真空辅助树脂浸润成型工艺研究及设备开发

发布时间：2017-08-07 11:07

  本文关键词：真空辅助树脂浸润成型工艺研究及设备开发

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【摘要】：真空辅助树脂浸润成型工艺(VARIM)作为一种制备热固性树脂基复合材料的加工工艺,因其工艺简单、成本低且灵活度高得到广泛应用。本课题以真空辅助树脂浸润成型工艺为研究对象,对薄制件和厚制件的加工工艺进行研究,开发全封闭式胶料配混装置。并在前期研究所得结果的基础上,完成真空辅助树脂浸润成型设备的开发。具体内容如下：(1)以薄制件为研究对象,从实验和数值模拟两方面对比研究真空辅助树脂浸润成型工艺中注胶口数量、注胶口位置和注胶口开启模式对制品填充时间和缺陷形成的影响,分析制件填充缺陷产生原因,从避免制件填充缺陷和缩短填充时间两方面,对薄制件的填充工艺进行改进和优化。(2)以厚制件为研究对象,从实验和模拟角度研究真空辅助树脂浸润成型工艺中注胶口数量和注胶口开启模式对填充时间、缺陷的形成及制件力学性能的影响,分析厚制件制备过程中缺陷产生的原因,对厚制件的填充工艺进行改进和优化。(3)开发全封闭式胶料配混装置。在确定胶料配混环节工艺过程后,利用数值模拟的方法对其核心部件——静态混合器的类型和叶片数量进行优选。并利用数字图像处理方法对在恒光强拍照装置上拍摄的配混物料照片进行数字图像处理,通过实验验证混合器叶片数量对混合性能的影响。(4)完成真空辅助树脂浸润成型装置的开发。在将真空辅助树脂浸润成型工艺分为预热、混料、浸润及固化成型等四个阶段的基础上,将成型装置划分为恒温工作台、封闭配料、真空动力和成型控制等四个系统。利用基于透射光线折射反射工作原理的光电传感器监控料流前锋位置,并利用PLC实现填充过程的自动控制。
【关键词】：复合材料 树脂浸润 填充过程 静态混合器
【学位授予单位】：北京化工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB33
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-17
• 第一章 绪论17-29
• 1.1 引言17-18
• 1.2 真空辅助树脂浸润成型工艺的由来18-20
• 1.2.1 RTM成型工艺18
• 1.2.2 VARTM成型工艺18-19
• 1.2.3 VARIM成型工艺19-20
• 1.3 真空辅助树脂浸润成型工艺的研究现状20-25
• 1.3.1 VARIM成型工艺中物料流动特性的分析20-21
• 1.3.2 VARIM成型工艺加工工艺的改进21-23
• 1.3.3 VARIM成型工艺的自动化研究23-25
• 1.4 研究计划25-29
• 1.4.1 研究目的及意义25-26
• 1.4.2 研究内容26
• 1.4.3 研究路线26-29
• 第二章 VARIM成型工艺加工二维薄制件实验研究及模拟分析29-49
• 2.1 二维薄制件树脂浸润成型实验研究29-33
• 2.1.1 实验原材料29-30
• 2.1.2 实验设备30
• 2.1.3 实验技术路线30-32
• 2.1.4 实验工况设计32-33
• 2.2 二维薄制件树脂浸润成型过程模拟分析33-36
• 2.2.1 模拟技术路线33-34
• 2.2.2 数学模型34-35
• 2.2.3 几何模型及边界条件35-36
• 2.2.4 物性参数36
• 2.3 结果分析36-48
• 2.3.1 注胶口数量对填充时间的影响36-40
• 2.3.2 多注胶口填充缺陷的产生及规避40-47
• 2.3.2.1 填充缺陷的产生40-43
• 2.3.2.2 填充缺陷的规避方法43-47
• 2.3.3 注胶口布置对料流前锋形态的影响47-48
• 2.4 本章总结48-49
• 第三章 VARIM成型工艺加工厚制件实验研究及模拟分析49-61
• 3.1 厚制件浸润过程实验49-51
• 3.1.1 实验物料49
• 3.1.2 实验设备49-50
• 3.1.3 实验流程50
• 3.1.4 性能表征50-51
• 3.2 数值模拟51-53
• 3.2.1 物理模型和物性参数52
• 3.2.2 网格划分及边界条件52
• 3.2.3 模拟工艺52-53
• 3.3 结果与分析53-59
• 3.3.1 浸润工艺对填充时间的影响53-54
• 3.3.2 浸润工艺对制件力学性能的影响54-55
• 3.3.3 浸润缺陷的产生及规避方法55-59
• 3.3.3.1 渗透迟缓现象55-56
• 3.3.3.2 干斑现象56-58
• 3.3.3.3 多注胶口顺序填充工艺分析58-59
• 3.4 本章总结59-61
• 第四章 VARIM成型工艺全封闭式配混装置的研究61-75
• 4.1 全封闭配混装置的开发61-63
• 4.1.1 工艺流程61-62
• 4.1.2 混合单元62-63
• 4.2 数值模拟63-65
• 4.2.1 基本假设及数学方程63-64
• 4.2.2 网格划分64
• 4.2.3 边界条件64
• 4.2.4 统计后处理64-65
• 4.3 实验研究65-67
• 4.3.1 实验原材料的选择65
• 4.3.2 实验设备的选择65-66
• 4.3.3 实验技术路线66
• 4.3.4 性能表征66-67
• 4.4 结果与分析67-74
• 4.4.1 静态混合器类型的确定67-70
• 4.4.1.1 产量67-68
• 4.4.1.2 轴向示踪粒子分布68-70
• 4.4.1.3 分布混合70
• 4.4.2 SK型混合元件数量的确定70-74
• 4.4.2.1 产量70-71
• 4.4.2.2 停留时间分布71-72
• 4.4.2.3 轴向示踪粒子分布72-73
• 4.4.2.4 实验结果73-74
• 4.5 本章总结74-75
• 第五章 顺序填充工艺的自动化实现及浸润成型设备的研发75-87
• 5.1 顺序填充工艺的自动化实现75-80
• 5.1.1 顺序填充工艺过程75-77
• 5.1.2 料流前锋监控原理77-78
• 5.1.3 成型控制系统的开发78-80
• 5.2 浸润成型设备的开发80-85
• 5.2.1 浸润成型设备的工作流程80-81
• 5.2.2 浸润成型设备的组成81-85
• 5.2.2.1 恒温工作台系统83
• 5.2.2.2 封闭配料系统83-84
• 5.2.2.3 真空动力系统84
• 5.2.2.4 成型控制系统84-85
• 5.3 成型设备的改进85-86
• 5.3.1 成型控制系统的优化85
• 5.3.2 自清洁系统85-86
• 5.4 本章总结86-87
• 第六章 结论与展望87-89
• 6.1 主要结论87
• 6.2 研究展望87-89
• 参考文献89-93
• 附录93-95
• 致谢95-97
• 研究成果及发表的学术论文97-99
• 作者和导师简介99-100
• 硕士研究生学位论文答辩委员会决议书100-101

【参考文献】

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本文编号：634318