本文關(guān)鍵詞：環(huán)氧樹脂基復(fù)合材料微波掃描修補(bǔ)工藝及性能研究

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【摘要】：本文以大型風(fēng)電葉片外場快速修補(bǔ)為研究背景,開展環(huán)氧樹脂基復(fù)合材料微波掃描快速修補(bǔ)技術(shù)研究。采用掃描設(shè)備成功制備出熱、力學(xué)性能良好的玻璃纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂復(fù)合材料,通過研究微波吸收劑對微波掃描固化速度及復(fù)合材料力學(xué)性能的影響,獲得了可用于微波掃描快速修補(bǔ)的微波固化樹脂體系及掃描固化工藝,通過對不同修補(bǔ)參數(shù)復(fù)合材料力學(xué)性能的研究,確定了最佳的修補(bǔ)方案,成功制備出高性能保持率的修補(bǔ)試樣,為復(fù)合材料微波掃描快速修補(bǔ)奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。(1)在研究環(huán)氧E51+DDM樹脂體系微波掃描固化特性的基礎(chǔ)上,成功制備出含膠量穩(wěn)定的玻璃纖維增強(qiáng)復(fù)合材料,通過實(shí)驗(yàn)測試復(fù)合材料的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg)、短梁剪切性能、拉伸及彎曲性能,并將其與熱固化和密閉諧振腔微波固化試樣進(jìn)行比較,同時(shí)借助掃描電鏡照片手段對實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:在熱性能方面,微波掃描固化復(fù)合材料的Tg值與密閉諧振腔微波固化復(fù)合材料相當(dāng),比熱固化復(fù)合材料提高了5.1℃;在力學(xué)性能方面,微波掃描固化復(fù)合材料的短梁剪切強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度均比密閉諧振腔微波固化和熱固化得到了不同程度的提升,拉伸強(qiáng)度和模量比熱固化試樣分別提高了7.8%和4.5%,但比密閉諧振腔微波固化分別降低了9.8%和4.3%;在固化時(shí)間方面,微波掃描固化比熱固化節(jié)約了近70%的固化時(shí)間,但比密閉腔微波固化要長32%。(2)為了進(jìn)一步提高微波掃描固化速率,選用Fe_3O_4作為微波吸收劑添加至環(huán)氧E51+DDM樹脂體系中,研究Fe_3O_4添加量對微波掃描固化速度的影響并確定最佳的Fe_3O_4添加量;制備E51+DDM+Fe_3O_4復(fù)合體系微波掃描固化復(fù)合材料,測量復(fù)合材料的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度、短梁剪切強(qiáng)度、拉伸及彎曲性能,并將其與未加Fe_3O_4純體系復(fù)合材料進(jìn)行比較,研究Fe_3O_4對復(fù)合材料性能的影響。研究結(jié)果表明:Fe_3O_4的加入能提高體系的吸波能力進(jìn)而加快體系的反應(yīng)速率,且在添加量為1%時(shí)對體系的增速效率最高;與未加Fe_3O_4純體系相比,添加1%Fe_3O_4復(fù)合體系的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度提高了1.5℃,短梁剪切強(qiáng)度及彎曲強(qiáng)度分別提升了6.5%和9.0%,拉伸模量提升了5.8%,但兩者的拉伸強(qiáng)度相當(dāng);在固化時(shí)間方面,添加1%Fe_3O_4后體系的固化時(shí)間縮短了24%,達(dá)到純體系密閉諧振腔微波固化的速度水平。