CN103213287A

CN103213287A - 复合材料弹翼的制备方法

Info

Publication number: CN103213287A
Application number: CN2013101127560A
Authority: CN
Inventors: 张国喜; 邓德凤; 刘聿成; 霍文静; 曾甜甜
Original assignee: Hubei Sanjiang Space Jiangbei Mechanical Engineering Co Ltd
Current assignee: Hubei Sanjiang Space Jiangbei Mechanical Engineering Co Ltd
Priority date: 2013-04-02
Filing date: 2013-04-02
Publication date: 2013-07-24
Anticipated expiration: 2033-04-02
Also published as: CN103213287B

Abstract

本发明公开了一种复合材料弹翼的制备方法，该方法包括以下步骤：设置最佳铺层角度和铺层顺序，计算出各角度纤维布的数量；根据设置的铺层角度及及计算的纤维布的数量裁剪纤维布；将至少两块金属件嵌于泡沫材料中，将裁剪好的纤维布按照设计的铺层角度及顺序逐层铺覆于泡沫材料的上、下表面，得预成型体；将预成型体装在刚性成型模具中，采用树脂传递模塑技术进行固化成型，即得复合材料弹翼。本发明方法制备的弹翼具有结构较轻、刚度较大、表观色泽均一、外形尺寸一致性较好的特点。

Description

复合材料弹翼的制备方法

技术领域

本发明属于武器制备技术领域，具体涉及一种弹翼的制备方法，尤其涉及一种复合材料弹翼的制备方法。

背景技术

安装在无人机助推器尾部下方的弹翼具有大尺寸的结构特点，其功能是为了增加无人机的稳定性和提供一定的升力。弹翼的传统成型工艺采用铝合金骨架+金属蒙皮结构，因此，在满足强度、刚度指标的情况下，弹翼的质量指标超标严重。

聚甲基丙烯酰亚胺泡沫材料在德国首先研制成功并开始了工业化生产，其具有密度低、耐高温、抗压和比强度高等特点，具有优异的二次加工性能，可加温成型、机械加工成型，具有良好的与其他复合材料粘接及加温加压复合固化等综合性能，多被用于复合材料结构件的夹层材料。使用低密度夹层材料增加夹层结构厚度，可以在质量增加很少的前提下，大幅度提高结构刚度，达到减重及增强的效果。其研制成功引起了人们对泡沫材料极大地研究兴趣，陆续开发出多种泡沫材料。

近年来，泡沫夹层结构在航空航天及民用等领域大量应用，尤其在美日等发达国家，广泛应用于航天航空领域，如短舱、桨叶、空客A380气密机舱的球面框等。

树脂传递模塑（RTM）是一种优良的复合材料成型方法，其具有模具造价低、工艺先进、环境污染少、制备好的预成型体装于刚性模具，树脂注入后成型的产品，尺寸精度高、外形光滑，同时运用该成型方法制得的复合材料具有很低的孔隙率（0~5%），纤维体积含量可达50~70%。

发明内容

本发明的目的在于提供一种复合材料弹翼的制备方法，该方法制备的弹翼具有结构较轻、刚度较大、表观色泽均一、外形尺寸一致性较好的特点。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种复合材料弹翼的制备方法，包括以下步骤：

1）根据产品质量及外形尺寸要求，设置最佳铺层角度和铺层顺序，计算出各角度纤维布的数量；

2）根据设置的铺层角度及及计算的纤维布的数量裁剪纤维布；

3）将至少两块金属件嵌于泡沫材料中，将裁剪好的纤维布按照设计的铺层角度及顺序逐层铺覆于泡沫材料的上、下表面，得预成型体；

4）将预成型体装在刚性成型模具中，采用树脂传递模塑技术进行固化成型，即得复合材料弹翼。

进一步地，所述步骤1）中，所述铺层角度为0°、±30°、±45°、±60°、±80°及90°之间的组合。

进一步地，所述步骤4）中，所述树脂传递模塑技术工艺条件为：树脂注入温度为20~150℃；压力为0.1~1.2MPa；树脂固化制度为100℃~150℃，保温0~7h，180℃保温0~4h，210℃保温0~10h。

进一步地，所述树脂为双马树脂或者环氧树脂。

进一步地，所述纤维布为碳纤维布，所述泡沫材料为聚甲基丙烯酰亚胺泡沫，所述金属件为铝金属件。

本发明具有如下的优点：

1）含有泡沫夹层的复合材料弹翼结构具有优异的机械加工成型等综合性能，同时相对于铝合金夹层材料，在结构刚度相同的情况下，减重明显。

2）选用轻质化泡沫材料+纤维布蒙皮结构，采用RTM一体化成型的泡沫夹层复合材料弹翼，复合材料中纤维体积含量为50~70%，纤维强度发挥率高。

3）制品表观色泽均一，内部粘接良好，外形尺寸一致性好，精度高，无需对纤维层进行机加，避免了传统成型法机加对纤维的损伤。

附图说明

图1为本发明方法制备的弹翼结构示意图。

图2为本发明方法中纤维布的铺层角度示意图。

图3为本发明方法中RTM成型模具剖面图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的说明。

某型号武器系统复合材料弹翼的制备工艺过程如下：

实施例1

工况及要求：

拉伸强度/MPa	≥400
		拉伸模量/GPa	≥20
弯曲强度/MPa	≥400
		弯曲模量/GPa	≥20
150℃弯曲强度/MPa	≥320
		质量/Kg	≤15
产品长度/m	2.4

