[发明专利]一种构建复合材料可控波纹缺陷的方法

说明书

技术领域

本发明涉及复合材料性能评估领域，具体涉及一种构建复合材料可控波纹缺陷的方法，用于制备含波纹缺陷的复合材料层合板，为定量研究波纹/皱褶类缺陷对复合材料力学性能的影响奠定基础。

背景技术

波纹/皱褶类缺陷是复合材料生产过程中一种极为常见的缺陷，主要有面内波纹和面外波纹两大类。波纹产生的原因是多种多样的，如纤维缠绕过程中增强纤维局部屈曲，环向缠绕张力压迫下层纤维，基体/纤维/模具之间热膨胀系数不匹配引起残余应力等。波纹缺陷能够引起复合材料刚度、强度显著下降，应力集中、裂纹萌生，容易诱发复合材料发生剪切破坏，导致复合材料结构件过早失效，严重影响复合材料性能和制约复合材料应用。

在复合材料大制件中不可避免地会存在波纹缺陷，随着复合材料大制件越来越广泛的应用，这种缺陷越来越受到人们的关注。为准确预测波纹缺陷对复合材料力学性能影响，开展对复合材料刚度、强度、失效机制的评估，构建可控波纹缺陷是首先需要解决的问题。

目前，国内开展复合材料波纹缺陷研究工作的科研院校与企业较少，也鲜有公开发表与波纹缺陷相关的科研成果。国外早在上世纪90年代就开始研究缺陷对复合材料力学性能的影响，相关研究主要集中在碳纤维预浸料领域。实际上许多复合材料大制件生产主要是使用玻璃纤维增强材料，干的玻璃纤维织物与碳纤维预浸料完全不同，前者不容易固定，此外还要考虑成型过程中树脂的浸润、渗透和传递过程，所以不可能借鉴碳纤维预浸料构建波纹缺陷的方法。因此，如何利用干纤维织物构建可控波纹缺陷，模拟工业生产过程中复合材料结构件中频繁出现的波缺陷，成为亟需解决的问题。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种构建复合材料波纹缺陷的方法，用于制备含波纹缺陷的复合材料层合板，为定量研究波纹/皱褶类缺陷对复合材料力学性能的影响奠定基础。

为了实现这一目的，本发明所采用的技术方案是：一种构建复合材料可控波纹缺陷的方法，其为制作均一波纹缺陷时，采用以下步骤：

1)在钢化玻璃模具上依次铺放第一根大刚度金属丝、下层脱模布、干纤维织物和上层脱模布，用密封胶分别将大刚度金属丝两端与上下两层脱模布均固定在钢化玻璃模具上；

2)在上层脱模布上再铺设两根大刚度金属丝，两根大刚度金属丝与第一根大刚度金属丝平行放置，并且与第一根大刚度金属丝的距离均相等，最后铺设导流网；

3)在整个体系气密性良好情况下，采用真空辅助树脂注射成型工艺(VARI)完成均一波纹缺陷的制作。

按上述方案，所述的大刚度金属丝为钢丝。

按上述方案，所述的大刚度金属丝的截面为圆形，其长度比干纤维织物层宽度长8mm-12mm。

按上述方案，步骤2)所述的两根大刚度金属丝的两端利用密封胶固定在钢化玻璃模具上，并将大刚度金属丝两端用密封胶垫起，其垫起高度等于干纤维织物铺层厚度。

本发明提出的另一技术方案，一种构建复合材料波纹缺陷的方法，其为制作梯度波纹与局部波纹缺陷时，采用以下步骤：

1)在钢化玻璃模具上依次铺放第一根大刚度金属丝、下层脱模布、干纤维织物和上层脱模布，用密封胶分别将大刚度金属丝两端与上下两层脱模布均固定在钢化玻璃模具上；

2)在上层脱模布上再铺设两根大刚度金属丝，两根大刚度金属丝与第一根大刚度金属丝平行放置，并且与第一根大刚度金属丝的距离均相等，最后铺设导流网；

3)在整个体系气密性良好情况下，采用真空辅助树脂注射成型工艺(VARI)完成预成型均一波纹薄板的制作；

4)将制得的预成型均一波纹薄板的凹面朝上，并放置在干纤维织物层中，在体系气密性良好的情况下，采用真空辅助树脂注射成型工艺(VARI)完成梯度波纹与局部波纹缺陷的制作。

按上述方案，所述的大刚度金属丝为钢丝。

按上述方案，所述的大刚度金属丝的截面为圆形，其长度比干纤维织物层宽度长8mm-12mm。

按上述方案，步骤2)所述的两根大刚度金属丝的两端利用密封胶固定在钢化玻璃模具上，并将大刚度金属丝两端用密封胶垫起，垫起高度等于干纤维织物铺层厚度。

按上述方案，步骤4)所述预成型均一波纹薄板置于干纤维织物层的中间位置。