CN103407172B - 一种纤维增强树脂基复合材料t型接头的高效率整体成型方法 - Google Patents
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Abstract
一种纤维增强树脂基复合材料T型接头的高效率整体成型方法，它有五大步骤：一、制备两个完全一样的T型纤维预成型体；二、将两个T型纤维预成型体对称放置并插入隔离层；三、将带有隔离层的两个T型纤维预成型体放入模具并定位合模；四、抽真空，注入树脂并升温固化；五、打开模具，取出已经固化成型的纤维增强树脂基复合材料T型接头。本发明是纤维增强树脂基复合材料T型接头一次性整体成型，适用于纤维增强树脂基复合材料T型接头的低成本、高效率、大批量工业生产。
Description
技术领域
本发明涉及一种纤维增强树脂基复合材料T型接头的高效率整体成型方法，属于复合材料制造技术领域。
背景技术
T型接头广泛地应用于现代船舶与航空航天结构中。传统的T型接头采用金属材料焊接而成，其密度较大，不利于减重设计；此外金属疲劳性能较差，在疲劳载荷作用下T型接头焊点处易产生裂纹，进而带来灾难性结构破坏。复合材料较传统金属材料而言具有更高的比刚度、比强度，因而被广泛应用结构轻量化设计中，以往由于焊接、螺接等连接方式所带来的结构疲劳问题也得到了大大的减缓。目前，常见的纤维增强树脂基复合材料T型接头的成型工艺方法有很多种，如树脂传递模塑成型工艺方法（RTM），与其它的一些成型工艺方法相比，虽然属于低成本成型工艺方法，但生产效率不高，因此，如何设计高生产效率且低成本的成型工艺方法是亟需解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种纤维增强树脂基复合材料T型接头的高效率整体成型方法，以解决纤维增强树脂基复合材料T型接头的传统成型方法生产效率较低且成本高的技术问题。
本发明所采用的技术方案如下：
本发明一种纤维增强树脂基复合材料T型接头的高效率整体成型方法，其步骤如下：
步骤一、按照设计的铺层方案铺覆纤维布，纤维布的层与层之间采用定型剂进行定型，制备两个完全一样的T型纤维预成型体。
步骤二、将制备好的两个T型纤维预成型体对称放置，并且在两个T型纤维预成型体之间放置隔离层，隔离层在整个制备纤维增强树脂基复合材料T型接头的过程中起隔离作用。
步骤三、将制备好的并且带有隔离层的对称放置的两个T型纤维预成型体放入模具内，然后定位合模。
步骤四、抽真空，当真空度达到要求-0.1时，开始将模具内注入树脂填充T型纤维预成型体的间隙，待树脂填充满T型纤维预成型体的间隙之后，按照树脂的固化工艺规程进行升温固化。
步骤五、固化完毕后，将模具冷却至室温，之后打开模具，取出已经固化成型的纤维增强树脂基复合材料T型接头，通过隔离层将两个已经固化成型的纤维增强树脂基复合材料T型接头分开，最终得到两个完全相同的纤维增强树脂基复合材料T型接头，达到高生产效率、低成本且RTM整体成型的目的。
其中，在步骤一中所述的“设计的铺层方案”通常是均衡对称的铺层方案，具体的铺层层数、铺层角度和铺层比例要根据需要实现的指标进行设计；在步骤一中所述的“定型剂”是一种高分子材料，需要与用于制备纤维增强树脂基复合材料T型接头的树脂有好的相容性，通过在纤维布层间施加少量的定型剂可起到定型作用，使T型纤维预成型体具有一定的整体性。在步骤一中所述的“纤维布”的纤维可以是碳纤维、玻璃纤维、Kevlar纤维、硼纤维或植物纤维中的一种。
其中，在步骤二中所述的“隔离层”由聚四氟乙烯材料制成，具有耐热、抗酸碱、抗各种有机溶剂的特点，因此，不会与用于制备纤维增强树脂基复合材料T型接头的树脂发生反应，起到隔离作用，隔离层的厚度小于0.5mm。
其中，在步骤四中所述的“固化工艺规程”是指对树脂在整个固化过程中相关工艺参数的规定，每种型号的树脂都对应有与之相匹配的固化工艺规程。在步骤四中所述的“树脂”可以是环氧树脂、聚酰亚胺、热塑性聚氨酯、聚酰胺、聚苯硫醚、聚芳醚酮或聚乙烯醇中的一种。
本发明一种纤维增强树脂基复合材料T型接头的高效率整体成型方法，其有益效果是纤维增强树脂基复合材料T型接头可以高效率的一次性整体成型，适用于纤维增强树脂基复合材料T型接头的低成本、高效率、大批量工业生产。
附图说明
图1是本发明所述方法的流程框图。
图2是纤维增强树脂基复合材料T型接头的几何构型图。
图3是制备纤维增强树脂基复合材料T型接头所使用的模具示意图。
图2中：1.左腹板，2.右腹板，3.下壁板，4.三角区。
图3中：5.模具，6.T型纤维预成型体，7.密封条，8.隔离层。
具体实施方式
下面结合附图和实施实例对本发明做出进一步的说明。
本发明的流程图如图1所示，先制备两个相同的T型纤维预成型体6，然后将制备好的两个T型纤维预成型体6对称放置并插入隔离层8，放入模具5并定位合模，之后抽真空、注树脂并升温固化，最后开模取出已经固化成型的纤维增强树脂基复合材料T型接头。在图2中，纤维增强树脂基复合材料T型接头由左腹板1、右腹板2、下壁板3组成和三角区4组成，其中三角区4采用单向纤维束进行填充。本发明的具体实施步骤如下：
