CN102173113B - 一种适用于液态成型工艺改善泡沫与织物粘接质量的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于复合材料制备技术，涉及一种适用于液态成型工艺改善泡沫与织物粘接质量的方法。本发明针对液态成型(真空辅助树脂渗透)工艺成型压力低的特点，采用物理涂覆成型树脂或粘贴树脂胶膜的方法，提高泡沫夹芯复合材料的粘结质量，尤其对于一些特殊织物(如非屈曲织物)。本发明无需对泡沫进行特殊处理，适应性较强。本发明直接采用树脂本体或与树脂本体兼容的树脂对泡沫表面进行直接涂覆或预聚制备成胶膜进行铺贴，在不改变或轻微调整液态成型(真空辅助树脂渗透)工艺参数的前提下有效改善真空辅助树脂渗透成型工艺制备的泡沫夹芯复合材料的界面粘接质量。

Description

一种适用于液态成型工艺改善泡沫与织物粘接质量的方法
技术领域
本发明属于复合材料的制备技术，涉及一种适用于液态成型工艺改善泡沫与织物粘接质量的方法。
背景技术
在新一代航空航天飞行器当中，纤维增强树脂基复合材料在结构重量中所占的比重显著增大，使用部位也更加广泛，但复合材料的制造成本居高不下，采用液态成型技术可有效的降低成本。真空辅助树脂渗透成型工艺由于其成型速度快，对设备要求低，模具成本相对低等特点，对于制造航空航天的各种薄壁类复合材料制件具有较大的优势，而为保证部件的刚度，所应用的薄壁类复合材料制件通常为夹芯结构。在真空辅助树脂渗透工艺中，尤其对于某些织物形式(如非屈曲织物)而言，由于成型压力低，树脂流动快等原因，无法保证泡沫与织物的粘结质量。正是由于该缺点和其他一些不足(如纤维体积含量难以精确控制，内部质量相对较差等)，限制了真空辅助树脂渗透工艺在高性能的航空航天上的应用。目前真空辅助树脂渗透工艺在民用制件应用较多，在航空航天等国防工业应用相对较少。因此，能够有效解决泡沫与织物的粘结质量将能使得真空辅助树脂渗透工艺获得较大的应用。
基于以上问题，现有的方法主要是直接对泡沫进行处理，包括：对泡沫开槽或开孔，泡沫和织物进行缝合等方法，这几种方法的共同特点是提高树脂与泡沫的接触表面从而提高粘结质量。对泡沫开槽或开孔对泡沫加工提出了更高的要求，而使用缝合更增加了工艺实施难度，且缝合线一般采用芳纶、尼龙等有机纤维，极易发生吸湿，反而会造成泡沫和织物粘结的分层。实际应用上，这几种方法有存在着较大的问题，因此，限制了具有夹芯结构的液态成型工艺在高性能的航空航天上的应用。
发明内容
本发明的目的是提供一种针对液态成型工艺制造泡沫夹芯复合材料时提高泡沫与织物粘结质量的一种适用于液态成型工艺改善泡沫与织物粘接质量的方法。本发明的技术解决方案是，在泡沫表面覆着一层胶层，胶层覆着的形式与特性为如下之一，
(1)胶层为可加热降低粘度的树脂本体，将胶层涂覆在与织物接触的已加工好备用的泡沫表面上，待用；
(2)将加入5％～30％的增韧组分的树脂本体预聚合，作为胶层用胶膜机制备的胶膜贴合在与织物接触的已加工好备用的泡沫表面上，待用；
(3)如树脂本体作为胶层时，不适合以上两种方法时，选择与树脂本体兼容的树脂或胶膜作为胶层对泡沫进行以上处理。
对泡沫完成处理后，用现有的液态成型工艺进行后续工序。
所述的胶层为可用于液态成型工艺的环氧树脂、不饱和聚酯、酚醛树脂、氰酸酯树脂、双马来酰亚胺树脂、热固性聚酰亚胺树脂或苯并噁嗪树脂以及以上树脂的改性树脂。
所述的泡沫为聚苯乙烯、聚氨酯、聚甲基丙烯酰亚胺、聚氰酸酯、聚醚酰亚胺或聚苯硫醚为基础树脂的各种规格的刚性泡沫材料。
