题目：车用连续纤维增强树脂基复合材料快速成型技术研究

近年来，随着先进复合材料技术向汽车、能源、建筑等民用工业领域的扩展，对高效率低成本复合材料技术需求更加迫切。目前，在快速固化树脂体系、快速成型装备以及快速成型复合材料质量控制理论与方法等方面，都还亟待系统深入的研究，以满足复合材料在汽车等领域的工程应用需求。本论文主要针对连续碳纤维、玻璃纤维增强环氧树脂基复合材料及汽车行业对生产效率的要求，围绕液体成型、缠绕模压工艺中如何实现快速成型固化和成型质量控制等问题开展材料及工艺技术研究，旨在开发具有快速固化和良好性能的环氧树脂体系，发展复合材料快速成型工艺理论，掌握快速成型工艺条件对复合材料成型质量的影响规律及主控因素，为汽车用高性能复合材料技术的发展和应用奠定重要的理论与技术基础。

本文首先针对快速液体成型工艺，开发了以复配型固化剂为核心的快速固化环氧树脂体系，考察了组份配比对树脂体系化学反应特性的影响，并研究树脂体系的流变特性和性能。研究发现，改性脂肪胺在较低温度下的固化放热特性可以加快树脂体系的初期升温和反应速度，使咪唑固化剂在短时间内诱导环氧基团发生开环聚合，进而基于阴离子连锁聚合机理实现环氧树脂的快速固化。采用优化的配方，树脂固化过程放热平缓，无集中放热和爆聚现象，同时兼顾较高的力学性能和耐热性能，为复合材料快速液体成型工艺提供了材料和工艺设计基础。

在快速固化树脂体系开发的基础上，采用真空辅助树脂灌注工艺制备单向碳纤维复合材料层板，成型时间可控制在16min以内。为进一步缩短成型时间，发展了碳纤维自通电加热电压和加热时间的定量关系式，设计了程序可控碳纤维自通电和硅橡胶辅助加热两种快速加热方法，系统研究了加热、冷却方法及温度制度等对复合材料成型效率和质量的影响，揭示了快速固化和冷却工艺对复合材料层板残余应力的影响规律，阐明了工艺参数对复合材料成型质量的作用机制，最终优化的工艺方案在保证成型质量的前提下，将成型固化时间缩短为7.5min以内。

针对某型汽车复合材料板簧快速缠绕模压成型的需要，开发了酸酐为固化剂的缠绕成型用快速固化环氧树脂体系，重点考察固化剂组份、固化温度、固化时间等对树脂体系固化特性和固化物性能的影响，优化后的树脂体系120℃下固化时间可控制在15min以内。研究发现，促进剂是调控环氧树脂/酸酐体系快速固化行为的关键，并得到了优化的树脂体系配方，进而采用该树脂制备单向玻璃纤维复合材料层板，考察了复合材料层板的基本物理力学性能及老化特性，为缠绕模压成型工艺提供了结构、材料和工艺设计基础。

在所开发缠绕模压成型用环氧树脂体系的基础上，研究了快速热压工艺条件对玻璃纤维复合材料层板成型质量的影响，重点分析了复合材料层板脱模后残余应力形成与变形规律。结果表明，固化时间和脱模温度对层板的脱模变形有重要影响，在试验范围内，为了保证较小的脱模变形，树脂的固化度应控制在90%以上，而脱模温度应低于复合材料层板玻璃化转变温度15℃以上。

最后，基于等应力设计准则，采用解析分析和有限元优化模拟相结合的方法，设计了等截面、变厚度、单片式复合材料板簧，并结合缠绕成型工艺的成型特点，设计了具有纤维落纱导引功能的一模双腔式复合材料板簧缠绕成型模具。在此基础上，采用缠绕模压成型工艺，制备玻璃纤维/环氧复合材料板簧，重点考察了缠绕张力和热压工艺制度等关键工艺参数对复合材料板簧缠绕成型质量的影响，揭示了复合材料板簧缠绕成型质量关键影响因素和作用机制，阐明了复合材料板簧缠绕热压密实机制，提出了复合材料板簧缠绕热压密实模型。采用优化的缠绕模压成型工艺，成功制备出弯曲疲劳寿命达22万次以上的复合材料板簧，达到设计要求。研究结果对复合材料板簧的批量化制备技术开发和规模化应用具有重要促进作用。