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環(huán)氧樹脂固化成型過程的質(zhì)量監(jiān)控方法

放大字體  縮小字體 發(fā)布日期:2014-05-24  來源:復(fù)材應(yīng)用技術(shù)網(wǎng)  瀏覽次數(shù):96
      環(huán)氧樹脂固化成型過程的質(zhì)量監(jiān)控,對其質(zhì)量保證有重要意義。環(huán)氧樹脂固化成型工藝過程的質(zhì)量監(jiān)控方法主要有兩類,即靜態(tài)監(jiān)控固化工藝法和動態(tài)監(jiān)控固化工藝法。此外還有固化模型法等,但尚未達(dá)到實用階段。
  
        一、靜態(tài)監(jiān)控固化工藝法
  
 
       靜態(tài)監(jiān)控固化工藝法也就是通常采用的通過對主要工藝參數(shù)(溫度、時間和壓力)的選擇和控制得到合格的環(huán)氧材料制件的方法。工藝參數(shù)的確定長期來采用經(jīng)驗的方法。即通過大量不同工藝條件下樹脂澆注體和環(huán)氧材料性能數(shù)據(jù)的分析,總結(jié)出工藝參數(shù)。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,已開始利用先進的儀器分析法如差熱分析(DTA)、示差掃描量熱法(DSC)、扭辨分析(TBA)、紅外光譜分析(IR)及流變分析等技術(shù)為工藝參數(shù)的確定提供了更科學(xué)的依據(jù)。在嚴(yán)格控制各工藝參數(shù)的情況下,也可以得到較好的產(chǎn)品。但是這些分析結(jié)果不是在產(chǎn)品上直接測出的,而是在規(guī)定的試樣和條件下測得的。它反映了樹脂膠液在固化成型過程中的一般規(guī)律性,但不是產(chǎn)品在固化成型過程中的實際情況。在產(chǎn)品的實際固化過程中會遇到一些干擾,如電壓波動引起升溫速度和恒溫溫度的變化,原材料和預(yù)浸料不同批次間的差異等。這將引起固化體系中物理變化和化學(xué)反應(yīng)的波動。靜態(tài)法很難正確地及時調(diào)整工藝參數(shù),以致于影響產(chǎn)品質(zhì)量。也就是說傳統(tǒng)的方法不能動態(tài)地掌握固化體系中實際產(chǎn)生的物理和化學(xué)變化情況,無法及時恰當(dāng)?shù)卣{(diào)整工藝參數(shù)以確保產(chǎn)品的高質(zhì)量。
 
       二、動態(tài)監(jiān)控固化工藝法 

       主要是利用動態(tài)介電分析(DDA)技術(shù)自動跟蹤監(jiān)測樹脂體系固化過程中介電性能(如電導(dǎo)、體積電阻率、電容、介電常數(shù)、介電損耗角正切等;以介電損耗角正切最有效)的變化;并采用與樹脂固化特性相關(guān)的介電特性曲線作為選取各種工藝參數(shù)的依據(jù)。它不需要專門的試樣,能直接在產(chǎn)品上測量。因此可以把實際產(chǎn)品固化過程中各個階段的物理和化學(xué)變化情況,如實地反映到測試信號中。這樣就可以及時地調(diào)整、控制固化過程的進行,通過監(jiān)控固化的全過程采確保產(chǎn)品的高質(zhì)量。 環(huán)氧樹脂固化過程中介電性能的變化是由于環(huán)氧樹脂中的極性基團在交變電場中反復(fù)取向和取向難易程度的變化而產(chǎn)生的。取向程度的難易與溫度、電場頻率(以上為外因)及聚合度、黏度(內(nèi)因)等有關(guān)。聚合度和溫度對黏度及偶極子的取向起著不同程度的相反作用。當(dāng)溫度和電場頻率一定時,體系介電性能的變化就反映出其聚合度、黏度等狀態(tài)的變化。T—300/環(huán)氧單向復(fù)合材料(預(yù)浸料)固化成型過程中性能變化的典型曲線示于。固化初期溫度低,樹脂黏度大,極性基團取向運動困難,介電損耗小。隨著溫度的升高,樹脂開始軟化,極性基團活動增加,介電損耗逐漸增大。當(dāng)溫度進一步升高,黏度降低較大時,極性基團的運動變得容易了,所以介電損耗開始下降,在損耗曲線上出現(xiàn)第一個峰值。隨著溫度的繼續(xù)升高和保溫時間的延長,黏度和介電損耗降低到最小值。有利于膠液進一步浸漬纖維和充滿模腔。隨后,固化反應(yīng)加快,聚合度增加,造成黏度增加,逐漸抵消了由于溫升引起的黏度降低。當(dāng)聚合度增加造成的黏度增加占了優(yōu)勢后,極性基團的運動逐漸變得困難,介電損耗和黏度開始上升。超過凝膠點后,交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)已開始形成。黏度急劇增大,極性基團的取向運動愈來愈困難。最后導(dǎo)致介電損耗下降,出現(xiàn)了第二個峰值。并隨固化程度的增加,其下降趨勢逐漸趨向水平(常數(shù)),這表明固化反應(yīng)已基本結(jié)束。
    
      根據(jù)在tanδ曲線上分別選取不同固化時間作加壓點的實驗——壓力為0.7LMPa,瞬時一次加全壓——測定復(fù)合材料的短梁剪切強度(SB—SS)、彎曲強度(af)和孔隙率(v)等性能結(jié)果,專家說明特別要注意的加壓點的選擇問題:(1)如加壓太早,則黏度太小,膠液流失過多,致使孔隙率大,形成局部分層,短梁剪切強度低;(2)如加壓太遲,則超過凝膠點,黏度已很大交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)已形成,外加壓力已不能把樹脂和纖維壓密實了,因此孔隙率很大、短梁剪切強度很低;(3)要獲得孔隙率小、強度高的復(fù)合材料,應(yīng)在凝膠前的適當(dāng)時刻加壓,方能使復(fù)合材料達(dá)到最佳性能;(4)在該點附近孔隙率和強度變化不大的區(qū)域內(nèi)可找到一個加壓帶(區(qū)),在此范圍內(nèi)加壓成型的復(fù)合材料的性能均較好,加壓帶的寬度根據(jù)材料性能容許波動范圍來確定,范圍寬一點好,否則對加壓點控制的要求太嚴(yán),易出現(xiàn)質(zhì)量波動。與加壓帶相對應(yīng)的黏度范圍就是在該工藝條件下最佳加壓的黏度;(5)可用與加壓帶對應(yīng)的tanδ值作為監(jiān)控加壓時機的信息。

 
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