答辩博士：韩宁
指导老师：安鲁陵
论文题目：玻璃纤维/Elium复合材料VARTM固化技术基础研究
答辩委员会：
主席：蒋书运 教授 东南大学
委员：陆宝春 教授 南京理工大学
周来水 教授 南京航空航天大学
李 勇 教授 南京航空航天大学
王小平 教授 南京航空航天大学
秘书：鲍益东 副教授 南京航空航天大学
时间：2021年06月10日9:00
地点：南航明故宫校区6#201
学位论文简介：
实现FRTPCs的低成本制造，并进一步拓宽其应用范围，是复合材料行业发展关注的热点方向。与传统热塑性树脂相比，Arkema公司开发的Elium树脂能够采用真空辅助树脂传递模塑成型技术(Vacuum Assisted Resin Transfer Molding, VARTM)制备。此成型技术操作简单，制造成本低，使热塑性复合材料高性能和低成本制造成为可能，但成型过程中的一些关键问题尚未见报道，Elium复合材料固化技术与零件性能之间的关联尚不明确。本文以玻璃纤维/Elium热塑性复合材料为研究对象，开展Elium复合材料VARTM固化技术基础性研究工作，主要包括：Elium复合材料VARTM固化机理研究，固化温度场研究，固化工艺参数影响零件层间力学性能和界面力学性能研究等，具体研究工作和成果如下：
(1)建立了Elium树脂的固化动力学模型，并通过水浴实验验证此模型的准确性。在此基础上，建立了玻璃纤维/Elium复合材料VARTM固化热化学模型，为研究玻璃纤维/Elium复合材料VARTM固化期间零件的内部温度场和固化度场变化、优化工艺参数和提高固化质量提供理论指导。
(2)针对厚Elium复合材料零件在固化过程中存在的固化温度场分布不均匀问题进行研究。首先，对VARTM成型的不同厚度零件的密度、纤维体积分数和孔隙率等进行实验研究，揭示厚度对上述零件性质的影响规律。其次，建立能够预测零件的温度场和固化度场的有限元模型，并通过实验验证此模型的准确性。最后，研究零件厚度及模具温度对固化过程中零件温度场的影响规律。
(3)对VARTM成型工艺温度对玻璃纤维/Elium复合材料零件层间剪切强度和断裂韧性的影响进行研究,获得了不同工艺温度下成型零件的层间剪切强度，Ⅰ型断裂韧性和Ⅱ型断裂韧性值，揭示了工艺温度对玻璃纤维/Elium复合材料零件层间力学性能的影响规律，并提出了Elium复合材料零件VARTM成型的最佳工艺温度。
(4)研究了工艺温度对玻璃纤维/Elium复合材料界面性能影响，建立可以描述不同工艺温度下成型的玻璃纤维/Elium复合材料零件分层损伤的内聚力模型，并通过实验验证了模型的准确性。基于建立的模型，获得了不同工艺温度下成型的玻璃纤维/Elium复合材料零件内聚力模型中的界面刚度和界面强度，进而揭示了工艺温度对玻璃纤维/Elium复合材料界面性能的影响规律。
主要创新点如下：
（1）针对玻璃纤维/Elium复合材料VARTM固化过程中存在的固化温度场分布不均匀问题进行研究。提出了玻璃纤维/Elium复合材料VARTM固化的热化学模型，分析了复合材料构件固化过程中温度场和固化度场分布。揭示了不同厚度构件在不同模具温度下固化温度，为优化工艺温度参数提供理论指导。
（2）针对复合材料层合结构中最常见的分层缺陷问题，提出了通过升高工艺温度提高玻璃纤维/Elium复合材料层间力学性能的方法。通过实验研究，获得了不同工艺温度下成型零件的层间剪切强度，Ⅰ型断裂韧性和Ⅱ型断裂韧性值，揭示了工艺温度对玻璃纤维/Elium复合材料零件层间力学性能的影响规律。
（3）建立了可以描述在不同工艺温度下成型的玻璃纤维/Elium复合材料构件分层损伤的内聚力模型，获得了不同工艺温度下成型的玻璃纤维/Elium复合材料构件内聚力模型中的关键参数刚度和强度，揭示工艺温度对玻璃纤维/Elium复合材料界面性能的影响规律。
