BMI复合材料件孔隙率超标技术分析.pdf

J复合材料配套技术 BMI复合材料件孔隙率超标技术分析耿娃(沈阳飞机工业集团公司工艺研究所,沈阳,1 10034) 摘要热压罐法成形的BMI复合材料经常出现的问题之一就是制件孔隙率超标。本文作者应用复合材料成形理论结合结构制件的实际情况对孔隙的形成及生长原因进行了细致分析,给出了一些合理建议。关键词复合材料脱气模型流动模型孔隙模型双马树脂固化 BMI复合材料以其优异的性能备受航天航空业重视,随着对战机性能要求的提高,越来越多的BMI复合材料将被用于高性能的新一代战机结构件。目前,BMI航天航空构件大都采用真空袋热压罐法成形,孔隙率超标是热压罐法成形的BMl复合材料科研生产中经常出现的问题之一,特别是在新结构件试制过程中出现的几率似乎更大,必须引起重视,认真对待。 l B/VII复合材料孔隙率超标原因分析 BMl复合材料孔隙率超标一般表现为局部疏松,内部有气孔,表观厚度超差、分层,严重的表面起泡,内部开裂,剖开可见明显的两相界面。出部位一般在变厚区边缘附近较常见。一般认为,复合材料内部孔隙率超标的主要原因有: (1)复合材料基体内残留的低分子挥发物过多。(2)复合材料制造工艺过程中,压力未施加到位或压力不够或加压时机不合适。(3)复合材料在制造过程中受热过度或局部过热。复合材料中残留的低分子挥发物包括预浸料吸附的水分,湿法预浸料所用的溶剂,树脂中残留的未反应单体水溶剂等小分子杂质,铺叠过程中包裹进去的空气,伴随固化反应发生的一些副反应放出的一些小分子。这些小分子物质吸附的水和被包裹进的空气是导致复合材料孔隙率超标的重要因素。在复合材料固化工艺过程中,水和空气在树脂基体内部形成的气泡在固化结束前没有被排出制件或进行合理分散和控制,残留在制件中形成孔隙。因此,必须研究挥发物在复合材料固化过程中运动扩散规律,找出科学合理的低iL隙复合材料制造辫决方案。目前国内制造复合材料制件坯料的工艺(手工剪裁,铺叠)方法和B/VII树脂的特点,决定了预浸料吸附水分和制件毛坯中包裹空气是无法避免的,只能通过一些辅助技术手段控制其数量。 2孔隙率超标的解决方案典型复合材料构件外形结构如图1所示。成形这类制件一般使用板/桁架刚性构架金属模胎成形外表面,组合式工艺盖板作为内形表面成形芯模成形内表面。见图1。 090 NCCM—13复合材料——成本、环境与产业化在热压罐固化工艺过程中,树脂基体受热在纤维中流动以保证树脂充分浸润纤维,适当时机施的外压通过均压板传递给制件,将多余树脂挤入吸胶层,排出低分子挥分物,压实制件防止孔隙生长,使复合材料制件得到设计要求的纤维体积含量。配以合适的温度周期使树脂基体充分固化达到要求的机械性能,吸胶层在此起双重作用。热压罐成形工艺中,树脂可能在三个主辅方向流动,但是由于我们要成形的复合材料制件的长度和宽度远远大于厚度尺寸,因此厚度方向的流动是主要流动。此时复合材料中树脂的流动可以看作是一种特殊的正向一维流动行为。树脂流动是带走因受热或真空作用而聚集在制件表层的气泡和排出多余树脂的必要条件。这种树脂流动以吸胶层为目的地。已有的研究成果表明,挥发分在纤维网络中的运动一般被视为气体在多孔介质中的运动,服从Darcy定律。小分子挥发物从树脂体系中脱出的过程。升温或减压使含有小分子杂质的树脂熔体处于热力学不稳定状态一过饱和状态,并导致气泡的形成。同时,溶解在熔