袋壓成型是將手糊成型的未固化制品，通過橡膠袋或其它彈性材料向其施加氣體或液體壓力，使制品在壓力下密實，固化。
袋壓成型法的優點是：①產品兩面光滑；②能適應聚酯、環氧和酚醛樹脂；③產品性能比手糊高。
袋壓成型分壓力袋法和真空袋法2種：
①壓力袋法
壓力袋法是將手糊成型未固化的制品放入一橡膠袋，固定好蓋板，然后通入壓縮空氣或蒸汽（0.25～0.5MPa），使制品在熱壓條件下固化。
②真空袋法
此法是將手糊成型未固化的制品，加蓋一層橡膠膜，制品處于橡膠膜和模具之間，密封周邊，抽真空（0.05～0.07MPa），使制品中的氣泡和揮發物排除。真空袋成型法由于真空壓力較小，故此法僅用于聚酯和環氧復合材料制品的濕法成型。
（2）熱壓釜和液壓釜法
熱壓釜和液壓釜法都是在金屬容器內，通過壓縮氣體或液體對未固化的手糊制品加熱、加壓，使其固化成型的一種工藝。
熱壓釜法
熱壓釜是一個臥式金屬壓力容器，未固化的手糊制品，加上密封膠袋，抽真空，然后連同模具用小車推進熱壓釜內，通入蒸汽（壓力為1.5～2.5MPa），并抽真空，對制品加壓、加熱，排出氣泡，使其在熱壓條件下固化。
展開 CFRP復合材料在固化成型過程中會受到外界溫度以及自身固化反應、性能演變等耦合因素影響，在材料內部產生非均勻殘余應力，進而影響復合材料結構的后續服役行為。為了解決這一問題，西北工業大學Hui Xinyu，Xu Yingjie，Zhang Weihong及其團隊在《Composite Structures》上發表了一篇題為“An integrated modeling of the curing process and transverse tensile damage of unidirectional CFRP composites”的文章，通過多尺度建模方法研究了固化過程中形成的細觀殘余應力及其對復合材料加載損傷行為的影響。
內容簡介
一、復合材料試件制備
用于研究的復合材料試件由單向T800/AC531預浸料通過熱壓罐固化成型，圖1為成型溫度及壓力曲線。
圖1 T800/AC531復合材料成型溫度及壓力曲線
二、理論建模
2.1 固化殘余應力多尺度建模
圖2 固化殘余應力多尺度建?？蚣?為了求解固化過程中復合材料內部殘余應力，本研究首先通過試驗測定了復合材料的固化反應和傳熱性能，包括固化相關的導熱系數、比熱和玻璃化轉變溫度。
展開 而預浸料的粘度和鋪復性、可修復性，對固化過程中樹脂的流變特性、流出量等能夠構成十分重要的影響。
什么是預浸料
預浸料一般由樹脂基體浸漬連續增強纖維制成， 可在常溫下加工，例如鋪貼成坯件，然后在熱壓罐中固化成型制備復合材料制件?；w樹脂是決定預浸料性能優劣的關鍵因素。環氧樹脂具有較好的耐熱性、良好的力學性能以及優異的工藝性，多年以來，一直是先進復合材料領域普遍采用的樹脂基體。
預浸料的作用
預浸料是制備復合材料的中間基材, 其質量直接影響到復合材料構件的質量，其基本要求主要是：預浸料的性能必須符合成型工藝的要求，如預聚程度、凝膠時間、鋪覆性、固化性能等；
存放過程中樹脂的流出量、黏性、可修復性等應滿足工藝操作要求?；w樹脂是預浸料中重要的組成部分，適當的基體樹脂及其相應的固化體系在很大程度上決定了預浸料的最終性能，環氧樹脂的結構、相對分子質量和官能度對其固化產物的性能有很大影響。芳胺類固化劑固化體系的熱變形溫度高，而且常溫下與環氧樹脂反應活性低，能夠配成儲存穩定的預浸體系。
由于環氧樹脂與芳胺直接共混時兩者混合不均勻，從而導致反應不均勻，從固化產物形態看，存在著嚴重的分層現象，部分芳胺沉淀在澆鑄體的底層不能參加反應，導致環氧樹脂與芳胺反應不完全，影響基體樹脂的性能。
預浸料的制備方法
預浸料的制備方法有干法和濕法2種。干法又有粉末法和熱熔樹脂法(后者又稱熱熔法)之分。粉末預浸料是指樹脂粉末附著于纖維上,經過部分熔化,形成樹脂不連續,纖維未被樹脂充分浸透的一種復合物。比較由干法預浸料和濕法預浸料制成的復合材料，一般前者外觀更好，材料內樹脂含量的控制精度更高 。
