樹脂基復合材料無損檢測標樣制備的研究

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1、．．ii：：}：!：．iiii墜。。，!。。l：；；：。；：!。。StandardPreparationofRezine-MatrixCompositesStructureforNondestructiveInspection上海飛機制造有限公司航空制造技術研究所張冬梅劉衛(wèi)平劉奎于光周暉北京航空航天大學材料科學與工程學院葉金蕊張博明侯進森張冬梅博士．副研究員．上海飛機制造有限飛公司航研所復合材料制造技術中心副主任．主任研發(fā)工程師．長期從事復合材料結構的制造工藝研究爰無損檢測技術研究。樹脂基復合材料l{11

2、：具有高比強、高比模、耐高溫、耐腐蝕、耐疲勞、阻尼減震性好、破損安全性好、性能可設計等優(yōu)點，已發(fā)展成為航空航天結構的基本材料。但同時也應該認識到，樹脂基復合材料由纖維、基體、界面組成，其微觀構造是一個不均勻74航空制造技術·2011年第20期由于在鋪層等過程中的人為因素以及工藝質量的不穩(wěn)定性使得復合材料制件的質量具有一定的隨機性，不可避免地會有缺陷產生。因此。對其中缺陷的有效檢測，是保證復合材料制件質量的必要手段。和多向異性的的多相體系。在復合材料的復合固化成型過程中，預浸料常常會由于吸濕帶有水分或者其本

3、身含有小分子雜質、溶劑等揮發(fā)性物質，這些極易導致復合材料中形成孔隙、分層等缺陷。同時，由于在鋪層等過程中的人為因素以及工藝質量的不穩(wěn)定性使得復合材料制件的質量具有一定的隨機性，不可避免的會有缺陷產生。因此。對其中缺陷的有效檢測，是保證復合材料制件質量的必要手段[I-3]。目前，通常使用超聲法、射線法、聲發(fā)射法等無損檢測的方法對復合材料缺陷進行檢測?。檢測過程中，為了設備運行正常和檢測結果的準確度．常需要一系列的標準樣品。本文針對樹脂基復合材料成型過程中最常見的分層、7L隙、夾雜3種缺陷標樣的制備進行了研究

4、?。試驗1試驗原材料與儀器設備原材料：預浸料；聚四氟乙烯膜。設備：BX51M金相顯微鏡．Panametrie5058PR超聲波發(fā)射接收儀、超聲c掃描控制系統(tǒng)；FJG—YB型熱壓罐。2試驗方法(1)等厚層板?！ぶ醒電A雜缺陷。設計尺寸為320mmx360mm、厚分別為2mm、4ram、8ram的準各項同性層板。采用直徑依次為l2ram、9ram、6mm、4ram、3rnm、2mm，厚度為0．127ram和0．025mm的聚四氟乙烯薄片(PTFE)模擬夾雜缺陷，較薄的聚四氟乙烯片用兩層疊放于一起。鋪層過程中將“

5、缺陷”預埋在圖I所gQ凹巳Q§lI曼sII量工!絲魚．：ii：業(yè)示位置?！み吘壏謱尤毕?。設計尺寸為118mm×270ram、厚為4ram的準各項同性層板。采用鋼片模擬邊緣分層缺陷。鋪層過程中將端部剪成梯形的鋼片用脫模布包裹并涂抹脫模劑預埋在零件邊緣位置。固化成型之后，將鋼片拔出，使用樹脂將產生的孔洞邊緣密封。形成邊緣分層的缺陷。·孔隙缺陷。采用未壓實法和粉末法兩種方法模擬孑L隙缺陷。未壓實法：設計尺寸為200mm×300mm、厚為4ram的準各項同性層板。在整個鋪層過程中均不使用真空袋進行預壓實，鋪層完成

6、后直接熱壓罐固化，希望未經預壓實而形成自然孔隙。粉末法：設計4塊尺寸為100ram×150mm、厚為4ram的準各項同性層板，在鋪層過程中分別潑灑聚四氟乙烯粉末(PTFE粉末)、三氧化二鋁粉末、銅粉、玻璃微球4種粉末，將每種粉末平均分成5份，在鋪層過程中每隔3層預浸料使用1份粉末。本試驗模擬孔隙率為2％的孔隙缺陷，4種粉末的用量甜(質量)按式(1)進行確定f5-q：擊12毋12：卜一●4,9≯9上卜一●一一一●■西6擊64,6上——一Q擊44,4西4西4：西3擊34,3西3：1西2擊2擊2：．．——●——

7、———1●一————．40。一40．．4040一i。40。40一i一40．(a)“缺陷”在俯視圖中的位置厚片厚片，從上表面算起兩層薄片兩中心層之間第二層與第三層之間兩中心層之間：，i＼、j／l上十下半厚片，從下表面算起第二層與第三層之間(h)“缺陷”在厚度方向上的位置圖1“缺陷”在層板中的位置∞=100×150×4×2％／p，(1)式中，p為該粉末的密度，單位為一3g．mmO(2)非等厚層板。非等厚層板按圖2進行鋪放，16層預浸料寬均裁為200ram，長按圖2(a)的要求裁剪，且從下至上預浸料方向為準各項

8、同性。圖2(a)中黑色粗線段為模擬缺陷在厚度方向中的位置，圖2(b)則是不同大小模擬缺陷的分布。仍然采用直徑分別為3mm、6ram、9ram，厚0．127mm的聚四氟乙烯薄片。(3)加筋壁板。本試驗模擬了T型加筋壁板中的夾雜缺陷，將未固化的T型筋條與經過預固化的蒙皮通過共膠接的方式連接在一起。仍然采用厚0．127ram的聚四氟乙烯薄片模擬缺陷，缺陷位于T型梁兩側與蒙皮的粘接面，均勻排布于T型筋條兩側的蒙皮表面內。標準樣品的檢測