(3)將添加1%Fe_3O_4環(huán)氧體系應(yīng)用于復(fù)合材料的修補(bǔ),制備不同修補(bǔ)參數(shù)包括修補(bǔ)鋪層不同鋪覆方式、不同挖補(bǔ)角度及有無添加覆蓋層微波掃描修補(bǔ)試樣,測量試樣的拉伸性能及修補(bǔ)面加載與背面加載的彎曲性能,通過性能比較確定最佳的修補(bǔ)方案;設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)將微波掃描修補(bǔ)試樣進(jìn)一步與熱固化修補(bǔ)試樣進(jìn)行性能比較。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:修補(bǔ)鋪層采用順序型方式進(jìn)行鋪覆、挖補(bǔ)角度正切值取1:20且添加覆蓋層的微波掃描修補(bǔ)試樣具有最優(yōu)的修補(bǔ)效果,其拉伸強(qiáng)度及模量保持率分別達(dá)94.4%和97.0%,修補(bǔ)面加載與背面加載的彎曲強(qiáng)度保持率分別達(dá)95.6%和92.1%,均滿足一般工程上對于復(fù)合材料修補(bǔ)后性能的要求;微波掃描修補(bǔ)試樣的拉伸性能與熱固化修補(bǔ)試樣相當(dāng),彎曲性能略高于熱固化。
【關(guān)鍵詞】：復(fù)合材料 微波掃描固化 修補(bǔ)工藝 固化度 力學(xué)性能 玻璃化轉(zhuǎn)變溫度
【學(xué)位授予單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TQ323.5;TB332
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-15
• 第一章 緒論15-24
• 1.1 風(fēng)電葉片修補(bǔ)技術(shù)15-18
• 1.1.1 風(fēng)電葉片的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢15-17
• 1.1.2 風(fēng)電葉片中主要缺陷形式17
• 1.1.3 風(fēng)電葉片的修補(bǔ)方法17-18
• 1.2 復(fù)合材料修補(bǔ)技術(shù)18-19
• 1.3 復(fù)合材料修補(bǔ)研究進(jìn)展19-22
• 1.3.1 熱固化修補(bǔ)研究進(jìn)展19-21
• 1.3.2 微波固化修補(bǔ)研究進(jìn)展21-22
• 1.4 課題研究目的及意義22
• 1.5 課題研究內(nèi)容22-24
• 第二章 環(huán)氧樹脂基復(fù)合材料微波掃描固化工藝及性能研究24-43
• 2.1 實(shí)驗(yàn)原材料及設(shè)備24-26
• 2.1.1 實(shí)驗(yàn)原材料24-25
• 2.1.2 實(shí)驗(yàn)主要設(shè)備25-26
• 2.2 樹脂基復(fù)合材料的制備26-33
• 2.2.1 不同掃描方式下固化產(chǎn)物的固化度均勻性比較26-28
• 2.2.2 微波掃描固化特性研究28-31
• 2.2.3 微波掃描固化工藝確定31-32
• 2.2.4 密閉諧振腔微波固化及熱固化工藝32-33
• 2.2.5 纖維增強(qiáng)環(huán)氧復(fù)合材料的制備33
• 2.3 不同固化方式復(fù)合材料的熱、力學(xué)性能研究33-42
• 2.3.1 樹脂含膠量比較33-34
• 2.3.2 復(fù)合材料玻璃化轉(zhuǎn)變溫度比較34-36
• 2.3.3 復(fù)合材料短梁剪切性能比較36-37
• 2.3.4 復(fù)合材料彎曲性能比較37-39
• 2.3.5 復(fù)合材料拉伸性能比較39-41
• 2.3.6 固化時(shí)間比較41-42
• 2.4 本章小結(jié)42-43
• 第三章 微波吸收劑Fe_3O_4對微波掃描固化速率及性能的影響43-54
• 3.1 實(shí)驗(yàn)材料及設(shè)備43-44
• 3.1.1 實(shí)驗(yàn)材料43
• 3.1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備43
• 3.1.3 添加Fe_3O_4環(huán)氧體系膠液的配制43-44
• 3.2 微波吸收劑Fe_3O_4對微波掃描固化速度的影響44-47
• 3.2.1 添加Fe_3O_4環(huán)氧體系固化度的測定44-45
