CN104816491B - 一种含角型结构rtm预成型体制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于复合材料成型技术领域，涉及一种含角型结构RTM预成型体的制备方法。传统方法中含角型结构RTM预成型体采用含定型剂干态纤维织物逐层铺贴，耗时费力，生产效率低下。本发明利用含定型剂干态纤维织物加热时定型剂粘度小，织物叠层层间可发生有效滑动的特点，在制造含角型结构预成型体时先铺贴含定型剂干态纤维织物平板叠层结构，然后在合理工艺条件下借助真空压力将含定型剂干态纤维织物平板叠层结构直接赋型为含角型结构预成型体。相对于含定型剂干态纤维织物逐层铺贴方法，本发明可以实现含角型结构预成型体的高效制造，拓展含角型结构RTM预成型体成型方法，提升复合材料制件批量生产时工艺效率。

Description

一种含角型结构RTM预成型体制备方法

技术领域

本发明属于复合材料成型技术领域，涉及一种含角型结构RTM预成型体的制备方法。

背景技术

RTM为复合材料液体成型工艺，采用干态纤维织物/树脂材料体系，借助闭合模具在烘箱内成型，具有低成本、高精度、成型结构复杂等众多优点，已经在航空航天领域获得广泛应用。

预成型体制备是含角型结构RTM成型技术中关键技术之一，它可以提高RTM闭合模具成型条件下，复合材料干态纤维坯体与模具型腔配合精度，优化闭合模具合模质量。与RTM干态纤维织物铺贴工序一样，预成型体亦采用层层铺贴工艺，略有不同的是预成型体所用的干态纤维织物表面富含定型剂，定型剂具有常规热固性树脂的一些功能，比如热条件下可以发生粘度演化、固化后玻璃化转变温度提升、弹性模量提高等。当整个预成型体铺贴完成、加热定型处理再回到常温条件时，因定型剂的物理粘结作用与弹性模量提高，干态纤维织物层与层粘连为一体，预成型体的干态纤维织物回弹受到有效抑制，预成型体能最大程度地接近净尺寸。

含角型结构的预成型体，截面为L型、C型、U型、V型、Z型、Ω型及π型复合材料制件，是预成型体制造中最烦琐，亦是最容易出现“架桥”现象的结构形式。对于上述结构，为避免“架桥”现象产生，包含角型结构在内的预成型体均是(含定型剂)干态纤维织物逐层小心翼翼铺贴的结果，即使如此角型结构部位成型质量仍难以获得有效保证。

预成型体是复合材料RTM技术成型工艺的关键技术，当预成型体角型结构出现“架桥”等质量问题时，一方面因角型结构为非净尺寸形式，合模精度有限，将在注胶工艺中引起溢胶现象，同时因合模间隙的存在，复合材料制件内部将会导入大量空气，复合材料制件的内部质量亦将受到严重威胁。另一方面，即使强制合模阻止了溢胶现象产生，但预成型体因角型结构错乱，不仅结构力学性能受到影响，而且纤维错乱分布将可能引起树脂在角型结构区流动紊乱，进而造成角型结构区密集空隙、贫胶等质量缺陷的存在。鉴于上述原因，开发新型含角型结构RTM预成型体制备方法就成为解决上述问题的核心所在。

发明内容

本发明的目的，提出一种含角型结构RTM预成型体高效率制造方法，解决含拐角结构预成型体质量低、铺贴工艺烦琐等难题。

本发明的技术方法是：该方法的操作步骤如下：

(1)确定含角型结构预成型体赋型工艺条件

测定所用含定型剂干态纤维织物的定型剂动态流变曲线，确定定型剂粘度最低时温度点T；测定定型剂在温度T条件下玻璃化转变温度Tg，记录Tg达到50℃时时间点t，则含角型结构预成型体赋型工艺为T/t；

(2)含定型剂干态纤维织物平板叠层结构铺贴

依铺层顺序，铺贴含定型剂干态纤维织物，形成干态纤维织物平板叠层结构；

(3)一次封装

以干态纤维织物平板叠层结构为镜面中心，按干态纤维织物平板叠层结构-四氟布-透气毡-超塑性真空袋顺序进行组合，并采用腻子条进行真空封装，配备真空管路，形成一次封装体，在真空袋表面标定定位线；

