CN101352926B - 一种大型夹芯复合材料制件的真空辅助成型工艺方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出的大型夹芯复合材料制件的真空辅助成型工艺方法为：在泡沫芯材底面开置一组平行的沟槽，将纤维织物在已处理的模具上按规定的厚度进行铺层作业，再将已开槽的泡沫芯材放置在铺敷完毕的织物上，其中泡沫芯材的沟槽加工面与已铺敷的织物相接触，在泡沫芯材上再铺敷规定厚度的织物；在泡沫芯材开设沟槽的一端设置导流管，在另一端设置真空管；采用真空密封袋膜和密封胶带将上述的织物进行密封作业；待密封袋膜内的真空压力≤-0.095Mpa时，将树脂溶液通过注胶导入导流管与导流布组成的树脂导流系统，当树脂完全浸润纤维织物后，停止注胶和抽真空，注入的树脂在放热固化之后，在室温条件下再固化24小时以上获得夹芯复合材料。

Description

一种大型夹芯复合材料制件的真空辅助成型工艺方法
技术领域
本发明属于复合材料成型技术领域，主要提出一种大型夹芯复合材料制件的真空辅助成型工艺方法。
背景技术
泡沫夹芯复合材料一般是由三层材料制成，上下层是高强度、高模量材料制造的面板，中间层是低密度的泡沫塑料，组成一个结构整体。由于泡沫芯材的存在，两个面板保持了一定距离，使截面的惯性矩得到增加，这样既提高了结构的弯曲刚度，又充分利用了材料强度，使材料达到理想的结构性能，同时减轻重量，提高了材料利用率。目前已经在飞机、船舶和导弹领域得到了广泛应用。
泡沫夹芯复合材料的传统制备工艺方法主要有下面三类：预制粘接法、现场浇注成型法和连续机械化成型法，但是三种成型方法或是生产效率低，质量难以保证；或是对泡沫芯材有特殊要求，泡沫芯材种类受到限制；或是需要专门设备，难以生产大尺寸的夹芯复合材料制品。
近来利用真空辅助工艺制造泡沫夹芯复合材料构件，用以改进上述工艺方法的缺点。真空辅助工艺制备泡沫夹芯复合材料是在模具型面上铺放增强材料，将型腔边缘密封，在型腔内抽真空，再将树脂通过精心设计的树脂分配系统在真空作用下注入模腔内。中国专利200710021398.7提出在泡沫芯材的上下表面开设网格状的沟槽，通过真空辅助工艺使树脂先迅速在长度方向上流动，然后在真空压力下再向厚度方向上缓慢浸润，大大改善了浸渍效果，减少了缺陷发生。由于上述专利公开的工艺方法是在泡沫芯材的上下表面开设网格状沟槽，不仅给泡沫芯材的加工带来困难，树脂用量增加而引起制品增重，弱化了减重的效果，而且树脂极易沿沟槽形成封闭区域而造成干斑，影响制品性能。附图1即为开设网格状沟槽的夹芯复合材料制品利用真空辅助工艺成型后形成干斑的制品照片。
发明内容
本发明的目的即是提出一种大型夹芯复合材料制件的真空辅助成型工艺方法，以克服现有夹芯复合材料成型工艺所存在的缺陷。
本发明完成其发明任务所采取的技术方案是：一种大型夹芯复合材料制件的真空辅助成型工艺方法，针对复合材料夹芯结构的特点并结合真空辅助工艺的特性，在泡沫芯材底面开置一组平行的沟槽，将纤维织物在已处理的模具上按规定的厚度进行铺层作业，再将已开槽的泡沫芯材放置在铺敷完毕的织物上，其中泡沫芯材的沟槽加工面与已铺敷的织物相接触，在泡沫芯材上再铺敷设定厚度的织物；在泡沫芯材上部织物上具有一层脱模布且在脱模布上再设置一层导流布；在泡沫芯材开设沟槽的一端设置导流管，在另一端设置真空管；采用真空密封袋膜和密封胶带将上述的织物进行密封作业；待密封袋膜内的真空压力≤-0.095Mpa时，将树脂溶液通过注胶管注入导流管与导流布组成的树脂导流系统，当树脂完全浸润纤维织物后，停止注胶和抽真空，注入的树脂在放热固化之后，在室温条件下再固化24小时以上即可脱模。
