CN103496178B - 一种泡沫加筋复合材料结构的真空共注射整体成型方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于复合材料领域，涉及一种泡沫加筋复合材料结构的真空共注射整体成型方法。该泡沫夹层结构包括上蒙皮、下蒙皮、加筋及泡沫夹层。该方法采用带边框的单面模具，利用真空注射成型下蒙皮后，零件不脱模直接在下蒙皮上铺放泡沫夹层和加筋增强材料预制件，然后铺放上蒙皮增强材料预制件，真空密封后注射树脂整体成型，固化后脱模即可得到产品。本发明可实现泡沫加筋复合材料结构的净尺寸整体成型，无需切边加工，废品低，生产效率高，适合规模生产。

Description

一种泡沫加筋复合材料结构的真空共注射整体成型方法
技术领域
本发明涉及复合材料技术领域，具体涉及一种泡沫加筋复合材料结构的真空共注射整体成型方法。
背景技术
泡沫加筋复合材料结构是多个领域复合材料的一种典型结构形式，蒙皮起保证外形和承力作用，泡沫有抗冲击、减轻重量和支撑蒙皮的功能，加筋起承力、进一步提高结构刚性的功效。传统的成型工艺方法是采用预浸料通过热压罐加压成型，一般采用蒙皮和加筋先固化成型而后与泡沫一起胶接或加筋、泡沫与蒙皮共固化的方式。但预浸料－热压罐成型工艺方法存在预浸料加工、存储和热压罐固化成本高的弊端，无法大规模批量生产。
复合材料真空注射方法是一种仅依靠真空压力将树脂吸入增强体后直接固化成型的方法，也是当前比较流行的一种低成本液态成型工艺方法，适应于风电、船舶和航空复合材料大型结构件的成型。现有工艺技术针对泡沫加筋结构复合材料而言，树脂流动、渗透复杂，易产生干斑、疏松或气泡等质量缺陷。因此，必须采取适当的工艺流程，简化树脂流动、渗透路径，提高产品合格率。
发明内容
本发明的目的在于为泡沫加筋复合材料结构提供一种的低成本、高效率的真空共注射整体成型方法，克服预浸料－热压罐成型工艺方法存在预浸料加工、存储和热压罐固化成本高的弊端。
为达到上述目的，本发明采用如下的技术方案：
一种泡沫加筋复合材料结构的真空共注射整体成型方法，其步骤包括：
1）采用单面模具，利用真空注射成型下蒙皮；
2）不进行脱模而直接在下蒙皮上铺放泡沫夹层和加筋的预制件，然后铺放上蒙皮预制件；
3）进行泡沫夹层、加筋和上蒙皮的树脂真空注射成型，然后固化并脱模得到泡沫加筋复合材料结构。
进一步地，步骤1）所述的单面模具含有边框，用于直接成型产品的边缘，确保产品的净尺寸；步骤2）在下蒙皮与单面模具的边框形成的空腔内铺放所述泡沫夹层和加筋的预制件。
进一步地，步骤1）中成型所述下蒙皮的步骤包括：
a）根据产品的蒙皮型面制作单面模，并根据产品的厚度及外形尺寸制作闭合边框，边框与单面模之间进行密封处理；
b）在单面模具的边框内铺放下蒙皮的预制件，并沿边框修剪多余的边料，然后依次铺放脱模布、导流网和真空袋，并在适宜的位置设置真空口和注射口，密封真空袋形成模腔；
c）将外设树脂注射管路和真空管路分别与注射口和真空口相连接，采用真空注射，待树脂充满模腔后封闭真空口和注射口。
进一步地，所述下蒙皮固化成型后，将其内表面打毛后贴放粘接胶膜，然后铺放所述泡沫夹层和加筋的预制件。
优选地，贴放所述胶膜时，首先在下蒙皮与泡沫夹层、加筋之间刷J-47B底胶液，然后贴放J-47A胶膜。
优选地，进行步骤3）所述树脂真空注射成型时，注射口设于所述加筋的一端，使树脂渗流方向与加筋取向一致。
优选地，加筋的预制件、上蒙皮的预制件、下蒙皮的预制件采用的增强材料为纤维编织物、碳纤维、玻璃纤维或碳纤维与玻璃纤维的混编织物中的一种或几种。
优选地，所述树脂为不饱和聚酯树脂或环氧树脂，其固化温度、固化时间和脱模温度依据所用树脂体系的自身性能的要求确定。
优选地，所述泡沫夹层材料为聚氨酯泡沫、聚甲基丙烯酰亚胺泡沫、环氧泡沫或聚氯乙烯泡沫中的一种或几种。
