硅橡胶工艺特性及复合材料管件热膨胀成型工艺研究

admin · 发表于 2023-10-17 23:37:45

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热膨胀工艺是七十年代中期发展起来的一种复合材料成型方法，与传统的热压罐工艺相比，它不需要外部压力源，将复合材料预浸料在闭合的刚性阴模中通过芯模的受热膨胀就能实现对复合材料加压固化的过程，特别适合于制造盒型件、管型件以及多腔体结构等很难通过外压成型的结构。本文在对硅橡胶工艺特性进行测试的基础上，采用热膨胀工艺制备了复合材料层板及圆管件，研究了成型过程中硅橡胶芯模内部温度分布及预浸料铺层内树脂压力的变化情况，研究结果对于采用热膨胀工艺制备复杂形状制件具有一定的指导意义。本文首先针对Aircast 3600硅橡胶的导热系数、热膨胀系数、热胀压力及体积弹性模量等性能参数进行了测试，设计了实验方法并研究了硅橡胶经历不同老化时间后的性能变化情况。然后采用热膨胀工艺制备了复合材料层板，通过自行设计的成型模具及树脂压力在线测试系统测试并分析了成型过程中热胀压力和预浸料铺层内树脂压力的变化规律，考察了工艺间隙和温度分布的影响，并通过显微观察及力学性能测试分析了不同工艺条件下层板的质量状况。最后设计了圆管件的热膨胀工艺模具，研究了硅橡胶芯模尺寸对工艺中温度分布及树脂压力的影响，分析了圆管的成型质量，并与热压罐工艺进行了对比。研究结果表明：在室温~180℃范围内，Aircast 3600硅橡胶线膨胀系数为5.6×10-4/℃，体积弹性模量为721.4MPa，在180℃、0.6MPa条件下经历时间42h后，其线膨胀系数及体积弹性模量变化较小，体积收缩率为1.4%。采用自行设计成型模具结合树脂压力在线测试系统，能够在线监测热膨胀工艺过程中热胀压力及预浸料铺层内树脂压力的变化。在零吸胶工艺条件下，当工艺间隙设计合理时，采用不同厚度硅橡胶芯模都能提供足够热胀压力，并且凝胶前热胀压力和树脂压力的变化趋势及变化程度基本一致，通过在低于树脂凝胶温度增加恒温平台的办法减小硅橡胶内部温差，能够更好地控制预浸料铺层在凝胶前受到的热胀压力，保证复合材料制品的密实质量。另外，热膨胀工艺对于控制复合材料圆管质量优于热压罐工艺。

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