多区间热压对拉挤制件成型质量的影响

作     者：王宇 

作者单位：南京航空航天大学 

学位级别：硕士

导师姓名：齐俊伟

授予年度：2019年

学科分类：08[工学] 082503[工学-航空宇航制造工程] 0825[工学-航空宇航科学与技术] 

主      题：复合材料 多区间 先进拉挤 固化工艺 力学性能 孔隙率 

摘      要：现代航空构件中广泛采用桁条加强的加筋壁板结构,筋条这类具有固定截面形状的型材多采用热压罐成型和先进拉挤成型,热压罐成型是复合材料固化成型的标准工艺,但制件长度受到罐体尺寸的限制,模具成本也较高。先进拉挤成型技术以预浸料为原材料,通过不同铺层组合实现制件的力学性能可设计性,在控制生产成本及灵活性方面具有独特的优势,本课题选用X850预浸料进行研究,分析其典型热压罐成型工艺和先进拉挤成型工艺的区别,研究多区间温度制度,压力制度对先进拉挤制件成型质量的影响趋势,制定固化过程中各区间工艺参数。(1)对X850预浸料进行固化动力学研究确定各区间工艺参数,预成型区间在110℃下保温30min,预处理区间温度设定为160℃,固化区间温度设定为180℃,为了抑制孔隙的形成与长大,预处理区间压力设定为0.3MPa,固化区间压力取值范围为0.6MPa-1MPa,通过减少预处理区间树脂的流动性消除了步进纹缺陷,具体工艺条件为预处理区间160℃保温30min。(2)以拉挤制件表面和内部成型质量为表征优选了正交试验中的最优方案,该方案所得制件弯曲强度为968.52MPa,弯曲模量为65.58GPa,层间剪切强度为45.18MPa,孔隙率为1.14%,孔隙主要存在于层间的富树脂区域,随着压力和加压时机的改变其形状、尺寸、含量均有所改变,层间孔隙的存在导致了拉挤制件综合力学性能的下降。(3)玻璃化转变温度T与后固化温度和保温时间之间具有定量关系,后固化处理使拉挤制件的力学性能明显提升,但后固化温度超过玻璃化转变温度后力学性能随之下降,综合分析确定了200℃保持70min的后固化工艺制度。(4)对预成型区间至固化区间的工艺制度进行重新分配,设计了三种试验方案,测试结果显示固化阶段对拉挤制件的弯曲强度影响比较大,压力和加压时机对拉挤制件层间剪切强度影响比较大,通过张力控制系统改善了制件表面的褶皱缺陷,确定了拉挤成型的总体工艺参数并制得总体成型质量较优的制件。