本发明所述纤维织物、泡沫芯材及树脂为现有夹芯复合材料中已采用；如纤维织物可为：适用的增强纤维包括玻璃纤维、碳纤维、凯夫拉纤维、超高分子量聚乙烯纤维及玄武岩纤维，织物结构包括平纹布、斜纹布、缎纹布及多轴向经编织物；如泡沫芯材可为：聚氯乙烯泡沫、聚苯乙烯泡沫、聚乙烯泡沫、聚氨酯泡沫及balsa木等；树脂可包括低粘度的聚酯树脂、乙烯基酯树脂及环氧树脂等。聚酯及乙烯基酯树脂配方按照树脂100份、过氧化甲乙酮2份，萘酸钴0.4～1.0份配制；环氧树脂配方按照树脂100份、四氢化邻苯二甲酐75份配制。
所述在泡沫芯材下表面所具有的一组平行沟槽，其沟槽宽度为2～10mm，深度为1～7mm，沟槽间距s为20～100mm。从泡沫芯材注入树脂的一端开始开槽至距离另一端s/2处停止。
所述夹层结构成型时铺设的导流布长度小于1.5m时，在泡沫芯材开设沟槽的一端设置一根注胶管导流管，当夹层结构的导流布长度大于1.5m时，按照下方面的式设置多根导流管：第一根导流管设置在泡沫芯材开设沟槽的一端，之后每相距1m设置一根导流管。最后在另一端设置真空管，真空管距离已铺设的纤维织物10～100mm。
本发明针对复合材料夹芯结构的特点，结合真空辅助工艺的特性，在泡沫芯材底面设置一组平行的沟槽，上表面设置导流布，将沟槽型和高渗透介质型两种真空辅助工艺合理地同时应用在复合材料夹层结构的成型过程。采用本方法成型复合材料夹芯结构，既避免了成型过程中干斑的形成，减少了树脂用量，又由于上表面采用了导流布，避免了由于导流沟槽引起的凹陷，使得制品的上下表面都平整，外形美观。
附图说明
图1为泡沫芯材底部即下表面的结构示意图。
图2为本发明真空成型工艺示意图。
图中，1、泡沫芯材，2、模具，3、纤维织物，4、脱模布，5、导流布，6、导流管，7、真空管，8、真空袋膜，9、密封胶带，10、沟槽。
具体实施方式
结合附图给出本发明的实施例，但不构成对本发明的任何限制：
实施例1
复合材料夹芯结构的尺寸为600mm×1000mm，泡沫芯材为聚氨酯泡沫塑料，厚度为15mm；上下面板采用面密度220g/m2的S玻纤缎纹布，成型后厚度都为2mm；利用本发明的真空辅助成型方案来实施复合材料夹层结构的整体成型。
1、沿聚氨酯泡沫芯材的长度方向开设一组沟槽，沟槽的宽度为4mm，深度为1mm，沟槽间距为60mm，泡沫芯材未开通沟槽的距离为30mm。
2、将10层按尺寸裁减好的S玻纤缎纹布铺敷在已清理并涂抹脱模剂的模具上；把加工好的聚氨酯泡沫芯材放置在玻纤织物上，并将沟槽面与织物接触；再将10层尺寸裁减好的S玻纤缎纹布铺敷在泡沫芯材上；
3、用脱模布完全覆盖夹层结构预成型体；导流布设置在脱模布上，其在开槽一端超出夹层结构预成型体30mm，另一端设置在距离预成型体边缘100mm的纤维织物上；导流管设置在导流布的超出部分，真空管设置在距离夹层结构预成型体的80mm处；
4、采用真空袋膜和密封胶带将夹层结构预成型体密封，同时将真空管与真空泵连接；
5、将乙烯基树脂按配方比例称取后混合均匀，等到真空压力≤-0.095Mpa时将树脂溶液注入，待织物完全被浸润后封闭注胶管；
6、室温固化24h后脱模。
本例中的制品性能如下：
 