• 3.2.2 Fe_3O_4添加量對掃描固化速度的影響45-46
• 3.2.3 Fe_3O_4對微波掃描固化反應(yīng)的增速機(jī)理探討46-47
• 3.3 添加Fe_3O_4環(huán)氧體系固化工藝研究及復(fù)合材料的制備47-49
• 3.3.1 添加Fe_3O_4環(huán)氧體系微波掃描固化特性研究47-48
• 3.3.2 添加Fe_3O_4環(huán)氧體系微波掃描固化工藝制定48
• 3.3.3 添加Fe_3O_4環(huán)氧體系復(fù)合材料的制備48-49
• 3.4 添加Fe_3O_4環(huán)氧體系復(fù)合材料微波掃描固化熱、力學(xué)性能研究49-53
• 3.4.1 添加Fe_3O_4環(huán)氧體系復(fù)合材料的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度49-50
• 3.4.2 添加Fe_3O_4環(huán)氧體系復(fù)合材料的拉伸性能研究50-51
• 3.4.3 添加Fe_3O_4環(huán)氧體系復(fù)合材料的彎曲性能研究51-52
• 3.4.4 添加Fe_3O_4環(huán)氧體系復(fù)合材料的短梁剪切性能研究52
• 3.4.5 添加Fe_3O_4環(huán)氧體系與純體系掃描固化時(shí)間的對比52-53
• 3.5 本章小結(jié)53-54
• 第四章 微波掃描修補(bǔ)復(fù)合材料力學(xué)性能研究54-73
• 4.1 微波掃描修補(bǔ)復(fù)合材料的制備54-56
• 4.1.1 待修補(bǔ)試樣的制備54-55
• 4.1.2 修補(bǔ)區(qū)域鋪層的排列方式55
• 4.1.3 修補(bǔ)區(qū)域鋪層的固化工藝55-56
• 4.2 修補(bǔ)鋪層不同鋪覆方式微波掃描修補(bǔ)試樣的力學(xué)性能對比56-60
• 4.2.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)56-57
• 4.2.2 修補(bǔ)鋪層不同鋪覆方式微波掃描修補(bǔ)試樣的拉伸性能比較57-58
• 4.2.3 修補(bǔ)鋪層不同鋪覆方式微波掃描修補(bǔ)試樣的彎曲性能比較58-60
• 4.3 不同挖補(bǔ)角度微波掃描修補(bǔ)試樣的力學(xué)性能對比60-66
• 4.3.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)60
• 4.3.2 不同挖補(bǔ)角度微波掃描修補(bǔ)試樣的拉伸性能比較60-64
• 4.3.3 不同挖補(bǔ)角度微波掃描修補(bǔ)試樣的彎曲性能比較64-66
• 4.4 未加覆蓋層與添加覆蓋層微波掃描修補(bǔ)試樣的力學(xué)性能對比66-69
• 4.4.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)66-67
• 4.4.2 未加覆蓋層與添加覆蓋層微波掃描修補(bǔ)試樣的拉伸性能比較67-68
• 4.4.3 未加覆蓋層與添加覆蓋層微波掃描修補(bǔ)試樣的彎曲性能比較68-69
• 4.5 微波掃描修補(bǔ)試樣與熱固化修補(bǔ)試樣的性能對比69-71
• 4.5.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)69
• 4.5.2 微波掃描修補(bǔ)試樣與熱固化修補(bǔ)試樣的拉伸性能比較69-70
• 4.5.3 微波掃描修補(bǔ)試樣與熱固化修補(bǔ)試樣的彎曲性能比較70-71
• 4.6 微波掃描修補(bǔ)綜合評價(jià)71
• 4.7 本章小結(jié)71-73
• 第五章 總結(jié)和展望73-75
• 5.1 本文工作總結(jié)73-74
• 5.2 后期工作展望74-75
• 參考文獻(xiàn)75-79
• 致謝79-80
• 在學(xué)期間的研究成果及發(fā)表的學(xué)術(shù)論文80

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：938803