摘要：復合材料液體模塑成型技術（LCM）是一種高性能低成本先進復合材料制造技術，成型過程中干的纖維增強材料被反應性樹脂浸漬。充模流動中纖維氈的滲透率是一個重要的參數，它綜合反映了流動中樹脂和纖維所有的相互作用。由于受很多因素的影響，滲透率值通常取決于工藝的特殊條件。本文采用徑向流動法測試了纖維氈的面內滲透率，著重研究注射壓力的影響。
    關鍵詞：LCM；滲透率；充模壓力
    中圖分類號：TQ327. 1  文獻標識碼：A   文章編號：1003一0999 (2005) 02 -0032-3
    復合材料液體模塑成型技術（LCM）是近年來發展起來的一種高性能低成本先進復合材料制造技術。這類技術在低溫低壓條件下可實現液態樹脂一步浸滲，一次成型帶有夾芯、加筋、預埋件的大型結構功能件。目前它已成功地應用于航海、艦船、航空和民用工業等領域^[1]。精確描述樹脂在增強材料中的滲透特性，對優化模具設計、充模過程數值模擬、縮短制造周期、保證產品質量等至關重要。纖維滲透率的影響因素很多，例如注射壓力、流動速度、測試流體、流體溫度、纖維微觀結構、纖維束內毛細壓力、纖維孔隙率、模具結構等，即取決于工藝的特殊條件。本文采用徑向流動法測試了不同纖維體積分數下纖維氈的滲透率，著重研究了注射壓力的影響。
1  實  驗
1.1實驗材料
    增強材料為雙向玻璃纖維縫編氈，面密度800 g/m²；玻璃纖維復合氈，面密度450 g/m²，均為常州宏發土木復合材料工程有限公司提供；注射流體為不飽和聚醋樹脂，金陵帝斯曼P6-988KR。
1.2徑向流動測試法
    徑向流動法的基本原理是從增強材料中心注入流體，在樹脂以恒定流速或壓力下浸潤纖維預成型體的過程中，通過透明上模觀察和記錄流動前沿的位置和形狀，從流動前沿的瞬時形狀得出主滲透率的比值和主方向，同時采用壓力傳感器測量注射口壓力，根據達西定律，經過換算即可按下式求出滲透率^[3]：

2   結果與討論
2.1體積分數對滲透率的影響
    作為增強材料的基本特性，材料的結構形式決定了滲透率的主值。如圖2所示，縫編氈的滲透率比復合氈更大。因為復合氈中的纖維是隨機鋪放，浸漬過程中樹脂需要不斷穿越纖維束障礙；而縫編氈是雙向編織材料，纖維束排放整齊，束間間隙成為樹脂流動通道，浸漬更規則和迅速，相應的缺陷和氣泡也更少。充模過程的流動分兩種，宏觀流動形成于纖維束間，控制充模并消除大面積干區；微觀流動在纖維束內發生，控制微孔隙的削除及纖維一樹脂界面的質量。在低纖維體積分數時宏觀流動居主導地位，隨著纖維體積分數的增加，纖維束壓得越來越緊密，宏觀流動越來越困難；在高纖維體積分數時微觀流動居主導地位。因此，滲透率隨纖維體積分數的增加明顯下降，對于纖維束排列更為整齊的縫編氈，作用更加明顯。

 

2.2充模壓力對滲透率的影響
    從圖2還看出，當纖維體積分數較低時，在不同壓力值下滲透率的差異更加明顯，隨著纖維體積分數的增加，這種差異越來越小，從圖3更容易看出這種變化。

    干增強纖維預成型體放人模腔時纖維束間宏觀間隙并不均勻，隨著纖維體積分數的增加，宏觀間隙區域會形成不完美的纖維排列，并被不與紗束平行的纖維串打斷。這樣，宏觀流動被迫橫向通過纖維，滲透阻力比沿纖維束的徑向流動阻力大得多，因此在高纖維體積分數下提高注射壓力時滲透率的增加比低體積分數時小很多。隨注射壓力上升，樹脂流動前峰的移動會使纖維束分布發生更大的扭曲，增加了滲流阻力，減弱滲透率提高的程度。
2.3充模壓力與注射口壓力的關系
    實驗中通過注射口處壓力表測得不同鋪層在氣瓶充模壓力變化時注口壓力的變化情況，如圖4.

對于各種鋪層情況，注口壓力值比相應的氣瓶壓力都低，這明顯是沿程壓力損失的結果。但對同種材料，纖維體積含量越高，注口壓力隨充模壓力增加而上升的幅度也越大。這是因為纖維束壓得更為緊密，對樹脂流動阻礙更大，造成了樹脂在注口處堆積更多，壓力也更大。當纖維體積含量較低時，如三層氈，由于流動出現層流形式，流動阻礙小，注口壓力比充模壓力低很多。從圖中還看出，相同體積含量時（如五層復合氈和三層縫編氈），復合氈層的注口壓力更大；而五層復合氈（纖維含量30%）和五層縫編氈（纖維含量53%）鋪層的注口壓力一致，這也說明隨機鋪放的纖維束對樹脂滲流的阻礙更大。
    通過測試鋪層中心處壓力時發現［4］，當壓力到達大值后，突然下降，接著慢慢回升，然后穩定在一個中間值。這也許是因為產生了平行于纖維的微觀流動，然后由于紗束的徑向滲透慢慢穩定。這種現象在提高注射壓力時更為顯著，也抵消了提高壓力的效果。

3 結語
    本文通過徑向流動法測試了不同纖維體積分數下纖維氈的面內滲透率。結果顯示，隨纖維體積含量的增加滲透率顯著下降，對于纖維排列較規則的氈層更為明顯。高纖維體積含量時，由于纖維束變形，減弱了滲透率隨充模壓力的升高而提高的程度。隨纖維體積含量的增加，模具注射口處樹脂堆積程度加大，壓力也逐漸增加。
                        參考文獻
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[ 2 ]李海晨，張明福，王彪．RTM工藝增加纖維滲透率測量方法研究〔J〕．航空材料學報，2001，21（1）：51-54.
[ 3 ]李文曉，薛元德，昊人潔．樹脂傳遞模塑工藝中滲透率的測定 [J]．建筑材料學報，2000，3（3）：258-262.
[ 4 ]I Crivelli Visconti，A Langella，M Durante. The influence of injection pressure on the permeability of unidirectional[Z]Fibre Preform in RTM，ECCM-8，737-743．
         INFLUENCE OF INJECTION PRESSURE ON PERMEABILITY OF FIBRE
                         PREFORM IN LCM
               TIAN Zheng-gang，XIA Yu，ZHANG Yuan
       （Wuhan University of Technology，Wuhan 430070，China）
    Abstract：The liquid composite molding process is an advanced process for manufacturing composites with high performance and low cost.The dry fibrous reinforcements are wetted with the reactive resin in this process.During the resin flow，the peameability of fabric is an important parameter，which reflects the interaction between the resin and fiber. Due to many complicated factors，the peameability usually depends on special conditions of the process．This paper adopts the radial flow method to study the in-plane perme ability of woven fabric and focuses on
the effect of the injection pressure．
    Key words：LCM；permeability；injection pressure.