(4)二次封装

在预定型模上涂敷粘结剂，依据预定型模上的定位线和真空袋表面标定定位线，放置一次封装体，采用超塑性真空袋将一次封装体封装在预定型模上，并再次配备真空管路，保证一次封装体的真空管路在二次真空封装体外进行抽真空处理；

(5)抽真空处理

对一次封装体的真空管路进行抽真空处理，真空度为-0.095MPa以下；

(6)对上述封装体和预定型模进行加热

根据干态纤维织物平板叠层结构的预成型体赋型工艺温度T，对封装体和预定型模进行加热，直到封装体温度达到T，并保持恒温，开始记录时间t₀；

(7)含角型结构预成型体赋型

自t₀时刻开始对二次封装体的真空管路抽真空，直至一次封装体紧紧贴合于定型模，真空度为-0.095MPa以下；

(8)恒温处理

继续保持恒温状态，直到恒温时间达到含角型结构预成型体赋型工艺时间t后，t₁-t₀＝t，关闭加热系统，保留真空系统，冷却至室温；

(9)脱模处理

关闭真空系统，脱模，处理毛边，得到含角型结构预成型体。

所述的含角型结构RTM预成型体截面为L型、C型、U型、V型、L型、Z型、Ω型或者π型。

所述的含定型剂干态纤维织物所用纤维为长连续纤维，含定型剂干态纤维织物形式包括单向纤维织物或平纹织物或缎纹织物或斜纹织物或无屈曲织物。

所述的含定型剂干态纤维织物所用定型剂材料体系是，环氧树脂或双马来酰亚胺树脂或聚酰亚胺树脂或聚苯并噁嗪树脂或氰酸酯树脂或酚醛树脂或不饱和树脂。

所述的含角型结构RTM预成型体赋型过程在无压力辅助的一般加热设备中进行，此设备包括电烘箱、电磁加热箱、电阻丝，赋型过程所需的压力设备为真空泵。

]本发明具有的优点是：本发明并未拘泥于传统方法，采用逐层铺贴方式制造含角型结构预成型体，而是在制造含角型结构预成型体时首先铺贴含定型剂的干态纤维织物平板叠层结构，然后在合理的工艺条件(T，t)下借助真空压力进行含角型结构预成型体赋型与制造。含角型结构预成型体的赋型过程中，干态纤维织物平板叠层结构真空封装涉及真空管路以及真空管路。真空管路首先抽真空在真空压力下，可以防止干态纤维织物平板叠层结构内纤维在面内屈曲，之后在真空管路的真空压力以及热合作用下，干态纤维织物只能通过层间滑移运动并与模具进行贴合，角型结构区域在层间滑移时有效避免了“架桥”形成，直至含角型结构预成型体整体赋型完成。当预成型体在热/压作用下发生固化定型工艺后，定型剂的玻璃化转变温度获得提升，预成型体叠层之间因定型剂固结在Z向方向回弹受到抑制，成为低回弹性能的一体化结构，并接近最终制件的净尺寸。近净尺寸的预成型体优化了合模质量，降低了制造风险，提升了制造效率，对于含角型结构制件制造具有重要应用价值。

具体实施方式

下面对本发明作出进一步的详细说明。本发明为一种含角型结构预成型体制备技术方法，其特征在于，该方法的操作步骤如下：

(1)确定干态纤维织物平板叠层结构赋型含角型结构预成型体工艺条件。研究定型剂动态流变曲线，确定定型剂粘度最低时温度点T；测定定型剂在温度T条件下玻璃化转变温度Tg，记录Tg达到50℃时时间段t。则含角型结构预成型体赋型工艺为(T，t)；

(2)干态纤维织物平板叠层结构铺贴。依预定的铺层顺序，铺贴(含定型剂)干态纤维织物，形成干态纤维织物平板叠层结构。

(3)制作封装体。以干态纤维织物平板叠层结构为镜面中心，按干态纤维织物平板叠层结构-四氟布-毡-超塑性真空袋顺序进行组合，并采用腻子条进行真空封装，配备真空管路，形成完整封装体。