本发明具有以下优点：
1、采用带边框的单面模，除确保蒙皮的外形精度外，可实现复合材料结构件的净尺寸成型，避免了传统热压罐或真空吸注成型制件的切边加工；
2、将泡沫加筋复合材料结构分成下蒙皮真空注射成型和其余零件的真空共注射成型，简化了树脂流动、渗透的路径，确保了产品质量稳定性，降低了成本；
3、下蒙皮固化成型后，不脱模直接与泡沫夹层、加筋和上蒙皮真空共注射整体成型，避免了复合材料零件的胶接工序，简化了工艺操作，提高了成型效率。
附图说明
图1是本发明的泡沫加筋复合材料结构示意图。
图2是实施例中真空共注射整体成型方法的步骤流程图。
图3是实施例中高铁风翼结构示意图。
图中标号说明：1-上蒙皮，2-加筋，3-泡沫夹层和，4-下蒙皮，5-高铁风翼的玻璃纤维单向织物加筋，6-高铁风翼上蒙皮，7-高铁风翼的聚甲基丙烯酰亚胺泡沫夹层，8-高铁风翼下蒙皮，A-A为局部视图。
具体实施方式
下面通过具体实施例和附图，对本发明做进一步描述。
图1是本发明的泡沫加筋复合材料的结构示意图，该材料包括上蒙皮1，加筋2（即加强筋），泡沫夹层3和下蒙皮4。该材料的真空共注射整体成型方法的步骤如图2所示，采用带边框的单面模具，利用真空注射成型下蒙皮后，不脱模直接在下蒙皮上铺放泡沫夹层和加筋预制件，然后铺放上蒙皮预制件，真空密封后注射树脂整体成型，固化后脱模即可得到产品。本发明所称的上蒙皮和下蒙皮，也可分别称为内蒙皮和外蒙皮。现对制备过程具体说明如下：
步骤1：根据产品的蒙皮型面制作单面模，并根据产品的厚度及外形尺寸制作闭合边框，边框与单面模之间进行密封处理。
步骤2：在单面模的边框内铺放下蒙皮4增强材料预制件，并沿边框修剪多余的边料，然后依次铺放脱模布、导流网和真空袋，并在适宜的位置设置真空口和注射口，密封真空袋形成模腔。
步骤3：将外设树脂注射管路和真空管路分别与注射口和真空口相连接，采用真空注射，待树脂充满模腔后封闭真空口和注射口。
步骤4：将下蒙皮4固化成型后，拆去真空袋、脱模布和导流网，将内表面打毛后贴放粘接胶膜。
步骤5：在下蒙皮4与边框形成的模腔内直接铺放泡沫夹层3和加筋2增强材料预制件，然后铺放上蒙皮1增强材料预制件，并沿边框修剪多余的边料，然后依次铺放脱模布、导流网和真空袋，并在适宜的位置设置真空口和注射口，注射口设计在加筋2的一端，使树脂渗流方向与加筋2取向一致，真空口设计在模具四周最远端或树脂流动的死角，最后密封真空袋形成模腔。
步骤6：将模具沿加筋2取向垂直放置，使注射口位于加筋的一端，然后重复步骤3，实现泡沫夹层3、加筋2和上蒙皮1增强织物预制件的树脂真空注射。
步骤7：树脂固化后脱模，得到泡沫加筋复合材料结构件。
下面以高铁风翼为例，说明其具体制备过程。
高铁风翼为泡沫加筋复合材料结构，如附图3所示。风翼上蒙皮6、下蒙皮8的增强材料采用碳纤维与玻璃纤维1：1准各向同性经编织物，泡沫夹层7为聚甲基丙烯酰亚胺泡沫，加筋5选用玻璃纤维单向织物，选用中温固化6808环氧树脂体系，下蒙皮与泡沫夹层、加筋之间刷J-47B底胶液、贴放一层J-47A结构胶膜。
高铁风翼采用真空共注射整体成型，实施方式如下：
步骤1：根据产品的蒙皮型面制作单面模，并根据产品的厚度及外形尺寸制作闭合边框，边框与单面模之间采用密封槽和“O”型橡胶绳密封。
步骤2：在单面模的边框内铺放下蒙皮8的铺层，制备下蒙皮8预制件，并沿边框修剪多余的边料，然后依次铺放脱模布、导流网和真空袋，并在蒙皮几何中心位置注射口，边框四角设置四处真空口，密封真空袋形成模腔。
步骤3：将外设树脂注射管路和真空管路分别与注射口和真空口相连接，配制6808环氧树脂体系，采用真空注射，待树脂充满模腔后封闭真空口和注射口。
步骤4：将模具加热至125℃，保温2小时后，固化下蒙皮8后，拆去真空袋、脱模布和导流网，将内表面打毛后刷J-47B胶液、贴放J-47A粘接胶膜。
