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复合材料热压罐成型产品缺陷分析
编辑:诸城市安泰机械有限公司   时间:2017-05-10

1、 复合材料热压罐制造缺陷的类型及对比分析

在复合材料产品中主要缺陷的比例从高到低依次为分层、孔隙、气孔、富脂、贫胶、脱粘、疏松、变形和弱粘,其中分层所占比例最高,超过50%,气孔、孔隙的比例也比较高,其他缺陷比例相对较低。无损检测结果只能提供复合材料层间的结合信息,但无法给出缺陷的形成原因。气孔和孔隙形成机制基本相同,主要来源均是夹杂空气、吸湿水、挥发性溶剂等,气孔是孔隙长大到一定程度,呈宏观状态出现的一种缺陷形式,在无损检测中二者的区别:①面积大小不同;②气孔多以单个状态出现,而孔隙多呈密集型分布。复合材料在制造过程中分层的产生机制极为复杂,且分层和气孔的超声A扫描波形极为类似,主要是根据有无底波和缺陷面积来界定分层和气孔的,一般如底波消失的缺陷或根据检测标准达到一定面积的气孔均判为分层。

2、 结构形式对制造缺陷影响作用的统计结果与分析

由于复合材料成型过程的复杂性,结构形式的多样化和成型工艺的差异,引起成型过程受力和温度分布的复杂,致使树脂流动形式比平板复杂得多,产生的缺陷类型及分布也有所不同,统计结果显示制造缺陷与制件的结构形式有一定的关联性。下面就构形要素、几何要素、工艺要素对制造缺陷及其分布的影响逐一分析。

3.1 复合材料热压罐构形要素对制造缺陷的影响

根据制件截面形状,制件构形主要有(等厚度、非等厚度)层板、L形、U形、工形和盒形。

采取同样成型工艺不同构形制件出现缺陷的比例有很大的差异,构形越复杂则出现缺陷的比例越高,构形越简单则反之。以工形制件的成型技术为例,其构形主要由2个U形、2个突缘、2个填料分开铺叠、预吸胶,再组装在一起而成,结构中存在拐角曲率和填充区,成型时需多个模具配合,因此结构的复杂增加了其成型的难度,出现缺陷的比例也随之增加,缺陷件比例高达17.4%。

U型、盒型结构相对简单,成型工艺较易实现,缺陷件比例稍低(8%左右);层板、L形最为简单,缺陷件比例也是最低的(2%左右)。由于统计的层板结构主要是非等厚层板,非等厚层板存在厚度突变区,其结构不对称程度相对L形复杂些,所以致使层板类制件出现缺陷的比例比L形制件稍大些。

复合材料热压罐相对孔隙而言,分层的形成机制较为复杂,成因较多,一方面复杂制件结构上的非对称性和复杂性会造成纤维分布不均,以及结构中温度分布不均,降温过程中制件内部产生较大的内应力,会导致分层;另一方面如排气不畅,成型过程中气孔长大形成分层,其形成机制与孔隙相同;此外还有可能预浸料局部污染、夹杂等造成分层。因此,分层不易控制,缺陷件比例因结构形式的差异而相差较大,构形复杂的工形制件分层比例最高可以达到11.2%,制件简单的层板和L形制件可以控制在3%以下。

3.2 几何要素对制造缺陷的影响

某一种构形要素往往是多种几何要素的集合体,即在一个制件中通常存在多种几何要素,如厚度、曲率、变厚梯度等,所以构形要素对制造缺陷的影响是多种几何要素综合作用的结果。本文根据缺陷出现位置的几何特征,提取了具有共性的几何要素:层板厚度、变厚梯度、外形曲率、自由边界、纤维非连续,并统计分析了不同几何要素对制造缺陷的影响规律。

统计结果显示层板厚度对分层、气孔影响较大,制件较厚时,成型过程中厚度方向存在温差,有时外表面树脂已凝胶而内部尚未凝胶,夹杂空气和挥发份不易排出,会在制件内部形成气孔和孔隙、制件外表面产生疏松和分层。变厚梯度区由于铺层长短不同,互相搭接,存在纤维很难填充到的三角区和纤维不连续区,加之树脂的二维流动和纤维的滑移,容易引起应力集中,因此,变厚梯度会导致分层和富脂。


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