CN103501985B - 一种喷射模塑复合材料部件的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及到喷射模塑复合材料制成的部件(1)的方法,所述方法是将预制件置入铸模内,将树脂喷入铸模以便浸入预制件内,和在树脂固化后将部件(1)从铸模中取出,所述方法的特征在于,其还可在树脂固化的同时使树脂和预制件在铸模内承受压力,例如,通过将压力气体经由多个点(2,4,5,6)喷入铸模内。

Description

一种喷射模塑复合材料部件的方法
技术领域
本发明涉及一种喷射模塑复合材料部件的方法,特别是航空领域。
背景技术
这种方法通常是将预制件置于铸模中,所述预制件采用三维编织纱制成,例如,将树脂喷入铸模内以便浸入预制件内,然后,在树脂固化后,将部件从铸模中取出。这种方法称之为树脂传递模塑成型(RTM)。
以本发明申请者名义申请的发明专利FR2950286披露了一种制作复合材料叶片的树脂传递模塑成型RTM方法,所述方法包括:
采用三维编织纱制作预制件,所述预制件包括叶根部分和叶型部分,二者通过将侧面做成斜状而连接到一起,这些侧面在转子盘的装配槽内形成叶根的支撑表面。
将预制件压于铸模内,该铸模带有凹槽,该凹槽包括第一斜侧面和第二斜侧面,第一斜侧面对应于预制件上述侧面,第二斜表面抵靠在预制件的根部,并沿与第一斜侧面相反方向倾斜;以及
而后,将纤维预制件嵌入到刚性树脂基体内,预制件的纤维具有机械增强功能,树脂基体则用来将部件保持在一起。
根据喷射参数和所使用的树脂类型,在所喷射的部件上、在部件的芯部、和/或在其表面处,会出现孔隙。这些孔隙会大大削弱部件,结果,该部件则不得不报废。
研究表明,这些孔隙是由于树脂固化期间产生的化学化合物所造成的,该化合物在温度和压力条件下以气态形式存在于铸模内。
气体产生气泡,这些气泡会滞留在预制件和树脂内,在固化期间硬化时,它们会产生孔隙。
发明内容
本发明的一个特别目的是提供一种针对这个问题的解决方案,该方案实施简单,有效,且成本不高。
为此,本发明提供了一种喷射模塑复合材料部件的方法,所述方法是将预制件置于铸模内,将树脂喷入铸模以便浸入预制件内,并在树脂固化后将部件从铸模中取出,所述方法的特征在于,在树脂固化的同时,其还可以在铸模内使树脂和预制件经受压力。
固化期间在铸模内部施加压力可避免树脂内出现气泡,从而避免喷射成型部件带有任何孔隙。
根据本发明特性,在树脂固化程度超过范围在20%至30%之间的数值前,向铸模内部件施加压力,所述数值称之为临界值。
为此,在部件内的气泡被排放之前,可以很方便地向该部件施加压力。此外,此时,树脂依然呈足够流体状,而铸模整个内部容积均匀受压,该压力之高足以防止气泡的形成。
有利的是,施加给铸模内的部件上的压力高于树脂固化期间所产生的气体的蒸气压力。
这样,就可以保证在树脂固化期间不会形成气泡。
例如,施加到部件上的压力的相对值(即,相对于大气压力)大于或等于2巴。
例如,树脂可以是环氧树脂、双马来酰亚胺树脂、聚酰亚胺树脂,或任何包含了挥发性杂质和/或溶剂的树脂。
按照本发明的实施例,通过将具有压力的流体喷入铸模来向部件施加压力,例如,将空气或氮气这样的气体,或与树脂不会混合的液体喷入铸模。
优选地,具有压力的流体可通过多个不同点喷入铸模内,从而可以确保压力在铸模内部充分均匀。多点喷射还可以降低喷射时间。
当部件的体积很大且需要大量物质时,则会增加喷射树脂所需的时间。一旦树脂已经全部喷入,其固化可能早已经提前了,这就意味着该树脂很粘或很硬,使得压力不能均匀分布,从而,不能防止孔隙的形成。
在这种情况下,优选继续进行多点喷射,从而缩短喷射时间。树脂喷射管路孔隙不同于或相似于施加压力的管路。
重要的是,部件内的所有点都会承受压力,而该压力是防止气泡形成所必须的。
根据本发明的另一个实施例,预制件和树脂通过至少一个致动器来压到铸模内。
按照另一种方式,将适合膨胀的元件插入到铸模内,该铸模在部件喷射模塑期间承受温度的上升,这样,在树脂固化时,上述元件就会使树脂和预制件承受压力。
例如,该元件可以是硅、铜,或铝制成的垫块。
用来喷射树脂的铸模可以很方便地退出,从而使得喷射时间缩短,提高了成品件的质量。
附图说明
通过阅读以非限定性示例并参照附图给出的如下说明,可以更好地理解本发明,本发明的其它细节、特性和优点会显现出来,附图如下:
图1为复合材料制成的涡轮发动机叶片的透视图,该叶片上标有喷射材料和压力流体的各个点;
图2为与本发明另一个实施例相关的局部剖面图,其中,预制件和树脂通过致动器压入铸模内;以及
图3为与本发明另一个实施例相关的局部剖面图,其中,预制件和树脂通过一个适合在模塑期间膨胀的部件来压入到铸模内。
具体实施方式
下面参照图1介绍复合材料制成的涡轮发动机叶片的喷射模塑方法的第一个实施方式。
该方法首先是将叶片预制件置于铸模内。预制件可以采用两维或三维编织纱来制成。
而后,将树脂经由至少一个点2(如图1所示)喷入到铸模内,以便浸入到预制件内,在进行这种喷射的同时,优选将铸模退出。这种方法称之为真空辅助树脂传递模塑成型(VARTM)。例如,所使用的树脂是环氧树脂,例如标号为PR520N类、双马来酰亚胺树脂、聚酰亚胺树脂,或任何包含了溶剂和/或挥发性杂质的树脂。
例如,在喷射期间树脂的压力大约1巴到2巴,而温度大约150℃至200℃。喷射持续时间大约几分钟,例如至多为30分钟。
树脂在铸模内固化的同时,气态形式的化学化合物会在树脂内形成,或其已经存在于树脂内。
为了避免部件内形成气泡,铸模一旦填充了树脂,就将压力气体经由一个或多个不同点喷入到铸模内,如图1箭头3所示。该气体的喷入压力优选高于大气压力。例如,压力气体为空气或氮气,其压力范围在3巴到5巴的范围内。压力流体也可以是与树脂不会混合的液体,例如,油。
压力流体的这种喷射优选在树脂喷射后尽快进行,从而确保树脂固化程度超过所谓“临界”值(在20%至30%的范围内)之前能向铸模内的部件上施加压力。这个临界值可以随着树脂和纤维的特性的不同而变化。
在低于该阈值时,树脂则呈充足流体状态,以确保树脂和预制件能够均匀受压,从而保证在部件内的任何点上都没有孔隙。
温度和气体压力保持到树脂完全固化,这样,可使无孔隙且包括了纤维预制件的复合材料叶片得以嵌入刚性树脂基体内。然后,将部件从铸模中取出。
喷射铸模(图1中未示出)通常包括至少一个树脂喷射孔2和一个通气孔4。这些孔3,4孔隙用来喷射压力气体。另外,例如,在叶片1前缘7和后缘8内,也可设置其它用于喷射压力气体的点5,6。
另外,所有气体喷射点3也可与树脂喷射点2和通气孔4分开。这样,一个工作站可以先喷射树脂,然后,另一个工作站则可继续喷射压力气体,这样,避免长时间占用生产线上的树脂喷射工作站。另外,这样可以避免喷射压力气体的点3被塞子堵塞,这些塞子是因为喷射点2处形成胶状的树脂所致。
另外,所述方法还包括多个将树脂喷入铸模和向树脂和铸模施加压力的连续步骤,特别是,在模塑大型部件时。
图2示出了本发明的另一种形式,按照这个形式,模塑叶片的方法是将预制件9置于铸模10内,将树脂喷入铸模以便浸入预制件9内,通过致动器11将预制件和树脂压入铸模内,以及在树脂固化后将叶片从铸模中取出。
图3示出了另一个不同的实施例,按照这个实施例,适合膨胀的部件12与预制件9一起放在铸模10内。在将树脂喷入铸模10内后,对树脂、预制件和元件进行加热,这样,元件12就会膨胀,向树脂和预制件9施加压力。在树脂固化后,将部件从铸模中取出。
例如,元件12可以是硅、铜,或铝制成的垫块。
在图2和图3中,原理与参照图1所述的原理相同,其特征在于,树脂和预制件都承受足够压力,避免在树脂固化时形成气泡。

