采用無屈曲織物(NCF)、CYCOM?890RTM 樹脂體系和聚甲基丙烯酰亞胺(PMI)泡沫以及真空輔助樹脂灌注成型工藝(VARI)成型泡沫夾芯復(fù)合材料平板，結(jié)合力學(xué)性能測(cè)試和微觀結(jié)構(gòu)分析等手段研究了成型過程中抽膠對(duì)夾芯板界面質(zhì)量以及纖維體積分?jǐn)?shù)的影響，分析產(chǎn)生的缺陷類型及原因，優(yōu)化了工藝參數(shù)。結(jié)果表明：抽膠有利于提高泡沫夾芯板的纖維體積分?jǐn)?shù)和力學(xué)性能，在100～120℃溫度范圍內(nèi)進(jìn)行30min的抽膠，工藝穩(wěn)定，層間剪切強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度顯著提高。

　　真空輔助樹脂灌注成型工藝(vacuum assistedresin infusion，VARI)以其低成本、高質(zhì)量、工藝方法靈活的優(yōu)勢(shì)逐漸成為制備大尺寸、大厚度復(fù)雜制件的新型方法。

　　泡沫夾芯復(fù)合材料作為一種高效復(fù)合結(jié)構(gòu)材料，結(jié)合了復(fù)合材料面板的高強(qiáng)度和泡沫芯材的低密度，在陸運(yùn)、海運(yùn)、航空航天及建筑等領(lǐng)域應(yīng)用前景廣闊。目前普遍使用的泡沫夾芯復(fù)合材料都存在面板與泡沫芯材粘結(jié)強(qiáng)度低的問題，在外荷作用下，面板和芯材之間極易發(fā)生粘。面板與芯材的粘結(jié)強(qiáng)度主要取決于樹脂對(duì)面芯界面的浸潤(rùn)和最終的固化成型。同時(shí)，原材料性能和成型工藝方法也影響固化反應(yīng)進(jìn)行，從而影響界面粘結(jié)強(qiáng)度。

　　國(guó)外學(xué)者對(duì)夾芯結(jié)構(gòu)的破壞理論研究較多，主要針對(duì)界面破壞進(jìn)行數(shù)值分析，工藝的復(fù)雜性和不穩(wěn)定性成為阻礙夾芯結(jié)構(gòu)復(fù)合材料工藝控制理論發(fā)展的重要因素。而VARI中的抽膠工藝直接影響夾芯結(jié)構(gòu)中面板和界面處的樹脂含量，在最佳的樹脂含量范圍內(nèi)可獲得較優(yōu)的力學(xué)性能。

　　本文中采用VARI工藝成型泡沫夾芯復(fù)合材料板，結(jié)合力學(xué)性能測(cè)試和微觀分析等手段，研究了成型過程中工藝參數(shù)對(duì)夾芯板界面質(zhì)量以及纖維體積分?jǐn)?shù)的影響，并分析產(chǎn)生的缺陷類型及原因，制定VARI工藝成型泡沫夾芯結(jié)構(gòu)有效的工藝設(shè)計(jì)與控制方法，保證制品成型質(zhì)量，為復(fù)合材料泡沫夾芯結(jié)構(gòu)的應(yīng)用提供技術(shù)基礎(chǔ)。

　　1、實(shí)驗(yàn)材料及方法

　　1.1、原材料及設(shè)備

　　原材料：增強(qiáng)材料為±45°雙軸向無屈曲織物(NCF)，單層厚0.27mm，碳纖維T700，密度1.80kg/m3，面密度為260.42g/cm²；樹脂體系為CYCOM 890 RTM，由美國(guó)Cytec　EngineeredMaterials公司生產(chǎn)；泡沫芯材為ROHACELL?71WF聚甲基丙烯酰亞胺(PMI)硬質(zhì)泡沫，100%閉孔結(jié)構(gòu)，厚10mm，由德國(guó)贏創(chuàng)德固賽公司生產(chǎn)。

　　1.2、復(fù)合材料泡沫夾芯板制備

　　實(shí)驗(yàn)采用真空輔助樹脂灌注(vacuum assistedresin infusion，VARI)成型工藝制備復(fù)合材料泡沫夾芯板。工藝流程圖見圖1。

圖1　泡沫夾芯板的制備工藝流程

　　實(shí)驗(yàn)根據(jù)夾芯結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)ASTMC 393/C393M-06和ASTM C 273/C273M-07確定泡沫夾芯板的鋪層順序?yàn)閇±45°/±45°/±45°/泡沫/45°/45°/45°]。夾芯板成型過程中，注膠管和抽氣管位置固定，導(dǎo)流網(wǎng)上下滿鋪。為了避免夾芯板內(nèi)部出現(xiàn)干斑等問題，將抽氣管附近的導(dǎo)流網(wǎng)適當(dāng)縮短10～20mm。同時(shí)為了保證夾芯板厚度的均勻性，采用雙真空袋工藝。具體實(shí)驗(yàn)裝置如圖2所示。在本實(shí)驗(yàn)中，抽膠定義為關(guān)閉注膠管后，繼續(xù)使抽氣管抽氣，一段時(shí)間后再關(guān)閉。

　　根據(jù)RTM890樹脂的流變性能和固化特性，確定樹脂的注射溫度為80℃，固化工藝制度為160℃/2h+180℃/2h。實(shí)驗(yàn)在80℃注膠30min后，分別在抽膠溫度為80、100、120、140、160℃下，選擇抽膠時(shí)間為0、10、30、60、120min，成型復(fù)合材料泡沫夾芯板。

圖2　制備泡沫夾芯板的實(shí)驗(yàn)裝置圖

　　1.3、測(cè)試與表征

　　采用Instron 5982力學(xué)性能測(cè)試機(jī)對(duì)復(fù)合材料泡沫夾芯板進(jìn)行彎曲和剪切性能測(cè)試；采用奧林巴斯BX51M 光學(xué)顯微鏡以及JSM-5800掃描電子顯微鏡(SEM)對(duì)夾芯板的界面狀態(tài)進(jìn)行微觀表征。

　　3、結(jié)論

　　(1)抽膠處理有利于提高面板纖維體積分?jǐn)?shù)，當(dāng)抽膠到一定程度后纖維體積分?jǐn)?shù)基本保持不變，維持在55%左右。

　　(2)抽膠溫度和抽膠時(shí)間對(duì)面板夾芯的界面有較大影響，在該樹脂體系下，在100～120℃之間進(jìn)行30min左右的抽膠處理，能實(shí)現(xiàn)工藝穩(wěn)定，得到良好界面。

　　(3)面板的纖維體積分?jǐn)?shù)和面板芯材的界面層制約著結(jié)構(gòu)件的承載能力，對(duì)抽膠工藝進(jìn)行優(yōu)化控制，在保證厚度要求的同時(shí)，能得到綜合性能優(yōu)異的復(fù)合夾芯結(jié)構(gòu)。