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厚截面复合材料固化热—化学行为及其影响机理研究

【摘要】:厚截面复合材料固化成型过程中容易出现温度过热、固化不均匀和残余应力等问题,严重影响复合材料的制品质量和使用性能。本文以某风电叶片用G_f/860E复合材料为研究对象,开展厚截面复合材料固化热-化学行为及其影响机理研究。采用真空导入模塑工艺制备厚截面复合材料,考察厚截面复合材料成型过程中的固化热-化学行为,及其对厚截面复合材料残余应力和力学性能的影响。主要研究工作包括:(1)采用热电偶监测法,考察了厚截面复合材料的固化温度场分布规律。结果表明,厚度为25mm、50mm、100mm的厚截面复合材料固化成型时面内温度场严重失衡,面内最大温度差达32℃;厚度方向上固化开始时温度呈梯度分布,随着固化反应的进行,发生温度突变,试样中部温度过热情况严重,且厚度越大,局部过热情况越严重,与模具设定温度最大差值达35℃。(2)采用DSC法,分析了860E/866H树脂体系的固化动力学行为及厚截面复合材料的固化度分布。结果表明,固化温度场的差异会导致厚截面复合材料固化度分布不均,在DSC仪中按照厚度为50mm试样顶部边角位置和底部中心位置的温度历程固化得到的小试样固化度分别为71.6%和73.6%,比按照模具设定的温度历程固化得到小试样固化度(97.6%)低约25%;按照厚度100mm试样顶部边角和底部中心的温度历程固化得到的小试样固化度分别为56.8%和77.6%,比按照模具设定的温度历程固化得到小试样固化度(93.1%)最大相差达36.3%。(3)采用深孔法考察了厚截面复合材料残余应力的分布规律。结果表明,厚截面复合材料构件内部的残余应力随厚度的增加而逐渐增大,且沿纤维方向的残余应力(σ_x)普遍高于垂直于纤维方向的残余应力(σ_y)及切应力(τ_(xy));厚截面复合材料沿厚度方向残余应力的分布很不均匀,从构件表面到构件内部不同深度处的残余应力具有明显区别。(4)考察了固化热化学行为对厚截面复合材料力学性能的影响。结果表明,固化不均不是导致厚截面复合材料性能随厚度下降的主要因素,复合材料性能的厚度效应主要取决于其层间性能、缺陷分布和残余应力。

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