CN104097329B - 一种复合材料泡沫夹芯结构成型中对泡沫材料进行树脂灌注预处理的方法 - Google Patents

一种复合材料泡沫夹芯结构成型中对泡沫材料进行树脂灌注预处理的方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种复合材料泡沫夹芯结构成型中对复合材料泡沫进行树脂灌注预处理的方法。本发明采用对泡沫进行树脂灌注预处理，以在泡沫与面板界面处形成均匀的树脂粘接层。本发明采用真空辅助渗透方法对泡沫进行树脂灌注，即将泡沫封装在真空状态下，树脂在较低粘度时依靠真空负压被灌注到泡沫表面孔中，然后进行树脂升温及保温处理，使树脂产生预聚，粘度提高，从而固定保留在泡沫表面孔中，形成树脂层。通过对泡沫进行树脂灌注处理后，再与纤维面板粘接就解决了产生界面缺陷的问题。本发明制备方法简单，宜于工业化生产。

Description

一种复合材料泡沫夹芯结构成型中对泡沫材料进行树脂灌注 预处理的方法
技术领域
本发明涉及复合材料泡沫夹芯结构成型方法，具体涉及一种复合材料泡沫夹芯结构成型中对复合材料泡沫进行树脂灌注预处理的方法。
背景技术
在复合材料泡沫夹芯结构的成型过程中，当复合材料泡沫与纤维布粘接时，由于纤维布表面的纤维束排布紧密，具有较强的毛细吸附作用，导致在成型过程中将复合材料泡沫与面板界面处的低粘度树脂吸附（低粘度树脂成型工艺如真空辅助树脂渗透、树脂传递模塑、手糊等），从而造成结构成型后于界面处形成树脂孔洞缺陷。若采用粘度较高的树脂成型工艺（如模压等），则容易造成树脂难以进入到复合材料泡沫表面孔中，同样会产生界面缺陷。针对这种问题，目前主要采用表面树脂涂覆或铺贴胶膜等方法进行复合材料泡沫与面板界面的改善。但是，这两种方法的缺陷是树脂涂覆均匀程度太低，并且难以完全渗透充满到复合材料泡沫孔中；另外，需要考虑铺贴胶膜与成型材料体系的相容性，而且要预先采用胶膜机制备，成本较高，对于真空辅助树脂渗透或手糊等低粘度树脂成型工艺，胶膜难以渗透到复合材料泡沫孔中，对界面粘接增强效果有限，因此，亟待改进复合材料泡沫夹芯结构的成型方法。
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，研究设计改进复合材料泡沫夹芯结构成型的方法。
本发明提供了一种对复合材料泡沫夹芯结构成型中对复合材料泡沫进行树脂灌注预处理的方法。
本发明采用对复合材料泡沫进行树脂灌注预处理，以在复合材料泡沫与面板界面处形成均匀的树脂粘接层；然后将预处理完成的复合材料泡沫铺放在纤维面板之间，再采用成型工艺（树脂传递模塑、手糊、模压等）进行复合材料泡沫夹芯结构成型。
本发明采用真空辅助渗透方法对复合材料泡沫进行树脂灌注，即将复合材料泡沫封装于真空状态下，树脂在较低粘度时依靠真空负压被灌注到复合材料泡沫表面孔中，直至复合材料泡沫表面被树脂浸满，然后进行树脂升温及保温处理，使树脂产生预聚，粘度提高，从而固定保留在复合材料泡沫表面孔中，形成均匀树脂层。
本发明所述树脂选自环氧树脂、不饱和聚酯、酚醛树脂或双马来酰亚胺树脂等。
所述复合材料泡沫选自聚甲基丙烯酸甲酯PMI或聚氯乙烯PVC。
所述纤维布的纤维材料选自碳纤维、玻璃纤维或芳纶纤维。
具体地，本发明复合材料泡沫夹芯结构成型中对复合材料泡沫进行树脂灌注预处理的方法包括下列步骤：
（一）、将树脂加热至灌注温度30℃-120℃，使树脂粘度达到粘度0.2-0.5Pa·s；
（二）在模具上，自下至上依次铺放导流网、可剥布、复合材料泡沫、可剥布、导流网、用内真空袋将它们包住，同时把树脂灌注管和一个抽气管分别置于内真空袋中，然后将内真空袋四周用密封胶条封住；另外，在内真空袋外面再设置一个抽气管，最后用外真空袋将上述部件全部包住，四周用密封胶条封住；其中导流网、可剥布、复合材料泡沫的大小相同；
（三）开启真空泵，使整个封装部分在真空负压作用下被压实，真空度为≤-0.095MPa；
（四）开启树脂灌注管，树脂在真空负压下进入复合材料泡沫孔中，直至复合材料泡沫表面被树脂浸满，即内真空袋的抽气管口出现树脂时，视为灌注完成，关闭树脂灌注管及内真空袋的抽气管，将整个外真空袋封装部分升温至树脂预聚温度30℃-120℃，保温2-3小时，使树脂达到粘度60-100 Pa·s；
（五）保温结束后，停止加热，冷却至15-35℃，将完成灌胶预处理的复合材料泡沫脱模，即得到树脂灌注预处理的复合材料泡沫。
