【摘要】：碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料由于輕質(zhì)高強(qiáng)等優(yōu)異性能在航空航天領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。微波固化技術(shù)相比于傳統(tǒng)熱壓罐固化技術(shù)具有溫度控制靈敏度高、固化周期短、能耗低等突出優(yōu)勢(shì),在復(fù)合材料制造領(lǐng)域具有廣闊應(yīng)用前景,但目前碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料的微波固化機(jī)理尚不明確、微波固化工藝尚不成熟。結(jié)合國(guó)家自然科學(xué)基金和航空制造行業(yè)的重大實(shí)際需求,本文針對(duì)上述問(wèn)題進(jìn)行了深入研究。主要成果如下:(1)基于DSC熱分析方法和自催化模型,建立了碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料微波固化動(dòng)力學(xué)模型,揭示了碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料在微波固化過(guò)程中的反應(yīng)機(jī)理,并對(duì)該模型的有效性進(jìn)行了分析。(2)提出了基于固化特征點(diǎn)的碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料微波固化過(guò)程中的各向異性介電常數(shù)離線測(cè)量方法,并基于德拜理論和碳纖維微觀結(jié)構(gòu)揭示了復(fù)合材料復(fù)介電常數(shù)隨固化度的變化機(jī)理。此外,本文在多層反射率模型基礎(chǔ)上建立了碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料微波固化過(guò)程中的吸波模型,研究了材料厚度、鋪層方向和固化度對(duì)材料吸波性能的影響。(3)設(shè)計(jì)了碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料微波固化溫度工藝曲線�？紤]微波固化動(dòng)力學(xué)、微波固化過(guò)程中的吸波性能變化和固化應(yīng)力三方面的影響,給出了固化溫度、固化時(shí)間、升降溫速率和交變頻率等工藝參數(shù)的計(jì)算方法。(4)對(duì)本文設(shè)計(jì)的碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料微波固化溫度工藝曲線進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,對(duì)比了交變升降溫微波固化溫度工藝曲線與傳統(tǒng)微波固化溫度工藝曲線下的力學(xué)性能、固化應(yīng)力、固化周期和能耗。對(duì)五組典型復(fù)合材料試樣的各項(xiàng)測(cè)試數(shù)據(jù)取平均值,發(fā)現(xiàn)相比于基于熱壓罐固化工藝稍作改進(jìn)的傳統(tǒng)微波固化工藝,本文設(shè)計(jì)的交變升降溫微波固化溫度工藝曲線固化出的復(fù)合材料殘余應(yīng)力降低50.8%,固化周期縮短20.8%,能耗降低36.7%,除彎曲性能基本保持不變,其他力學(xué)性能均提升10%以上。
【圖文】：

圖 1.1 復(fù)合材料在飛機(jī)上的應(yīng)用趨勢(shì)展，，CFRP 復(fù)合材料在飛機(jī)主承力復(fù)雜曲面構(gòu)件上的用量構(gòu)輕質(zhì)化、模塊化至關(guān)重要[3-6]。數(shù)據(jù)表明，復(fù)合材料的應(yīng)本降低 15%～30%[7,8]。隨著復(fù)合材料設(shè)計(jì)制造技術(shù)的不斷

圖 1.2 CFRP 復(fù)合材料制件熱壓罐固化微波是頻率在300MHz~300GHz范圍內(nèi)的電磁波，生產(chǎn)和科研中常用的微波頻率為2.45GHz該頻率與常見(jiàn)高分子材料中的極性分子振動(dòng)頻率相近，因此可用于樹脂的固化成型。采用微波對(duì) CFRP 復(fù)合材料進(jìn)行固化時(shí)，材料中的極性分子會(huì)出現(xiàn)介電極化現(xiàn)象，極化電場(chǎng)矢量與外加(a) 波音 787 機(jī)身段進(jìn)熱壓罐固化 (b) 波音 777X 左翼蒙皮進(jìn)熱壓罐固化
【學(xué)位授予單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：V261.97

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2669556