步骤一、按照设计的铺层方案铺覆纤维布，纤维布的层与层之间采用定型剂进行定型，制备两个完全一样的T型纤维预成型体6。
其中，在步骤一中所述的“设计的铺层方案”通常是均衡对称的铺层方案，具体的铺层层数、铺层角度和铺层比例要根据需要实现的指标进行设计；在步骤一中所述的“定型剂”是一种高分子材料，需要与用于制备纤维增强树脂基复合材料T型接头的树脂有好的相容性，通过在纤维布层间施加少量的定型剂可起到定型作用，使T型预成型体6具有一定的整体性；在步骤一中所述的“纤维布”的纤维可以是碳纤维、玻璃纤维、Kevlar纤维、硼纤维或植物纤维中的一种。
步骤二、将制备好的两个T型纤维预成型体6之间对称放置，并且在两个T型纤维预成型体之间放置隔离层8，隔离层8在整个制备纤维增强树脂基复合材料T型接头的过程中起隔离作用。
其中，在步骤二中所述的“隔离层”8由聚四氟乙烯材料制成，具有耐热、抗酸碱、抗各种有机溶剂的特点，因此，不会与用于制备纤维增强树脂基复合材料T型接头的树脂发生反应，起到隔离作用，隔离层8的厚度小于0.5mm。
步骤三、将制备好的并且带有隔离层8的对称放置的两个T型纤维预成型体6放入模具5内，然后定位合模。
其中，在步骤二中所述的“模具”5由四片相同的L型模具组成，四片L型模具之间采用螺栓进行紧固装配，模具采用密封条7进行密封处理，形成密封的用于制备纤维增强树脂基复合材料T型接头的十字形内腔，密封条由硅胶材料制成，具有相对较好的密封性和弹性。该模具设计可以满足一次性加工出两个复合材料T型接头的要求，可提高生产效率。
步骤四、抽真空，当真空度达到要求-0.1时，开始将模具内注入树脂填充T型纤维预成型体的间隙，待树脂填充满T型纤维预成型体的间隙之后，按照树脂的固化工艺规程进行升温固化。
其中，在步骤四中所述的“树脂”可以是环氧树脂、聚酰亚胺、热塑性聚氨酯、聚酰胺、聚苯硫醚、聚芳醚酮或聚乙烯醇中的一种；在步骤四中所述的“固化工艺规程”是指对树脂在整个固化过程中相关工艺参数的规定，每种型号的树脂都对应有与之相匹配的固化工艺规程。对于RTM整体成型工艺，向模具内注入树脂的压力控制在0.5MPa以上。
步骤五、固化完毕后，将模具冷却至室温，之后打开模具，取出已经固化成型的纤维增强树脂基复合材料T型接头，通过隔离层将两个已经固化成型的纤维增强树脂基复合材料T型接头分开，最终得到两个完全相同的纤维增强树脂基复合材料T型接头，达到高生产效率、低成本且RTM整体成型的目的。图3是制备纤维增强树脂基复合材料T型接头所使用的模具示意图。
Claims (1)
1.一种纤维增强树脂基复合材料T型接头的高效率整体成型方法，其特征在于：该方法具体步骤如下：
步骤一、按照设计的铺层方案铺覆纤维布，纤维布的层与层之间采用定型剂进行定型，制备两个完全一样的T型纤维预成型体；
步骤二、将制备好的两个T型纤维预成型体对称放置，并且在两个T型纤维预成型体之间放置隔离层，隔离层在整个制备纤维增强树脂基复合材料T型接头的过程中起隔离作用；
步骤三、将制备好的并且带有隔离层的对称放置的两个T型纤维预成型体放入模具内，然后定位合模；
步骤四、抽真空，当真空度达到要求-0.1时，开始将模具内注入树脂填充T型纤维预成型体的间隙，待树脂填充满T型纤维预成型体的间隙之后，按照树脂的固化工艺规程进行升温固化；
步骤五、固化完毕后，将模具冷却至室温，之后打开模具，取出已经固化成型的纤维增强树脂基复合材料T型接头，通过隔离层将两个已经固化成型的纤维增强树脂基复合材料T型接头分开，最终得到两个完全相同的纤维增强树脂基复合材料T型接头；
其中，步骤一中所述的“设计的铺层方案”通常是均衡对称的铺层方案，具体的铺层层数、铺层角度和铺层比例要根据需要实现的指标进行设计；
其中，步骤一中所述的“定型剂”是一种高分子材料，需要与用于制备纤维增强树脂基复合材料T型接头的树脂有好的相容性，通过在纤维布层间施加少量的定型剂能起到定型作用，使T型纤维预成型体具有预定的整体性；
其中，步骤一中所述的“纤维布”的纤维，是碳纤维、玻璃纤维、Kevlar纤维、硼纤维和植物纤维中的一种；
其中，步骤二中所述的“隔离层”由聚四氟乙烯材料制成，具有耐热、抗酸碱、抗各种有机溶剂的特点，不会与用于制备纤维增强树脂基复合材料T型接头的树脂发生反应，隔离层的厚度小于0.5mm；
其中，步骤四中所述的“固化工艺规程”是指对树脂在整个固化过程中相关工艺参数的规定，每种型号的树脂都对应有与之相匹配的固化工艺规程；
其中，步骤四中所述的“树脂”，是环氧树脂、聚酰亚胺、热塑性聚氨酯、聚酰胺、聚苯硫醚、聚芳醚酮和聚乙烯醇中的一种。
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