环氧树脂基复合材料微波扫描修补工艺及性能研究

发布时间：2017-09-29 00:03

  本文关键词：环氧树脂基复合材料微波扫描修补工艺及性能研究

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【摘要】：本文以大型风电叶片外场快速修补为研究背景,开展环氧树脂基复合材料微波扫描快速修补技术研究。采用扫描设备成功制备出热、力学性能良好的玻璃纤维增强环氧树脂复合材料,通过研究微波吸收剂对微波扫描固化速度及复合材料力学性能的影响,获得了可用于微波扫描快速修补的微波固化树脂体系及扫描固化工艺,通过对不同修补参数复合材料力学性能的研究,确定了最佳的修补方案,成功制备出高性能保持率的修补试样,为复合材料微波扫描快速修补奠定了技术基础。(1)在研究环氧E51+DDM树脂体系微波扫描固化特性的基础上,成功制备出含胶量稳定的玻璃纤维增强复合材料,通过实验测试复合材料的玻璃化转变温度(Tg)、短梁剪切性能、拉伸及弯曲性能,并将其与热固化和密闭谐振腔微波固化试样进行比较,同时借助扫描电镜照片手段对实验结果进行分析。实验结果表明:在热性能方面,微波扫描固化复合材料的Tg值与密闭谐振腔微波固化复合材料相当,比热固化复合材料提高了5.1℃;在力学性能方面,微波扫描固化复合材料的短梁剪切强度和弯曲强度均比密闭谐振腔微波固化和热固化得到了不同程度的提升,拉伸强度和模量比热固化试样分别提高了7.8%和4.5%,但比密闭谐振腔微波固化分别降低了9.8%和4.3%;在固化时间方面,微波扫描固化比热固化节约了近70%的固化时间,但比密闭腔微波固化要长32%。(2)为了进一步提高微波扫描固化速率,选用Fe_3O_4作为微波吸收剂添加至环氧E51+DDM树脂体系中,研究Fe_3O_4添加量对微波扫描固化速度的影响并确定最佳的Fe_3O_4添加量;制备E51+DDM+Fe_3O_4复合体系微波扫描固化复合材料,测量复合材料的玻璃化转变温度、短梁剪切强度、拉伸及弯曲性能,并将其与未加Fe_3O_4纯体系复合材料进行比较,研究Fe_3O_4对复合材料性能的影响。研究结果表明:Fe_3O_4的加入能提高体系的吸波能力进而加快体系的反应速率,且在添加量为1%时对体系的增速效率最高;与未加Fe_3O_4纯体系相比,添加1%Fe_3O_4复合体系的玻璃化转变温度提高了1.5℃,短梁剪切强度及弯曲强度分别提升了6.5%和9.0%,拉伸模量提升了5.8%,但两者的拉伸强度相当;在固化时间方面,添加1%Fe_3O_4后体系的固化时间缩短了24%,达到纯体系密闭谐振腔微波固化的速度水平。(3)将添加1%Fe_3O_4环氧体系应用于复合材料的修补,制备不同修补参数包括修补铺层不同铺覆方式、不同挖补角度及有无添加覆盖层微波扫描修补试样,测量试样的拉伸性能及修补面加载与背面加载的弯曲性能,通过性能比较确定最佳的修补方案;设计实验将微波扫描修补试样进一步与热固化修补试样进行性能比较。实验结果表明:修补铺层采用顺序型方式进行铺覆、挖补角度正切值取1:20且添加覆盖层的微波扫描修补试样具有最优的修补效果,其拉伸强度及模量保持率分别达94.4%和97.0%,修补面加载与背面加载的弯曲强度保持率分别达95.6%和92.1%,均满足一般工程上对于复合材料修补后性能的要求;微波扫描修补试样的拉伸性能与热固化修补试样相当,弯曲性能略高于热固化。
【关键词】：复合材料 微波扫描固化 修补工艺 固化度 力学性能 玻璃化转变温度
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ323.5;TB332
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-15
• 第一章 绪论15-24
• 1.1 风电叶片修补技术15-18
• 1.1.1 风电叶片的发展现状与趋势15-17
• 1.1.2 风电叶片中主要缺陷形式17
• 1.1.3 风电叶片的修补方法17-18
• 1.2 复合材料修补技术18-19
• 1.3 复合材料修补研究进展19-22
• 1.3.1 热固化修补研究进展19-21
• 1.3.2 微波固化修补研究进展21-22
• 1.4 课题研究目的及意义22
• 1.5 课题研究内容22-24
• 第二章 环氧树脂基复合材料微波扫描固化工艺及性能研究24-43
• 2.1 实验原材料及设备24-26
• 2.1.1 实验原材料24-25
• 2.1.2 实验主要设备25-26
• 2.2 树脂基复合材料的制备26-33
• 2.2.1 不同扫描方式下固化产物的固化度均匀性比较26-28
• 2.2.2 微波扫描固化特性研究28-31
