CN103963319A - 一种复合材料加筋壁板的预浸料/树脂膜熔渗共固化成型方法 - Google Patents

一种复合材料加筋壁板的预浸料/树脂膜熔渗共固化成型方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种复合材料加筋壁板的预浸料/树脂膜熔渗共固化方法，包括：1、预浸料、干纤维、树脂膜的裁剪；2、预浸料铺贴及干纤维预成型体定型；3、加筋壁板的模具装配及封装；4、加筋壁板共固化成型；5、加筋壁板脱模等步骤。本发明方法采用预浸料铺贴制备蒙皮，采用干纤维预成型体和树脂膜制备筋条，结合预浸料热压罐工艺及树脂膜熔融工艺的特点，在热压罐内同时完成筋条、蒙皮及其胶接界面的固化，实现了不同筋条形式、不同材料体系的加筋壁板的共固化成型。本发明方法，可以显著提高加筋壁板结构的成型效率，降低制造成本，提升制件品质，提高制造工艺灵活度和可设计性，对实现复合材料加筋壁板结构的高效低成本制造具有重要的意义。

Description

一种复合材料加筋壁板的预浸料/树脂膜熔渗共固化成型方法
技术领域
本发明涉及复合材料，具体涉及成型方法，尤其涉及一种复合材料加筋壁板的预浸料/树脂膜熔渗共固化成型方法。
背景技术
复合材料加筋壁板结构，由复合材料筋条和复合材料蒙皮组成，是飞机复合材料结构中的典型结构件。通常采用预浸料热压罐工艺来成型，其过程是根据制件的形状和尺寸等要求，将预浸料（浸渍树脂基体的纤维片材或其织物，是制造复合材料的一种中间材料）裁剪，按照一定的铺层方向和铺层数目铺覆出具有一定形状的筋条及蒙皮坯料，在模具中定型并封装后，在热压罐中固化成型，制得加筋壁板结构。该工艺制造的复合材料性能优异，质量稳定性高，但是预浸料坯料的铺贴等操作时间较长，且耗费较大的人力、物力，尤其对于形状复杂的筋条，会明显降低制件的成型效率，增加其制造成本。树脂膜熔渗工艺，是指将膜状的树脂置于干纤维预成型体下方，在模具中定型并封装，然后通过热压罐加热熔融树脂膜，在真空和外压作用下使熔融树脂渗透到纤维预成型体中，并排除纤维预成型体中的气体，浸渍纤维，最终固化得到复合材料制件的一种方法。该方法成型效率高、复合材料抗损伤性能突出、适于复杂的结构类型。本发明提出，根据加筋壁板结构的特点，在一次成型过程中，采用树脂膜熔渗工艺成型筋条，采用预浸料成型蒙皮，并在热压罐内同时完成筋条、蒙皮及其胶接界面的固化，该工艺可以兼顾复合材料的成型质量和成型效率，是缩短加筋壁板结构制造时间、提高制件品质、降低制造成本的一种重要新途径。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于克服上述不足之处，研究简便有效制备复合材料加筋壁板的方法。
本发明提供了一种复合材料加筋壁板的预浸料/树脂膜熔渗共固化成型方法。
本发明方法包括下列步骤：
步骤一：预浸料、干纤维及树脂膜剪裁；
将预浸料、干纤维及树脂膜按照加筋壁板制件设计要求进行剪裁，根据制件不同位置尺寸和预浸料固化后单层厚度，计算不同部位所需预浸料层数；根据目标纤维体积含量及树脂膜、干纤维的面密度等参数计算树脂膜和干纤维用量；
步骤二：预浸料铺贴及干纤维预成型体定型；
将步骤一中裁剪好的预浸料和干纤维按照一定的铺层顺序铺覆，预浸料铺覆蒙皮，并进行预压实工艺，得到尺寸接近蒙皮设计尺寸的预浸料坯料；干纤维铺覆筋条，采用定型剂或缝纫方法将干纤维铺层定型，得到尺寸接近筋条设计尺寸的干纤维预成型体；树脂膜放置于干纤维预成型体的底部，坯料尺寸及铺层顺序按照制件设计图纸要求确定；
步骤三：加筋壁板的模具装配及封装；
将步骤二中制备的预浸料坯料、干纤维预成型体及树脂膜，按照加筋壁板的结构要求，放置于模具块之间，并用限位块固定模具块的位置，整个结构放置于模具底板上，并用热压罐辅助材料进行封装；
步骤四：加筋壁板共固化成型；