(4)二次封装。定型模涂敷粘结剂，放置封装体于定型模于恰当位置。采用超塑性真空外袋将封装体封装在定型模上，并再次配备真空管路，保证封装体自身带有的真空管路亦可在二次真空封装外进行抽真空处理。

(5)真空管路1真空处理。通过真空管路1对仅封装体进行真空处理，真空度要求-0.095MPa以下。

(6)对上述封装体/模具进行加热，直封装体温度达到T，并保持恒温，记录时间t₀。

(7)预成型体赋型。通过真空管路2对干态纤维织物平板叠层结构抽真空。真空压力作用下，预热的封装体平板结构开始向定型模结构靠近，直至整个封装体紧紧贴合于定型模。

(8)恒温时间达到t₁后，t₁-t₀＝t，关闭加热系统，保留真空系统，冷却至室温。

(9)脱模，取出含角型结构预成型体，处理毛边，制备过程结束。

本发明所涉及的含角型结构RTM预成型体结构截面为C型、U型、V型、L型、Z型、Ω型及π型，所述的干态纤维织物为长连续纤维，干态纤维织物形式包括单向纤维织物或平纹织物或缎纹织物或斜纹织物或无屈曲织物，定型剂树脂基体包括环氧树脂或双马来酰亚胺树脂或聚酰亚胺树脂或聚苯并噁嗪树脂或氰酸酯树脂或酚醛树脂或不饱和树脂，含角型结构RTM预成型体赋型过程在无压力辅助的一般加热设备中进行，此设备包括电烘箱、电磁加热箱、电阻丝等，赋型过程所需的压力设备为真空泵。

实施例1：U3160/BMI定型剂制备C型肋预成型体

该实施例中制备C型肋所用的干态纤维织物为U3160，定型剂为BMI。根据BMI定型剂树脂的粘-温曲线，该树脂在粘度最低点为110℃，在110℃温度下Tg达到50℃所需要的时间为35min。将U3160/BMI定型剂先按模板下料，然后依据设计铺层铺贴成干态纤维织物平板叠层结构，选用商品化的四氟布、透气毡、超塑性真空袋完成干态纤维织物平板叠层结构封装，形成含真空管路的平板封装体。将上述平板封装体放置于定型模正确位置，再次用超塑性真空袋二次封装并带有第2条真空管路。平板封装体上真空管路抽真空至-0.095MPa以下，在电烘箱内加热直至110℃,二次封装的真空管路抽真空，U3160/BMI干态纤维织物平板叠层结构变型为C型结构，并满足在110℃保持总共35min，关闭加热系统，冷却脱模后取出C型肋预成型体，并进行修整，最后得到质量良好的C型肋预成型体。

实施例2：U3160/BMI定型剂制备Ω型梁预成型体

该实施例与实施例1的不同在于预成型体结构由C型肋更换为Ω型梁，其它操作与实施例1相同，获得Ω型梁的预成型体质量良好。

实施例3：U3160/EP定型剂制备Ω型梁预成型体

该实施例与实施例2的不同在于预成型体用定型剂由BMI更换为EP，预定型工艺改为(120℃，15min)，其它与实施例2相同，获得Ω型梁的预成型体质量良好。

实施例4：U3160/不饱和树脂定型剂制备Ω型梁预成型体

该实施例与实施例3的不同在于预成型体用定型剂由EP更换为不饱和树脂，预定型工艺改为(60℃，25min)，其它与实施例3相同，获得Ω型梁的预成型体质量良好。

实施例5：T7192D/EP定型剂制备V型后缘预成型体

该实施例与实施例4的不同在于单向干态纤维织物由U3160更换为单向T7192D，Ω型梁预成型体更换为V型后缘预成型体，其它与实施例4相同，获得Ω型梁预成型体R区结构质量良好。

实施例6：C06141/EP定型剂制备V型后缘预成型体

该实施例与实施例5的不同在于干态纤维织物由单向T7192D更换为C06141缎纹织物，其它与实施例5相同，获得V型后缘预成型体质量良好。

实施例7：W-1103/PEI定型剂制备U型梁预成型体

该实施例与实施例6的不同在于干态纤维织物由C06141斜纹织物更换为W-1103平纹织物，定型剂由EP更换为PEI，预成型体由V型更换为U型梁，预定型工艺改为(250℃，30min)，其它与实施例6相同，获得U型梁预成型体质量良好。