然后将得到的树脂灌注预处理的复合材料泡沫放至纤维面板之间，按常规的复合材料泡沫夹芯结构成型工艺（真空辅助树脂渗透、树脂传递模塑或手糊等）完成复合材料泡沫夹芯结构成型。
本发明方法所述可剥布用于在复合材料泡沫上下表面形成树脂层来隔离复合材料泡沫与真空袋，防止真空袋与复合材料泡沫发生粘接；导流网用于复合材料泡沫表面的树脂导流，内真空袋用于形成树脂灌注过程中的持续真空密封环境，外真空袋用于形成树脂升温及保温过程中所需的持续真空密封环境；树脂灌注管与盛放树脂的容器连接，设置开关，用于控制树脂灌注；两个抽气管分别与真空泵连接，抽气管均设置开关，用于控制真空状况。
本发明采用的复合材料泡沫树脂灌注预处理方法不会对结构成型的工艺参数（如树脂灌注温度、树脂灌注压力、树脂灌注时间、树脂固化温度、树脂固化时间、成型压力或真空度等）造成任何影响；
本发明采用的复合材料泡沫树脂灌注预处理方法中使用的树脂和结构成型过程中的树脂一致，因此不会对成型材料体系的相容性造成影响。
本发明由于对复合材料泡沫进行过树脂灌注预处理，使所成型的夹芯结构中，面板与复合材料泡沫界面粘接质量得到较大改善。本发明方法简单易行，宜于规模化生产。
附图说明
图1为本发明用于树脂真空灌注泡沫的装置截面示意图。
1 灌注模具 ；2 导流网；3 可剥布；4 泡沫材料；5 可剥布；6 导流网；7 内真空袋；8 外真空袋；9 树脂灌注管；10 抽气管；11 抽气管；12、13、14、15 均为密封胶带。
图2复合材料泡沫进行界面粘接情况的对比。
左图为复合材料泡沫未经树脂灌注预处理的试样；右图为采用本发明方法对复合材料泡沫预处理后的试样。
具体实施方式
实施例1：树脂真空灌注泡沫材料预处理，再采用真空辅助树脂渗透工艺成型复合材料泡沫夹芯结构。
成型原材料：环氧树脂，CYCOM890，Cytec公司；
PMI材料泡沫，ROHACELL 71 WF-HT，赢创德固赛特种化学有限公司；
碳纤维材料，267gsm/(+45,-45)/HTS40 F13 12K 800Tex/1500mm，SAERTEX公司；
辅助材料：可剥布，Release Ply F，Airtech公司；
导流网，Resin Flow 90HT，Airtech公司；
真空袋，KM1300，Airtech公司；
密封胶带，GS-213，Airtech公司；
步骤一：将1千克环氧树脂加热至灌注温度90℃，使树脂粘度达到0.2 Pa·s；
步骤二：结合图 1组装树脂真空灌注装置；在灌注模具上，依次铺放导流网2、可剥布3、PMI材料泡沫 4（200mm×200mm×10mm）、可剥布5、导流网6，同时把树脂灌注管9和抽气管10分别置于内真空袋7中，然后将内真空袋7四周用密封胶条（13、14）封住；另外，在内真空袋外面再设置一个抽气管11，最后用外真空袋8将上述部件全部包住，四周用密封胶条（12、15）封住；
其中导流网（2、6）、可剥布3、4的大小相同。
步骤三：开启树脂灌注管9，灌注环氧树脂15分钟，抽气管口10口出现环氧树脂，关闭内真空袋7的抽气管10，将整个外真空袋8封装部分升温至环氧树脂预聚温度150℃，并保温2小时，使树脂达到60 Pa·s；
步骤四：停止加热，冷却至35℃，脱模，即得到树脂真空灌注预处理的PMI材料泡沫4。
然后将预处理的PMI材料泡沫 4放至碳纤维面板之间，如图1装置，采用真空辅助树脂渗透工艺进行夹芯结构成型：将1千克环氧树脂加热至灌注温度90℃，开启灌注管，灌注树脂20分钟，抽气管口出现树脂时，关闭内真空袋的抽气管，将整个外真空袋8封装部分升温至树脂固化温度180℃，并保温2小时。将固化成型的PMI材料泡沫夹芯结构制件脱模，即成。
实施例2本发明与现有技术对比效果
结合图2，复合材料泡沫夹芯结构进行面板粘接界面情况的对比。
左图为PMI材料泡沫夹芯结构未经树脂灌注预处理的试样。
右图为采用本发明方法对PMI材料泡沫预处理后的PMI材料泡沫夹芯结构试样（实施例1）。
由图2中，可明显观察到，PMI材料泡沫未经树脂灌注预处理的试样在PMI材料泡沫与碳纤维面板界面处，PMI材料泡沫孔呈黑色，无树脂，界面粘接质量差。而本发明方法对PMI材料泡沫树脂灌注预处理后的试样，界面泡沫孔中呈白色，填满树脂，界面粘接质量好。上述结果说明本发明方法达到预期效果，克服了现有技术的缺陷。