Claims (12)

1.一种喷射模塑复合材料部件(1)的方法,所述方法包括:将预制件(9)置于铸模(10)内,将树脂喷入铸模(10)以便浸入预制件(9)内,以及在树脂固化后将部件(1)从铸模中取出;所述方法的特征在于,其还可在树脂固化的同时使树脂和预制件(9)在铸模(10)内经受压力,向铸模(10)内部件(1)所施加的压力大于树脂固化时所产生的气体的蒸汽压力。
2.根据权利要求1所述的模塑方法,其特征在于,在树脂固化程度超过范围在20%至30%的数值前,向铸模(10)内的部件(1)施加压力。
3.根据权利要求1所述的模塑方法,其特征在于,施加到部件(1)上的压力相对于大气压力大于或等于2巴。
4.根据权利要求1所述的模塑方法,其特征在于,树脂为环氧树脂、双马来酰亚胺树脂、聚酰亚胺树脂,或任何包含了挥发性杂质和/或溶剂的树脂。
5.根据权利要求1至4任何一项所述的模塑方法,其特征在于,通过将压力流体喷入铸模来向部件(1)施加压力。
6.根据权利要求5所述的模塑方法,其特征在于,所述压力流体为气体或不与树脂混合的液体。
7.根据权利要求6所述的模塑方法,其特征在于,所述气体为空气或氮气。
8.根据权利要求5所述的模塑方法,其特征在于,通过多个不同的点(3)将压力流体喷入到铸模内。
9.根据权利要求1至4任何一项所述的模塑方法,其特征在于,预制件(9)和树脂通过至少一个致动器(11)压入铸模(10)内。
10.根据权利要求1至4任何一项所述的模塑方法,其特征在于,将适合膨胀的元件插入到铸模内,所述铸模在部件喷射模塑期间承受温度上升,这样,元件就会在树脂固化的同时使得树脂和预制件承受压力。
11.根据权利要求1至4任何一项所述的模塑方法,其特征在于,将铸模(10)退出,以便喷射树脂。
12.根据权利要求1至4任何一项所述的模塑方法,其特征在于,其包括多个将树脂喷入铸模和向树脂和铸模加压的连续步骤。
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