VARTM在风电外壳夹芯复合材料中的研究和应用

【摘要】： 近年来，先进树脂基复合材料以其优异的综合性能在风能、飞机、航空航天等高新技术领域已得到了大量的应用，这是因为复合材料具有诸多金属材料无法比拟的优点，如重量轻、可设计、耐腐蚀、有利于降低噪音污染等。 随着科学技术的发展，人们制造复合材料的技术和工艺也在不断发展进步，从起初的手糊工艺到现在的RTM、VARTM、SCRIMP、RFI等复合材料成型技术，人们在追求高性能的产品的同时也在开发新的复合材料成型技术。而本论文研究的是国外流行的真空辅助树脂传递模塑(VARTM)工艺，真空辅助树脂传递模塑(VARTM)技术就是一种先进的制造技术，它是属于新型的大型复合材料制件的低成本液体模塑成型技术，是RTM工艺的一种类型。它主要利用真空负压排出纤维中的气体及实现树脂对纤维的浸渍。与向手糊等工艺相比，其产品成型快、环保、低成本、性能好、高效率、机械性能好、低空隙等优点。 本课题主要研究的是夹芯复合材料的VARTM工艺在风力发电外壳的应用。课题首先在实验室进行模拟，小实验确定VARTM工艺，通过对不同的树脂的时间测试，比较不同树脂在夹芯复合材料中的流动渗透性，比较不同树脂纯玻璃纤维复合材料中的流动渗透性，比较树脂在不同夹芯结构中的流动渗透性，不断改进实验方案，最终确定工艺的铺层方法和树脂的选用，以及夹芯材料的结构，从而控制树脂在模具中的流动、充模和浸润的规律，以求各参数的恰当平衡，从而达到生产的目的。 同时在实验过程中，还对实验过程中的不同复合材料测试了其主要的性能，尤其是弯曲性能和压缩性能，在测试中结合声发射技术，比较分析了不同树脂的夹芯复合材料的弯曲性能和压缩性能，比较分析了不同树脂的玻璃纤维复合材料的弯曲性能，分析夹芯复合材料和纤维复合材料的破坏原理和破坏因素，然后反馈到试验中进行改进。 根据实验室对VARTM工艺的增强材料、树脂选择、铺层方式、夹芯结构的最终确定，以及性能的分析，最后在工厂成功完成风电外壳的制造。 【关键词】：真空辅助树脂传递模塑(VARTM) 树脂 夹芯复合材料 流动渗透性 弯曲性能 压缩性能 声发射
【学位授予单位】：东华大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2007
【分类号】：TQ327
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-12
• 第一章 真空辅助树脂传递模塑成型(VARTM)技术概论12-24
• 1.1 前言12
• 1.2 复合材料的制备技术12-16
• 1.2.1 手糊或湿法铺覆工艺13
• 1.2.2 真空袋压、真空成型和热压罐成型13
• 1.2.3 模压成型13-14
• 1.2.4 热压、冷压模塑成型14
• 1.2.5 注射模塑成型14-15
• 1.2.6 缠绕成型15
• 1.2.7 拉挤成型15-16
• 1.3 真空辅助树脂传递模塑成型(VARTM)历史16-17
• 1.4 真空辅助成型(VARTM)原理17-19
• 1.5 真空辅助成型(VARTM)发展状况19-20
• 1.5.1 国外情况19-20
• 1.5.2 国内情况20
• 1.6 应用领域20-23
• 1.6.1 飞机及航空航天制造业21-22
• 1.6.2 军用装备22
• 1.6.3 汽车行业22
• 1.6.4 船舶行业22-23
• 1.6.5 风力发电行业23
• 1.6.6 体育运动器材23
• 1.7 本章小结23-24
• 第二章 树脂体系24-29
• 2.1 对基体树脂的要求24
• 2.2 树脂类型24-26
• 2.2.1 不饱和聚酯树脂24-25
• 2.2.2 环氧树脂25
• 2.2.3 酚醛树脂25-26
• 2.3 引发剂体系26-27
• 2.3.1 固化剂26
• 2.3.2 复合引发剂26-27
• 2.3.3 阻聚剂27
• 2.4 填料和添加剂27-28
• 2.4.1 矿物填料27-28
• 2.4.2 低收缩添加剂28
• 2.5 本章小结28-29
• 第三章 增强材料29-37
• 3.1 引言29
• 3.2 纤维29-31
• 3.2.1 玻璃纤维29-30
• 3.2.2 碳纤维30
• 3.2.3 芳纶纤维30-31
• 3.3 纤维表面处理31
• 3.4 增强材料制品31-34
• 3.4.1 短切纤维毡(CSM)31-32
• 3.4.2 连续纤维随机毡(CFRM)32-33
• 3.4.3 无波纹织物33
• 3.4.4 表面毡33-34
• 3.5 芯材34-36
• 3.5.1 芯材的选择和应用35-36
• 3.6 本章小结36-37
• 第四章 真空辅助树脂注塑工艺及风电机罩工艺37-53
• 4.1 真空辅助树脂注塑工艺流程37-38
• 4.2 风电机罩模具的设计38-39
• 4.3 风力发电真空辅助树脂注塑工艺的选择39-50
• 4.3.1 树脂配方的选择40-42
• 4.3.2 试验准备42-43
• 4.3.3 铺层方式43-44
• 4.3.4 三种芯材孔道对树脂流动渗透性的影响44-45
• 4.3.5 树脂流动性45-48
• 4.3.6 树脂的浸润性48-50
• 4.4 本章小结50-53
• 第五章 性能测试以及数据分析53-75
• 5.1 前言53-54
• 5.2 拉伸性能54-56
• 5.3 弯曲性能56-69
• 5.3.1 声发射56-59
• 5.3.2 不同树脂玻纤复合材料的弯曲性能比较59-65
• 5.3.3 不同树脂的夹芯复合材料的弯曲性能比较65-68
• 5.3.4 小结68-69
• 5.4 压缩性能69-73
• 5.4.1 不同树脂的夹芯板材的压缩性能比较69-73
• 5.4.2 小结73
• 5.5 本章小结73-75
• 第六章 总结75-79
• 6.1 工艺应用75-77
• 6.2 本文结论与问题77-79
• 参考文献79-83
• 附录83-87
• 致谢87

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