复合材料高比强度、高比模量以及可设计性等优点使其一直受到国防工业的重视。随着复合材料成型技术的发展,复合材料液体模塑成型(Liquid Composites Molding,简称为LCM)工艺作为一种先进复合材料低成本化制造技术,具有适宜大型复杂复合材料结构件批量化制造的特点,将使复合材料应用领域进一步拓宽。LCM工艺常用增强材料有玻璃纤维、碳纤维、凯芙拉纤维等,每种纤维按照实际要求又可以编织成不同结构的织物或预成型体,成熟的LCM工艺要求低粘度树脂在规定的时间内充满模腔,完全浸渍各种纤维增强材料,从而制造出高品质的复合材料产品。因此,深入研究LCM工艺常用增强材料的渗透率,揭示其复杂的纤维/树脂流动浸润机理,对复合材料的应用推广具有重要意义。 论文针对LCM工艺面临的主要工艺基础理论和应用技术问题,着重研究了与LCM工艺最密切相关的材料参数—渗透率的测量及其影响因素,以指导实际选材和工艺生产。文章先介绍了LCM工艺发展概况、工艺特点以及存在的问题,从而得出渗透率研究的必要性,接着回顾总结了国内外渗透率研究历史,分析存在的问题,引出本文研究的内容和意义。然后对常见的渗透率测量方法以及理论模型进行了全面详细的描述,涉及到剪切效应和边缘效应理论,重点对以前研究较少的国内LCM工艺常用增强材料横向渗透率进行了研究。研究表明,纤维体积含量、织物编织结构、剪切以及叠合铺层形成的中间层对增强材料的横向渗透率有很大影响,而注射压力等影响则不大。研究结果有助于深入了解和掌握LCM工艺基础理论,促进我国先进复合材料低成本化技术的发展。 另外,采用自己设计制作的模具对模具拐角半径对增强材料渗透率的影响进行了深入研究。采用模拟软件实现对自己设计模具的LCM工艺充模过程的模拟仿真。模拟与实验研究表明,充模时间随着模具拐角半径的增加而减少,纤维体积含量越高,充模时间越长,通过模拟结果与实际充模图比较,发现模具拐角的存在减小了渗透率,延长了充模时间,改变了树脂在预制件中的浸渍过程,注射过程中形成的压力场与注射口布局对充模效率和缺陷的形成具有重要影响作用。实验验证表明模拟结果与实验结果有较好的一致性。研究成果对科学地建立和掌握LCM工艺基础理论具有重要的学术价值。