• 2.2.3 微波扫描固化工艺确定31-32
• 2.2.4 密闭谐振腔微波固化及热固化工艺32-33
• 2.2.5 纤维增强环氧复合材料的制备33
• 2.3 不同固化方式复合材料的热、力学性能研究33-42
• 2.3.1 树脂含胶量比较33-34
• 2.3.2 复合材料玻璃化转变温度比较34-36
• 2.3.3 复合材料短梁剪切性能比较36-37
• 2.3.4 复合材料弯曲性能比较37-39
• 2.3.5 复合材料拉伸性能比较39-41
• 2.3.6 固化时间比较41-42
• 2.4 本章小结42-43
• 第三章 微波吸收剂Fe_3O_4对微波扫描固化速率及性能的影响43-54
• 3.1 实验材料及设备43-44
• 3.1.1 实验材料43
• 3.1.2 实验设备43
• 3.1.3 添加Fe_3O_4环氧体系胶液的配制43-44
• 3.2 微波吸收剂Fe_3O_4对微波扫描固化速度的影响44-47
• 3.2.1 添加Fe_3O_4环氧体系固化度的测定44-45
• 3.2.2 Fe_3O_4添加量对扫描固化速度的影响45-46
• 3.2.3 Fe_3O_4对微波扫描固化反应的增速机理探讨46-47
• 3.3 添加Fe_3O_4环氧体系固化工艺研究及复合材料的制备47-49
• 3.3.1 添加Fe_3O_4环氧体系微波扫描固化特性研究47-48
• 3.3.2 添加Fe_3O_4环氧体系微波扫描固化工艺制定48
• 3.3.3 添加Fe_3O_4环氧体系复合材料的制备48-49
• 3.4 添加Fe_3O_4环氧体系复合材料微波扫描固化热、力学性能研究49-53
• 3.4.1 添加Fe_3O_4环氧体系复合材料的玻璃化转变温度49-50
• 3.4.2 添加Fe_3O_4环氧体系复合材料的拉伸性能研究50-51
• 3.4.3 添加Fe_3O_4环氧体系复合材料的弯曲性能研究51-52
• 3.4.4 添加Fe_3O_4环氧体系复合材料的短梁剪切性能研究52
• 3.4.5 添加Fe_3O_4环氧体系与纯体系扫描固化时间的对比52-53
• 3.5 本章小结53-54
• 第四章 微波扫描修补复合材料力学性能研究54-73
• 4.1 微波扫描修补复合材料的制备54-56
• 4.1.1 待修补试样的制备54-55
• 4.1.2 修补区域铺层的排列方式55
• 4.1.3 修补区域铺层的固化工艺55-56
• 4.2 修补铺层不同铺覆方式微波扫描修补试样的力学性能对比56-60
• 4.2.1 实验设计56-57
• 4.2.2 修补铺层不同铺覆方式微波扫描修补试样的拉伸性能比较57-58
• 4.2.3 修补铺层不同铺覆方式微波扫描修补试样的弯曲性能比较58-60
• 4.3 不同挖补角度微波扫描修补试样的力学性能对比60-66
• 4.3.1 实验设计60
• 4.3.2 不同挖补角度微波扫描修补试样的拉伸性能比较60-64
• 4.3.3 不同挖补角度微波扫描修补试样的弯曲性能比较64-66
• 4.4 未加覆盖层与添加覆盖层微波扫描修补试样的力学性能对比66-69
• 4.4.1 实验设计66-67
• 4.4.2 未加覆盖层与添加覆盖层微波扫描修补试样的拉伸性能比较67-68
• 4.4.3 未加覆盖层与添加覆盖层微波扫描修补试样的弯曲性能比较68-69
• 4.5 微波扫描修补试样与热固化修补试样的性能对比69-71
• 4.5.1 实验设计69
• 4.5.2 微波扫描修补试样与热固化修补试样的拉伸性能比较69-70
• 4.5.3 微波扫描修补试样与热固化修补试样的弯曲性能比较70-71
• 4.6 微波扫描修补综合评价71
• 4.7 本章小结71-73
• 第五章 总结和展望73-75
• 5.1 本文工作总结73-74
• 5.2 后期工作展望74-75
• 参考文献75-79
• 致谢79-80
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文80

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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2 杨龙英;;修补固化方式对树脂基复合材料修补性能的影响研究[J];塑料工业;2015年09期

3 沈小军;孟令轩;付绍云;;石墨烯-多壁碳纳米管协同增强环氧树脂复合材料的低温力学性能[J];复合材料学报;2015年01期

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本文编号：938803