项目 性能
平拉强度/MPa 7.6
平压强度/MPa 8.1
侧压强度/MPa 17.1
侧压模量/GPa 2.8
实施例2
某复合材料夹芯结构的尺寸为1600mm×2000mm，泡沫芯材为聚氯乙烯泡沫塑料，厚度为15mm，上下面板采用面密度220g/m2的S玻纤缎纹布，成型后面板厚度都为1mm，利用本专利的真空辅助成型方案来实施复合材料夹层结构的整体成型。
1、沿聚氯乙烯泡沫芯材的长度方向开设一组沟槽，沟槽的宽度为5mm，深度为4mm，沟槽间距为100mm，泡沫芯材未开通沟槽的距离为50mm。
2、将5层裁减好的S玻纤缎纹布铺敷在已清理并涂抹脱模剂的模具上；把加工好沟槽的聚氯乙烯泡沫芯材放置在玻纤织物上，并将沟槽面与织物接触；再将5层尺寸裁减好的S玻纤缎纹布铺敷在泡沫芯材上；
3、采用脱模布完全覆盖夹层结构预成型体；导流布设置在脱模布上，其在开槽一端超出夹层结构预成型体30mm，在另一端距离预成型体边缘120mm；导流管1设置在导流布的超出部分，相隔1米处设置导流管2，泡沫芯材真空管设置在距离夹层架构预成型体的100mm处；
4、采用真空袋膜和密封胶带将夹层结构预成型体密封，同时将真空管与真空泵连接；
5、将乙烯基树脂按配方比例称取后混合均匀，等到真空压力≤-0.095Mpa时将树脂注入，待织物完全被浸润后封闭注胶管；
6、室温固化24h后脱模。
本例中的制品性能如下：
 
项目 性能
平拉强度/MPa 6.7
平压强度/MPa 4.9
侧压强度/MPa 16.2
侧压模量/GPa 2.3

Claims (3)

1.一种大型夹芯复合材料制件的真空辅助成型工艺方法，其特征是：在泡沫芯材底面开置一组平行的沟槽，将纤维织物在已处理的模具上按规定的厚度进行铺层作业，再将已开槽的泡沫芯材放置在铺敷完毕的织物上，其中泡沫芯材的沟槽加工面与已铺敷的织物相接触，在泡沫芯材上再铺敷规定厚度的织物；在泡沫芯材上部织物上具有一层脱模布且在脱模布上再设置一层导流布；在泡沫芯材开设沟槽的一端设置导流管，在另一端设置真空管；采用真空密封袋膜和密封胶带将上述的织物进行密封作业；待密封袋膜内的真空压力≤-0.095Mpa时，将树脂溶液通过注胶管导入导流管与导流布组成的树脂导流系统，当树脂完全浸润纤维织物后，停止注胶和抽真空，注入的树脂在放热固化之后，在室温条件下再固化24小时以上获得夹芯复合材料。
2.根据权利要求1所述的大型夹芯合材料制件的真空辅助成型工艺方法，其特征是：所述在泡沫芯材下表面具有的一组平行沟槽，其沟槽宽度为2～10mm，深度为1～7mm，沟槽间距s为20～100mm，从泡沫芯材注入树脂的一端开始开槽至距离另一端s/2处停止。
3.根据权利要求1所述的大型夹芯复合材料制件的真空辅助成型工艺方法，其特征是：所述夹层结构成型时铺设的导流布长度小于1.5m时，在泡沫芯材开设沟槽的一端设置一根导流管，当夹层结构的导流布长度大于1.5m时，按照下面的方式设置多根导流管：第一根导流管设置在泡沫芯材开设沟槽的一端，之后每相距1m设置一根导流胶管；最后在另一端设置真空管，真空管距离已铺设的纤维织物10～100mm。
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