将步骤三中的加筋壁板封装体系放入热压罐内，采用热压罐抽真空至-0.095 MPa至-0.1MPa，排除真空袋内的空气。根据预浸料、树脂膜的固化工艺条件进行加热及施加外压，并保温、保压，进行加筋壁板的共固化，在固化成型过程中，固化工艺应兼顾预浸料树脂及树脂膜固化反应特点确定适合两者固化的温度、压力制度进行加筋壁板的共固化；
步骤五：加筋壁板脱模；
共固化过程结束后，降温至25℃- 60℃，泄除外压和真空，打开热压罐，脱模取出固化的加筋壁板。
本发明方法所述步骤一：所述预浸料选自：环氧树脂、苯并噁嗪树脂或双马树脂等不同类型基体及碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维等不同类型纤维增强体的预浸料，所述干纤维为：碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维等不同类型纤维织物，所述树脂膜为：环氧树脂、苯并噁嗪树脂、双马树脂等不同类型基体的薄膜。所述定型剂是与树脂膜相配套的树脂粉末或树脂溶液。
所述筋条的结构类型包括L型、工型、J型、帽型等。
本发明根据加筋壁板结构的特点，在一次成型过程中，采用树脂膜熔渗方法成型筋条，采用预浸料成型蒙皮，并在热压罐内同时完成筋条、蒙皮及其胶接界面的固化，该方法可以兼顾复合材料的成型质量和成型效率，是缩短加筋壁板结构制造时间、提高制件品质、降低制造成本的一种重要新途径。
本发明复合材料加筋壁板的预浸料/树脂膜熔渗共固化方法的有效果在于：（1）实现了不同尺寸，不同加筋结构加筋壁板的高效制备；（2）适用于不同基体类型及纤维等不同增强纤维类型的材料体系；（3）成型效率高，成型质量好，制造成本低；（4）制造工艺灵活度高，增强了复合材料结构的可设计性；（5）制件的减重效率高，结构整体性好。由较大的应用价值。
附图说明
图1是加筋壁板的封装示意图。
图2是加筋壁板的模具装配图。
图3是加筋壁板的成型流程图。
图中：101. 底板 102. 真空袋 103. 透气毡 104. 模具块 105. 挡板
106. 密封胶条 107. 加筋壁板 201. 限位块 202. 限位螺钉。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明做进一步的说明。
本发明一种复合材料加筋壁板的预浸料/树脂膜熔渗共固化成型方法，其具体流程图如3所示，包含五个步骤：1、预浸料、干纤维、树脂膜裁剪；2、预浸料铺贴及干纤维预成型体定型；3、加筋壁板的模具装配及封装；4、加筋壁板共固化成型；5加筋壁板脱模。
实施例1
采用预浸料/树脂膜熔渗共固化工艺制备工型加筋壁板。采用干纤维制备工型筋条预成型体，为T700单向碳纤维布，树脂膜类型为环氧树脂，蒙皮用T300碳纤维/环氧预浸料制备。蒙皮及筋条的铺层方式为单向铺层。成型过程抽真空大于0.095MPa，压力0.4MPa条件下，以1-2℃/min升温至180℃保温2小时完成固化。
实施例2
采用预浸料/树脂膜熔渗共固化工艺制备L型加筋壁板。采用干纤维制备L型筋条预成型体，为单向玻璃纤维布，树脂膜类型为苯并噁嗪树脂，蒙皮用玻璃纤维/苯并噁嗪树脂预浸料制备。蒙皮及筋条的铺层方式为筋条：[45/0/-45/90/45/0/-45/0/45/-45]，蒙皮：[-45/0/45/90/-45/0/0/45/90/-45/0/45]s。成型过程抽真空大于0.098MPa，压力0.6MPa条件下，以1-2℃/min升温至180℃保温3小时完成固化。
实施例3
采用预浸料/树脂膜熔渗共固化工艺制备J型加筋壁板。采用干纤维制备J型筋条预成型体，为T800碳纤维平纹布，树脂膜类型为双马树脂，蒙皮用T800碳纤维/双马树脂预浸料制备。蒙皮及筋条的铺层方式为
筋条：[45/0/-45/90/0/45/0/-45/90/0/45/0/-45/0/45/-45]
蒙皮：[-45/0/45/90/-45/0/45/90/-45/0/45/90/-45/0/45]。成型过程抽真空大于0.095MPa，压力0.7MPa条件下，以1-2℃/min升温至210℃保温5小时完成固化。