展開 而預浸料的粘度和鋪復性、可修復性，對固化過程中樹脂的流變特性、流出量等能夠構成十分重要的影響。
什么是預浸料
預浸料一般由樹脂基體浸漬連續增強纖維制成， 可在常溫下加工，例如鋪貼成坯件，然后在熱壓罐中固化成型制備復合材料制件?；w樹脂是決定預浸料性能優劣的關鍵因素。環氧樹脂具有較好的耐熱性、良好的力學性能以及優異的工藝性，多年以來，一直是先進復合材料領域普遍采用的樹脂基體。
預浸料的作用
預浸料是制備復合材料的中間基材, 其質量直接影響到復合材料構件的質量，其基本要求主要是：預浸料的性能必須符合成型工藝的要求，如預聚程度、凝膠時間、鋪覆性、固化性能等；
存放過程中樹脂的流出量、黏性、可修復性等應滿足工藝操作要求?；w樹脂是預浸料中重要的組成部分，適當的基體樹脂及其相應的固化體系在很大程度上決定了預浸料的最終性能，環氧樹脂的結構、相對分子質量和官能度對其固化產物的性能有很大影響。芳胺類固化劑固化體系的熱變形溫度高，而且常溫下與環氧樹脂反應活性低，能夠配成儲存穩定的預浸體系。
由于環氧樹脂與芳胺直接共混時兩者混合不均勻，從而導致反應不均勻，從固化產物形態看，存在著嚴重的分層現象，部分芳胺沉淀在澆鑄體的底層不能參加反應，導致環氧樹脂與芳胺反應不完全，影響基體樹脂的性能。
預浸料的制備方法
預浸料的制備方法有干法和濕法2種。干法又有粉末法和熱熔樹脂法(后者又稱熱熔法)之分。粉末預浸料是指樹脂粉末附著于纖維上,經過部分熔化,形成樹脂不連續,纖維未被樹脂充分浸透的一種復合物。比較由干法預浸料和濕法預浸料制成的復合材料，一般前者外觀更好，材料內樹脂含量的控制精度更高 。
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針對熱壓罐成型過程中模具型面溫度分布不均的情況，基于XFlow軟件建立了一種熱壓罐成型過程的溫度場模擬方法。區別于當前基于網格的流體力學軟件，XFlow采用基于粒子的格子玻爾茲曼法，有效的縮短了前處理時間。使用XFlow軟件建立了框架式模具在熱壓罐中強迫對流換熱的有限元模型，計算結果與實驗結果平均相對誤差為1.83%，分析了成型過程中模具型面溫度分布不均的原因，討論了熱壓罐工藝參數對模具溫度場的影響規律
內容簡介
一、復合材料試件制備
用于研究的復合材料試件由單向T800/AC531預浸料通過熱壓罐固化成型，圖1為成型溫度及壓力曲線。
袋壓法、熱壓罐法、液壓釜法和熱膨脹模塑法統稱為低壓成型工藝。其成型過程是用手工鋪疊方式，將增強材料和樹脂（含預浸材料）按設計方向和順序逐層鋪放到模具上，達到規定厚度后，經加壓、加熱、固化、脫模、修整而獲得制品。四種方法與手糊成型工藝的區別僅在于加壓固化這道工序。因此，它們只是手糊成型工藝的改進，是為了提高制品的密實度和層間粘接強度。
以高強度玻璃纖維、碳纖維、硼纖維、芳綸纖維和環氧樹脂為原材料
什么是預浸料
預浸料一般由樹脂基體浸漬連續增強纖維制成， 可在常溫下加工，例如鋪貼成坯件，然后在熱壓罐中固化成型制備復合材料制件?；w樹脂是決定預浸料性能優劣的關鍵因素。環氧樹脂具有較好的耐熱性、良好的力學性能以及優異的工藝性，多年以來，一直是先進復合材料領域普遍采用的樹脂基體。
什么是預浸料
預浸料一般由樹脂基體浸漬連續增強纖維制成， 可在常溫下加工，例如鋪貼成坯件，然后在熱壓罐中固化成型制備復合材料制件?；w樹脂是決定預浸料性能優劣的關鍵因素。環氧樹脂具有較好的耐熱性、良好的力學性能以及優異的工藝性，多年以來，一直是先進復合材料領域普遍采用的樹脂基體。
什么是預浸料
預浸料一般由樹脂基體浸漬連續增強纖維制成， 可在常溫下加工，例如鋪貼成坯件，然后在熱壓罐中固化成型制備復合材料制件?；w樹脂是決定預浸料性能優劣的關鍵因素。環氧樹脂具有較好的耐熱性、良好的力學性能以及優異的工藝性，多年以來，一直是先進復合材料領域普遍采用的樹脂基體。