步骤5：在下蒙皮8与边框形成的模腔内直接铺放聚甲基丙烯酰亚胺泡沫夹层7和加筋5增强材料预制件，然后铺放上蒙皮6增强材料预制件，并沿边框修剪多余的边料，然后依次铺放脱模布、导流网和真空袋，并在蒙皮几何中心位置设置注射口，边框四角设置四处真空口，密封真空袋形成模腔。
步骤6：重复步骤3，实现聚甲基丙烯酰亚胺泡沫夹层7、加筋5和上蒙皮6增强织物预制件的树脂真空注射。
步骤7：树脂固化后脱模，得到泡沫加筋风翼结构。
上述实施例中均采用带边框的单面模具，但本发明不以此为限制，即也可以采用不带边框的单面模具，此时也能取得明显有益的技术效果，比如将泡沫加筋复合材料结构分成下蒙皮真空注射成型和其余零件的真空共注射成型后，简化了树脂流动、渗透的路径，确保了产品质量稳定性，降低了成本，同时简化了工艺操作，提高了成型效率等。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，本领域的普通技术人员可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围，本发明的保护范围应以权利要求所述为准。

Claims (9)

1.一种泡沫加筋复合材料结构的真空共注射整体成型方法，其步骤包括：
1)采用含有边框的单面模具，利用真空注射成型下蒙皮；
2)下蒙皮固化成型后，不进行脱模而直接在下蒙皮与单面模具的边框形成的空腔内铺放泡沫夹层和加筋的预制件，然后铺放上蒙皮预制件；
3)进行泡沫夹层、加筋和上蒙皮的树脂真空注射成型，然后固化并脱模得到泡沫加筋复合材料结构。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1)中成型所述下蒙皮的步骤包括：
a)根据产品的蒙皮型面制作单面模，并根据产品的厚度及外形尺寸制作闭合边框，边框与单面模之间进行密封处理；
b)在单面模具的边框内铺放下蒙皮的预制件，并沿边框修剪多余的边料，然后依次铺放脱模布、导流网和真空袋，并在适宜的位置设置真空口和注射口，密封真空袋形成模腔；
c)将外设树脂注射管路和真空管路分别与注射口和真空口相连接，采用真空注射，待树脂充满模腔后封闭真空口和注射口。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于：所述下蒙皮固化成型后，将其内表面打毛后贴放粘接胶膜，然后铺放所述泡沫夹层和加筋的预制件。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于：贴放所述胶膜时，首先在下蒙皮与泡沫夹层、加筋之间刷J-47B底胶液，然后贴放J-47A胶膜。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于：进行步骤3)所述树脂真空注射成型时，注射口设于所述加筋的一端，使树脂渗流方向与加筋取向一致。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述泡沫夹层为下列材料中的一种或多种：聚氨酯泡沫、聚甲基丙烯酰亚胺泡沫、环氧泡沫、聚氯乙烯泡沫。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，加筋的预制件、上蒙皮的预制件、下蒙皮的预制件采用下列材料中的一种或多种：纤维编织物、碳纤维、玻璃纤维、碳纤维与玻璃纤维的混编织物。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述树脂为不饱和聚酯树脂或环氧树脂。
9.根据权利要求1至8中任一项所述方法制备的泡沫加筋复合材料结构。
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