所述的织物是玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维、聚酰胺纤维、超高分子量聚乙烯纤维、聚酯纤维、玄武岩纤维、天然植物纤维中的一种或几种上述纤维的混编体，其织造形式是各种织物结构和面密度的机织物、针织物、编织物、或无纺布非屈曲织物。
适用的液态成型工艺纤维体积含量范围为：30％～65％。
本发明具有的优点和有益效果，本发明针对液态成型(真空辅助树脂渗透)工艺成型压力低的特点，采用物理涂覆成型树脂或粘贴树脂胶膜的方法，提高泡沫夹芯复合材料的粘结界面质量，尤其对于一些特殊织物(如非屈曲织物)。本方法无需对泡沫进行特殊处理，适应性较强。本发明不同于传统的对泡沫进行开孔、开槽或缝合等方法，直接采用树脂本体或与树脂本体兼容的树脂对泡沫表面进行直接涂覆或粘贴预聚制备的胶膜，在不改变或轻微调整液态成型(真空辅助树脂渗透)工艺参数的前提下有效改善真空辅助树脂渗透成型工艺制备的泡沫夹芯复合材料的粘接质量。该技术的应用可有效解决液态成型(真空辅助树脂渗透)工艺制造泡沫夹芯结构复合材料的主要技术瓶颈，使得液态成型(真空辅助树脂渗透)工艺获得较大的实际应用。
具体实施方式
采用树脂本体涂覆在泡沫表面，或用预聚本体树脂制备成的胶膜铺贴泡沫表面，或采用与树脂本体兼容的树脂或胶膜对泡沫表面进行涂覆或粘贴，在不改变真空辅助树脂渗透工艺参数的前提下可有效地改善真空辅助树脂渗透成型工艺制备的泡沫夹芯复合材料的粘接质量。方法如下之一：
(1)使用毛刷、刮板、涂覆辊等工具将可加热降低粘度的树脂本体涂覆在与织物接触的已加工好备用的泡沫表面，待用；
(2)将加入5％～30％的增韧组分的树脂本体预聚合，作为胶层用胶膜机制备的胶膜贴合在与织物接触的已加工好备用的泡沫表面上，待用；
(3)如树脂本体作为胶层时，不适合以上两种方法时，选择与树脂本体兼容的树脂或胶膜作为胶层对泡沫进行以上处理。
对泡沫完成处理后，用现有的液态成型工艺进行后续工序。
所述的液态成型(VARI或VaRTM)工艺所涉及的树脂体系为可用于真空辅助树脂渗透工艺的环氧树脂、不饱和聚酯、酚醛树脂、氰酸酯树脂、双马来酰亚胺树脂、热固性聚酰亚胺树脂、苯并噁嗪树脂以及以上树脂的改性树脂。
所述的泡沫为聚苯乙烯、聚氨酯、聚甲基丙烯酰亚胺、聚氰酸酯、聚醚酰亚胺、聚苯硫醚为基础树脂的各种规格的刚性泡沫材料。
所述的织物可以是玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维、聚酰胺纤维、超高分子量聚乙烯纤维、聚酯纤维、玄武岩纤维、天然植物纤维中的一种或几种上述纤维的混编体，其织造形式是各种织物结构和面密度的机织物、针织物、编织物、无纺布、非屈曲织物。
适用的液态成型(VARI或VaRTM)工艺纤维体积含量范围为：30％～65％。
实施例一：使用毛刷将不饱和聚酯本体涂在聚氨酯泡沫的下表面，并将泡沫置于已预先铺好的EW220玻璃布上；再使用毛刷涂覆泡沫上表面后，按设计要求铺放好EW220玻璃布后按原方案封装、注射、固化、脱模，泡沫与织物的粘结质量大大改善。
实施例二：使用VARI成型中温固化环氧树脂、G803碳纤维织物、聚甲基丙烯酰亚胺(PMI)的51WF泡沫制造VARI成型泡沫夹芯结构复合材料。
1)将原VARI成型高温固化环氧树脂在80℃下预聚150min，在胶膜机上涂刮300g/m2的树脂胶膜待用；
2)将PMI 51WF泡沫加热至125℃保持60min去除水分后冷却待用；
3)使用电熨斗等工具将制备好的胶膜均匀铺贴在PMI泡沫上；
4)将处理好的PMI泡沫按原方法进行铺层、封装、注射、固化。
该方法制造的复合材料的泡沫与织物的粘结质量较好，通过无损检测。
