使用微波和高压釜对碳纤维增强热固性复合材料的性能评估与多物理过程建模

《Polymer Composites》：Performance Evaluation and Multiphysics Process Modeling of Carbon Fiber Reinforced Thermoset Composites Using Microwave and Autoclave

使用IM7/Cycom 5320-1单向预浸料制造16层层压复合材料，对比微波固化与autoclave固化的质量、孔隙率和力学性能，发现两者性能接近。基于COMSOL建立多物理场模型预测固化程度与温度分布，验证模型并拓展研究不同功率和厚度下的温度场分布。

　　

摘要

在本研究中，使用了IM7/Cycom 5320-1单向预浸料制备了16层层压复合材料：一种是对称的交叉层压结构（[0°/90°]_4s），另一种是准各向同性的结构（[45°/90°/?45°/0°]_2s）。层压复合材料的制造采用了微波固化法和高压釜固化法。通过差示扫描量热法（DSC）对制备的复合材料进行了固化程度评估。通过光学显微镜和微计算机断层扫描（micro-CT）比较了微波固化部件与高压釜固化部件的质量和孔隙率。对微波固化板材的机械性能进行了单轴拉伸和弯曲试验，并将结果与高压釜固化样品进行了对比。实验结果表明，微波固化部件的孔隙率和机械性能与高压釜固化部件几乎相同。开发了一种基于COMSOL的多物理场建模方法，用于预测复合材料的固化程度和温度分布。数值结果与DSC分析的结果进行了验证，温度分布也与制造商推荐的固化工艺进行了对比。该多物理场模型随后被用于参数研究，以预测在实际微波输入功率的90%、95%、105%和110%时的温度分布。此外，该模型还模拟了不同层压厚度（5毫米、3.75毫米、2.5毫米和1.25毫米）下的温度分布。

图形摘要

制造和工艺建模。

利益冲突

作者声明没有利益冲突。