Методика испытания ненасыщенной проницаемости композитных преформ как функции коэффициента наполнения

Технологические вопросы производства композитных конструкций летательных аппаратов

2026. Т. 33. № 3. С. 178-186.

Авторы

Шабалин Л. П.*, Пузырецкий Е. А.**, Хамидуллин О. Л.***, Салихов Н. Ф.****

Казанский национальный исследовательский технический университет имени А.Н. Туполева – КАИ, Казань, Россия

*e-mail: lpshabalin@kai.ru
**e-mail: EAPuzyretskiy@kai.ru
***e-mail: olkhamidullin@kai.ru
****e-mail: NFSalikhov@kai.ru

Аннотация

В работе представлена методика определения ненасыщенной проницаемости композитных преформ как функции коэффициента наполнения в рамках одного эксперимента. Предлагаемый подход позволяет сократить количество необходимых образцов и трудозатраты при испытаниях, что особенно актуально при работе с 3D-ткаными преформами. Методика основана на сопоставлении результатов испытаний ненасыщенной и насыщенной проницаемости одного и того же образца с последующим пересчетом данных через коэффициент пропорциональности. Апробация проведена на композитных 3D-тканых преформах. Результаты показали, что полученные значения ненасыщенной проницаемости удовлетворительно совпадают со стандартными методами испытаний, при этом погрешность не превышает 11,7%. Разработанный подход обеспечивает значительное упрощение экспериментальной процедуры и может быть использован для оптимизации расчетов при прогнозировании процессов пропитки в технологии трансферного формования.

Ключевые слова:

ненасыщенная проницаемость, насыщенная проницаемость, коэффициент наполнения композиционного материала, методики испытаний проницаемости преформы, трансферное формование (RTM), 3D-тканые композитные преформы, закон Дарси, пропитка связующим

Список источников

  1. Patel N, Lee LJ. Modeling of void formation and removal in liquid composite molding. Part I: Wettability analysis. Polymer Composites. 1996;17(1):96–103. 
  2.  Patel N, Lee LJ. Modeling of void formation and removal in liquid composite molding. Part II: Model development and implementation. Polymer Composites. 1996;17(1):104–114.
  3.  Тюканько В.Ю., Ширина Т.В., Алимжанов О.Д. и др. Перспективы исследования смачивания ротационных композитов на основе полиолефинов // Актуальные проблемы естественных наук: Материалы ХII Международной научно-практической конференции (12 апреля 2024). Петропавловск: СКУ им. М. Козыбаева, 2024. С. 471–475.
  4.  Ruiz E, Achim V, Soukane S, et al. Optimization of injection flow rate to minimize micro/macro-voids formation in resin transfer molded composites. Composites Science and Technology. 2006;66(3-4):475–486. DOI: 10.1016/j.compscitech.2005.06.004
  5.  Rohatgi V, Patel N, Lee LJ. Experimental investigation of flow‐induced microvoids during impregnation of unidirectional stitched fiberglass mat. Polymer Composites. 1996;17(2):161–170. DOI: 10.1002/pc.10601
  6.  Пузырецкий Е.А., Донецкий К.И., Шабалин Л.П. и др. Теоретико-экспериментальное исследование вакуумного формования семипрегов на основе углеродных наполнителей (ленты и ткани) и расплавного эпоксидного связующего // Авиационные материалы и технологии. 2024. № 2(75).  С. 109-121. DOI: 10.18577/2713-0193-2024-0-2-109-121 
  7.  Puzyretskii EA, Shabalin LP, Savinov DV, et al. Modeling and Optimization of Manufacturing Processes of the Hybrid Composite Propeller Blade. Russian Aeronautics. 2022; 65(3):590-599. DOI: 10.3103/S1068799822030218
  8.  Величко А. МС-21 – лайнер с «черным» крылом. 2016. URL: https://aviation21.ru/ms-21-lajner-s-chyornym-krylom/ 
  9.  Han KK, Lee CW, Rice BP. Measurements of the permeability of fiber preforms and applications. Composites Science and Technology. 2000;60(12):2435-2441. DOI: 10.1016/S0266-3538(00)00037-3
  10.  Tan H, Roy T, Pillai KM. Variations in unsaturated flow with flow direction in resin transfer molding: An experimental investigation. Composites Part A: Applied Science and Manufacturing. 2007;38(8):1872-1892. DOI: 10.1016/j.compositesa.2007.03.002
  11.  Naik NK, Sirisha M, Inani A. Permeability characterization of polymer matrix composites by RTM/VARTM. Progress in Aerospace Sciences. 2014;65:22–40. DOI: 10.1016/j.paerosci.2013.09.002
  12.  Shojaei A, Trochu F, Ghaffarian R, et al. An experimental study of saturated and unsaturated permeabilities in resin transfer molding based on unidirectional flow measurements. Journal of Reinforced Plastics and Composites. 2004;23(14):1515-1536. DOI: 10.1177/0731684404039787
  13.  Bréard J, Henzel Y, Trochu F, et al. Analysis of dynamic flows through porous media. Part I: Comparison between saturated and unsaturated flows in fibrous reinforcements. Polymer Composites. 2003;24(3):391-408. DOI: 10.1002/pc.10038
  14.  Michaud V. A review of non-saturated resin flow in liquid composite moulding processes. Transport in Porous Media. 2016;115(3):581–601. DOI: 10.1007/s11242-016-0629-7
  15.  Пузырецкий Е.А., Хамидуллин О.Л., Шабалин Л.П. и др. Методика испытания ненасыщенной проницаемости преформ композиционного материала на основе анализа объемного расхода жидкости // Вестник Московского авиационного института. 2025. Т. 32. № 4. С. 95-102. URL: https://vestnikmai.ru/publications.php?ID=186671
  16.  Patiño I, Vargas C, Vanegas J. Methods for permeability measurements of fibrous reinforced preforms. Revista Facultad de Ingeniería Universidad de Antioquia. 2014(72):186-202. DOI: 10.17533/udea.redin.15454
  17.  Sharma S, Siginer DA. Permeability Measurement Methods in Porous Media of Fiber Reinforced Composites. Applied Mechanics Reviews. 2010;63(2):020802-1 to 020802-19. DOI: 10.1115/1.4001047
  18.  Lionetto F, Montagna F, Maffezzoli A. Out‑of‑plane permeability evaluation of carbon fiber preforms by ultrasonic wave propagation. Materials. 2020; 13(12):2684. DOI: 10.3390/ma13122684
  19.  ISO/DIS 24823. Test method for the experimental characterisation of out‑of‑plane permeability of fibrous reinforcements for liquid composite moulding. Geneva: ISO, 2026.
  20.  Vernet N, Ruiz E, Advani S, et al. Experimental determination of the permeability of engineering textiles: Benchmark II. Composites Part A: Applied Science and Manufacturing. 2014;61(6):172-184. DOI: 10.1016/j.compositesa.2014.02.010
  21.  Dei Sommi A, Lionetto F, Maffezzoli A. An overview of the measurement of permeability of composite reinforcements. Polymers. 2023;15(3):728. DOI: 10.3390/polym15030728

mai.ru — информационный портал Московского авиационного института

© МАИ, 1994-2026