影響復(fù)合材料固化變形因素有哪些


 

復(fù)合材料固化過程本質(zhì)上是一個在低熱導(dǎo)率、各向異性材料間進行的具有非線 性內(nèi)熱源的化學(xué)反應(yīng)過程。固化過程介紹如下：預(yù)浸料中的樹脂基體在室溫條件下 通常是黏性的，由線型聚合物鏈接而成。第一階段：隨著固化溫度的升高，樹脂開 始發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)，同時基體的固化度和玻璃化溫度也逐漸升高。第二階段：達到凝 膠溫度以后，樹脂基體從最初的液態(tài)變成一種橡膠態(tài)的固體材料。第三階段：當(dāng)溫 度升到樹脂基體的玻璃化溫度時，基體材料從橡膠態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)椴ＡB(tài)，這個轉(zhuǎn)變過程 也意味著材料特性的急劇轉(zhuǎn)變，使得復(fù)合材料制件達到設(shè)計要求的性能。

熱固性樹脂基復(fù)合材料在熱壓罐成型過程中，經(jīng)歷高溫固化成型及冷卻過程, 由于材料的熱脹冷縮、基體樹脂的化學(xué)反應(yīng)收縮以及復(fù)合材料的成型模具與復(fù)合 材料在熱膨脹系數(shù)上的顯著差異等，使其在室溫下的自由形狀與預(yù)期的理想形狀 之間會產(chǎn)生一定程度的不一致，通常將這種不一致狀態(tài)稱為構(gòu)件的固化變形。固 化變形大致分為兩類：回彈和翹曲。回彈是指結(jié)構(gòu)在拐角處變形所導(dǎo)致的夾角變 化，主要是由復(fù)合材料本身的各向異性引起的；翹曲是指結(jié)構(gòu)在平直部分的彎曲 或扭轉(zhuǎn)變形，主要是由于結(jié)構(gòu)內(nèi)應(yīng)力分布不均勻引起的。

影響固化變形的因素眾多，大致可分為內(nèi)因和外因兩類。內(nèi)因包括材料特性、 纖維體積分?jǐn)?shù)、鋪層取向及結(jié)構(gòu)形式、厚度等；外因包括模具對復(fù)合材料制件的 影響、熱壓罐熱源位置、工裝擺放等。這些影響變形的因素在構(gòu)件內(nèi)因應(yīng)力梯度 和溫度梯度耦合作用導(dǎo)致固化時的內(nèi)應(yīng)力積聚，一部分應(yīng)力在工件中以殘余應(yīng)力 的形式長久存在；另一部分應(yīng)力在產(chǎn)品脫模時釋放，這兩部分應(yīng)力存在的形式共 同導(dǎo)致工件變形。