Claims (7)

1.一种复合材料泡沫夹芯结构成型中对复合材料泡沫进行树脂灌注预处理的方法，其特征在于，该方法包括下列步骤：
(一)、将树脂加热至灌注温度30℃-120℃，使树脂粘度达到粘度0.2-0.5Pa·s；
(二)、在模具(1)上，自下至上依次铺放导流网(2)、可剥布(3)、PMI材料泡沫(4)、可剥布(5)、导流网(6)，同时把树脂灌注管(9)和抽气管(10)分别置于内真空袋(7)中，然后将内真空袋(7)四周用密封胶条(13、14)封住；另外，在内真空袋(7)外面再设置一个抽气管(11)，最后用外真空袋(8)将上述部件全部包住，四周用密封胶条(12、15)封住；
(三)、开启树脂灌注管(9)，灌注树脂15分钟，抽气管(10)口出现环氧树脂，关闭内真空袋(7)的抽气管(10)，将整个外真空袋(8)封装部分升温至树脂预聚温度150℃，并保温2小时，使树脂达到60Pa·s；
(四)、停止加热，冷却至35℃，脱模，即得到树脂真空灌注预处理的PMI材料泡沫(4)。
2.根据权利要求1所述的一种复合材料泡沫夹芯结构成型中对复合材料泡沫进行树脂灌注预处理的方法，其特征在于，所述步骤(三)的环氧树脂可用不饱和聚酯或酚醛树脂替代。
3.根据权利要求1所述的一种复合材料泡沫夹芯结构成型中对复合材料泡沫进行树脂灌注预处理的方法，其特征在于，所述可剥布(3)和可剥布(5)用于在PMI材料泡沫(4)上下表面形成树脂层来隔离PMI材料泡沫(4)与内真空袋(7)，防止内真空袋(7)与PMI材料泡沫(4)发生粘接。
4.根据权利要求1所述的一种复合材料泡沫夹芯结构成型中对复合材料泡沫进行树脂灌注预处理的方法，其特征在于，所述导流网(2)和导流网(6)用于PMI材料泡沫(4)表面的树脂导流，内真空袋(7)用于形成树脂灌注过程中的持续真空密封环境，外真空袋(8)用于形成树脂升温及保温过程中所需的持续真空密封环境。
5.根据权利要求1所述的一种复合材料泡沫夹芯结构成型中对复合材料泡沫进行树脂灌注预处理的方法，其特征在于，所述树脂灌注管(9)与盛放树脂的容器连接，设置开关，用于控制树脂灌注。
6.根据权利要求1所述的一种复合材料泡沫夹芯结构成型中对复合材料泡沫进行树脂灌注预处理的方法，其特征在于，所述抽气管(10)和抽气管(11)分别与真空泵连接，抽气管(10)和抽气管(11)均设置开关，用于控制真空状况。
7.根据权利要求1所述的一种复合材料泡沫夹芯结构成型中对复合材料泡沫进行树脂灌注预处理的方法，其特征在于，所述导流网(2)和导流网(6)、可剥布(3)和可剥布(5)与PMI材料泡沫(4)的大小相同。
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