Claims (4)

1.一种复合材料加筋壁板的预浸料/树脂膜熔渗共固化方法，其特征在于，该方法包括下列步骤：
步骤一：预浸料、干纤维及树脂膜剪裁；
将预浸料、干纤维及树脂膜按照加筋壁板制件设计要求进行剪裁，根据制件不同位置尺寸和预浸料固化后单层厚度，计算不同部位所需预浸料层数；根据目标纤维体积含量及树脂膜、干纤维的面密度等参数计算树脂膜和干纤维用量；
步骤二：预浸料铺贴及干纤维预成型体定型；
将步骤一中裁剪好的预浸料和干纤维按照一定的铺层顺序铺覆，预浸料铺覆蒙皮，并进行预压实工艺，得到尺寸接近蒙皮设计尺寸的预浸料坯料；干纤维铺覆筋条，采用定型剂或缝纫方法将干纤维铺层定型，得到尺寸接近筋条设计尺寸的干纤维预成型体；树脂膜放置于干纤维预成型体的底部，坯料尺寸及铺层顺序按照制件设计图纸要求确定；
步骤三：加筋壁板的模具装配及封装；
将步骤二中制备的预浸料坯料、干纤维预成型体及树脂膜，按照加筋壁板的结构要求，放置于模具块之间，并用限位块固定模具块的位置，整个结构放置于模具底板上，并用热压罐辅助材料进行封装；
步骤四：加筋壁板共固化成型；
将步骤三中的加筋壁板封装体系放入热压罐内，采用热压罐抽真空至-0.095 MPa至-0.1MPa，排除真空袋内的空气；根据预浸料、树脂膜的固化工艺条件进行加热及施加外压，并保温、保压，进行加筋壁板的共固化，在固化成型过程中，固化工艺应兼顾预浸料树脂及树脂膜固化反应特点确定适合两者固化的温度、压力制度进行加筋壁板的共固化；
步骤五：加筋壁板脱模
共固化过程结束后，降温至25℃- 60℃，泄除外压和真空，打开热压罐，脱模取出固化的加筋壁板。
2.根据权利要求1所述的一种复合材料加筋壁板的预浸料/树脂膜熔渗共固化方法，其特征在于：所述步骤一：所述预浸料选自环氧树脂、苯并噁嗪树脂或双马树脂的不同类型基体或碳纤维、玻璃纤维或芳纶纤维的不同类型纤维增强体的预浸料；所述干纤维选自碳纤维、玻璃纤维或芳纶纤维的不同类型纤维织物；所述树脂膜选自环氧树脂、苯并噁嗪树脂或双马树脂的不同类型基体的薄膜；所述定型剂为与树脂膜相配套的树脂粉末或树脂溶液。
3.根据权利要求1所述的一种复合材料加筋壁板的预浸料/树脂膜熔渗共固化方法，其特征在于，所述步骤一：所述设计要求为：尺寸、铺层角度、层数、树脂膜用量。
4.根据权利要求1所述的一种复合材料加筋壁板的预浸料/树脂膜熔渗共固化方法，其特征在于，所述筋条的结构类型选自L型、工型、J型或帽型。
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