实施例三：使用VARI成型高温固化环氧树脂、玻璃纤维NCF织物、聚甲基丙烯酰亚胺(PMI)的71WF泡沫制造VARI成型泡沫夹芯结构复合材料。
1)由于树脂粘度低，不适合直接涂覆；而预聚后在胶膜机上涂刮制备胶膜较困难，经过理化性能分析与比较，选择与原树脂兼容的SY-14C高温环氧树脂胶膜进行改进；
2)将PMI 71WF泡沫加热至125℃保持60min去除水分后冷却待用；
3)使用电熨斗等工具将SY-14C胶膜均匀铺贴在PMI泡沫上；
4)将处理好的PMI泡沫按原方法进行铺层、封装、注射、固化。
该方法制造的复合材料无损检测和解剖分析表明泡沫与织物的粘结质量较好，泡沫夹芯平拉随炉件测试破坏正常，达到指标值。
实施例四：使用VARI成型氰酸酯树脂、芳纶纤维非屈曲织物、聚醚酰亚胺(PEI)泡沫制造缝合+VARI成型泡沫夹芯结构复合材料。由于树脂固化特性、织物结构形式和成型压力低等原因采用下述实施方法：
1)将树脂本体在140℃下预聚120min后熔入5％～10％质量比的聚醚酰亚胺以提高树脂的成膜性，在胶膜机上涂刮制备出200g/m2的胶膜待用；
2)将PEI泡沫加热至130℃保持120min去除水分，冷却待用；
3)使用电熨斗等工具将制备的胶膜均匀铺贴在PEI泡沫上；
4)将处理好的PEI泡沫按成型方法进行铺层并进行预定型；
5)将预定型体进行缝合，质量与原方案一致；
6)按成型方案进行组合封装，延长注射时间30min以增加织物的渗透程度，按原方案固化。
该方案下制造的复合材料的无损检测和解剖分析表明泡沫与织物的粘结质量较好，脱粘现象基本避免，密集空隙出现的几率大大降低，泡沫夹芯平拉随炉件测试破坏正常，达到指标值。

Claims (5)

1.一种适用于液态成型工艺改善泡沫与织物粘接质量的方法，其特征是，在泡沫表面覆着一层胶层，胶层覆着的形式与特性为如下之一，
（1）胶层为可加热降低粘度的树脂本体，将胶层涂覆在与织物接触的已加工好备用的泡沫表面上，待用；
（2）将加入5%～30%的增韧组分的树脂本体预聚合，作为胶层用胶膜机制备的胶膜贴合在与织物接触的已加工好备用的泡沫表面上，待用；
（3）如树脂本体作为胶层时，不适合以上两种方法时，选择与树脂本体兼容的树脂或胶膜作为胶层对泡沫进行以上处理；
对泡沫完成处理后，用现有的液态成型工艺进行后续工序。
2.根据权利要求1所述的一种适用于液态成型工艺改善泡沫与织物粘接质量的方法，其特征是，所述的胶层为可用于液态成型工艺的环氧树脂、不饱和聚酯、酚醛树脂、氰酸酯树脂、双马来酰亚胺树脂、热固性聚酰亚胺树脂或苯并噁嗪树脂以及以上树脂的改性树脂。
3.根据权利要求1所述的一种适用于液态成型工艺改善泡沫与织物粘接质量的方法，其特征是，所述的泡沫为聚苯乙烯、聚氨酯、聚甲基丙烯酰亚胺、聚氰酸酯、聚醚酰亚胺或聚苯硫醚为基础树脂的各种规格的刚性泡沫材料。
4.根据权利要求1所述的一种适用于液态成型工艺改善泡沫与织物粘接质量的方法，其特征是，所述的织物是玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维、聚酰胺纤维、超高分子量聚乙烯纤维、聚酯纤维、玄武岩纤维、天然植物纤维中的一种或几种上述纤维的混编体，其织造形式是各种织物结构和面密度的机织物、针织物、编织物、或无纺布非屈曲织物。
5.根据权利要求4所述的一种适用于液态成型工艺改善泡沫与织物粘接质量的方法，其特征是，适用的液态成型工艺纤维体积含量范围为：30％～65％。
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