【摘要】：碳纖維增強樹脂基復合材料由于輕質(zhì)高強等優(yōu)異性能在航空航天領(lǐng)域得到廣泛應用。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,在復合材料制造領(lǐng)域具有廣闊應用前景,但目前碳纖維增強樹脂基復合材料的微波固化機理尚不明確、微波固化工藝尚不成熟。結(jié)合國家自然科學基金和航空制造行業(yè)的重大實際需求,本文針對上述問題進行了深入研究。主要成果如下:(1)基于DSC熱分析方法和自催化模型,建立了碳纖維增強樹脂基復合材料微波固化動力學模型,揭示了碳纖維增強樹脂基復合材料在微波固化過程中的反應機理,并對該模型的有效性進行了分析。(2)提出了基于固化特征點的碳纖維增強樹脂基復合材料微波固化過程中的各向異性介電常數(shù)離線測量方法,并基于德拜理論和碳纖維微觀結(jié)構(gòu)揭示了復合材料復介電常數(shù)隨固化度的變化機理。此外,本文在多層反射率模型基礎(chǔ)上建立了碳纖維增強樹脂基復合材料微波固化過程中的吸波模型,研究了材料厚度、鋪層方向和固化度對材料吸波性能的影響。(3)設(shè)計了碳纖維增強樹脂基復合材料微波固化溫度工藝曲線�？紤]微波固化動力學、微波固化過程中的吸波性能變化和固化應力三方面的影響,給出了固化溫度、固化時間、升降溫速率和交變頻率等工藝參數(shù)的計算方法。(4)對本文設(shè)計的碳纖維增強樹脂基復合材料微波固化溫度工藝曲線進行了實驗驗證,對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性能、固化應力、固化周期和能耗。對五組典型復合材料試樣的各項測試數(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的傳統(tǒng)微波固化工藝,本文設(shè)計的交變升降溫微波固化溫度工藝曲線固化出的復合材料殘余應力降低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,其他力學性能均提升10%以上。
【圖文】：

圖 1.1 復合材料在飛機上的應用趨勢展，，CFRP 復合材料在飛機主承力復雜曲面構(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，復合材料的應本降低 15%～30%[7,8]。隨著復合材料設(shè)計制造技術(shù)的不斷

圖 1.2 CFRP 復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該頻率與常見高分子材料中的極性分子振動頻率相近，因此可用于樹脂的固化成型。采用微波對 CFRP 復合材料進行固化時，材料中的極性分子會出現(xiàn)介電極化現(xiàn)象，極化電場矢量與外加(a) 波音 787 機身段進熱壓罐固化 (b) 波音 777X 左翼蒙皮進熱壓罐固化
【學位授予單位】：南京航空航天大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：V261.97

【參考文獻】

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本文編號：2669556