1）根据产品质量及外形尺寸，通过ansys有限元软件分析计算，将最佳铺层角度设置为0°、±30°、±45°、±60°、±80°、90°，共11层，铺层角度如图2所示。

2）分别按照0°、0°、±30°、±45°、±60°、±80°、90°裁剪T300碳纤维布11块，根据产品尺寸要求，碳纤维布的尺寸要求为2600mm*1000mm。

3）将两块铝金属件11嵌于聚甲基丙烯酰亚胺泡沫材料中以便于产品与发动机对装及承力，两块铝金属件可以相同也可以不同。

4）将裁剪好的11块T300碳纤维布按照0°/30°/45°/60°/80°/90°/-80°/-60°/-45°/-30°/0°的顺序，逐层铺覆于聚甲基丙烯酰亚胺泡沫材料的上、下表面，得预成型体。

5）将预成型体装在如图3所示的RTM刚性成型模具中，并合模。

6）对模具抽真空，同时将4，4’一二氨基二苯甲烷型双马来酸亚胺树脂在140℃预热1h，在140℃、0.8MPa压力下将树脂注入成型模中，并按照150℃/2h→180℃/4h→210℃/6h的固化制度对树脂进行固化。

7）对固化完全的弹翼进行脱模，即得复合材料弹翼1。

采用该方案制作的泡沫夹层复合材料弹翼已经顺利通过了地面静力试验考核，复合材料中纤维体积含量为50~70%（相对于纤维和树脂的总体积），产品重量10.2Kg、拉伸强度427MPa、拉伸模量24GPa、弯曲强度450MPa、弯曲模量20GPa、150℃弯曲强度367MPa，重量及性能参数均满足设计要求。

实施例2

工况及要求：

拉伸强度/MPa	≥350
		拉伸模量/GPa	≥20
弯曲强度/MPa	≥350
		弯曲模量/GPa	≥20
重量/Kg	≤10
		产品长度/m	2.4

1）根据产品质量及外形尺寸要求，通过ansys有限元软件分析计算，将铺层角度设置为0°、±45°、±80°、±90°，共8层，铺层角度如图2所示。

2）分别按照0°、0°、±45°、±80°、±90°裁剪T300碳纤维布8块，碳纤维布的尺寸均为2600mm*1000mm。

3）将两块铝金属件11嵌于聚甲基丙烯酰亚胺泡沫材料中，以便于产品与发动机对装及承力，两块铝金属件可以相同也可以不同。

4）将裁剪好的8块T300碳纤维布按照0°/45°/80°/90°/-90°/-80°/-45°/0°的顺序，逐层铺覆于聚甲基丙烯酰亚胺泡沫材料的上、下表面，得预成型体。

5）将预成型体装在RTM成型模具中，并合模。

6）对模具抽真空，同时将TDE90环氧树脂搅拌均匀后在0.4MPa压力下注入成型模具中，并按照120℃/7h的固化制度对树脂进行固化。

7）对固化完全的弹翼进行脱模，即得复合材料弹翼1。

采用该方案制作的泡沫夹层复合材料弹翼已经顺利通过了地面静力试验考核，复合材料中纤维体积含量为50~70%（相对于纤维和树脂的总体积），产品重量9.4Kg、拉伸强度418MPa、拉伸模量21GPa、弯曲强437MPa、弯曲模量21GPa，重量及性能参数均满足设计要求。

以上实施例只是对本发明的进一步说明，并不因此限制本发明的内容，例如本发明的纤维布还可采用E玻璃纤维布和S玻璃纤维布，本发明的泡沫材料还可采用聚氯乙烯、聚氨酯、聚苯乙烯和聚醚酰亚胺，本发明的树脂还可采用酚醛树脂、聚酰亚胺树脂和聚醚酰亚胺树脂，本发明的金属件还可以是钛合金或铝合金。

Claims

1.一种复合材料弹翼的制备方法，其特征在于：它包括步骤如下：

2.根据权利要求1所述的复合材料弹翼的制备方法，其特征在于，所述步骤1）中，所述铺层角度为0°、±30°、±45°、±60°、±80°及90°之间的组合。

3.根据权利要求1或2所述的复合材料弹翼的制备方法，其特征在于：所述步骤4）中，所述树脂传递模塑技术工艺条件为：树脂注入温度为20~150℃；压力为0.1~1.2MPa；树脂固化制度为100℃~150℃，保温0~7h，180℃保温0~4h，210℃保温0~10h。

4.根据权利要求3所述的复合材料弹翼的制备方法，其特征在于：所述步骤4）中，所述树脂为双马树脂或者环氧树脂。

5.根据权利要求1或2所述的复合材料弹翼的制备方法，其特征在于：所述纤维布为碳纤维布，所述泡沫材料为聚甲基丙烯酰亚胺泡沫，所述金属件为铝金属件。

6.根据权利要求3所述的复合材料弹翼的制备方法，其特征在于：所述纤维布为碳纤维布，所述泡沫材料为聚甲基丙烯酰亚胺泡沫，所述金属件为铝金属件。