实施例8：W-1103/PBO定型剂制备L型筋预成型体

该实施例与实施例7的不同在于定型剂由PEI更换为PBO，预定型工艺改为(115℃，15min)，预成型体由U型更换为L型，其它与实施例7相同，获得L型筋预成型体质量良好。

实施例9：HEXCEL284/酚醛树脂定型剂制备π型筋

该实施例与实施例8的不同在于干态纤维织物由W-1103平纹织物更换为HEXCEL284斜纹织物，定型剂由PEI更换为酚醛树脂，预定型工艺改为(95℃，20min)，预成型体由L型更换为π型，其它与实施例8相同，获得π型筋预成型体质量良好。

实施例10：ZT7H(NCF)/氰酸酯定型剂制备Z型长珩

该实施例与实施例9的不同在于干态纤维织物由HEXCEL284斜纹织物更换为ZT7H(NCF)无屈曲织物，定型剂由酚醛树脂更换为氰酸酯，预定型工艺改为(100℃，30min)，预成型体由π型更换为Z型，其它与实施例9相同，获得Z型长珩预成型体质量良好。

Claims (4)

1.一种含角型结构RTM预成型体制备方法，其特征在于，操作方法如下：

(1)确定含角型结构预成型体赋型工艺条件：

测定所用含定型剂干态纤维织物中定型剂动态流变曲线，确定定型剂粘度最低时温度点T；测定定型剂在温度T条件下玻璃化转变温度Tg，记录Tg达到50℃时间段t，则含角型结构预成型体赋型工艺为T/t；

(2)含定型剂干态纤维织物平板叠层结构铺贴

依铺层顺序，铺贴含定型剂干态纤维织物，形成干态纤维织物平板叠层结构；

(3)一次封装

以干态纤维织物平板叠层结构为镜面中心，按干态纤维织物平板叠层结构-四氟布-透气毡-超塑性真空袋顺序进行组合，并采用腻子条进行真空封装，配备真空管路，形成一次封装体，在真空袋表面标定定位线；

(4)二次封装

在预定型模上涂敷粘结剂，依据预定型模上的定位线和真空袋表面标定定位线，放置一次封装体，采用超塑性真空袋将一次封装体封装在预定型模上，并再次配备真空管路，保证一次封装体的真空管路在二次封装体外可以实现抽真空处理操作；

(5)抽真空处理

对一次封装体的真空管路进行抽真空处理，真空度为-0.095MPa以下；

(6)对一次封装体和预定型模进行加热

根据干态纤维织物平板叠层结构的预成型体赋型工艺温度T，对一次封装体和预定型模进行加热，直到封装体温度达到T，并保持恒温，开始记录时间t₀；

(7)含角型结构预成型体赋型

自t₀时刻开始对二次封装体的真空管路抽真空，直至一次封装体紧紧贴合于定型模，真空度为-0.095MPa以下；

(8)恒温处理

继续保持恒温状态，直到恒温时间达到含角型结构预成型体赋型工艺时间t₁后,t₁-t₀＝t，关闭加热系统，保留真空系统，冷却至室温；

(9)脱模处理

关闭真空系统，脱模，处理毛边，得到含角型结构预成型体。

2.根据权利要求1所述的一种含角型结构RTM预成型体制备方法，其特征在于，所述的含角型结构RTM预成型体截面为L型、C型、U型、V型、Z型、Ω型 或者π型。

3.根据权利要求1所述的一种含角型结构RTM预成型体制备方法，其特征在于，所述的含定型剂干态纤维织物所用纤维为长连续纤维，含定型剂的干态纤维织物形式包括单向纤维织物或平纹织物或缎纹织物或斜纹织物或无屈曲织物。

4.根据权利要求1所述的一种含角型结构RTM预成型体制备方法，其特征在于，所述的含定型剂干态纤维织物所用定型剂材料体系是，环氧树脂或双马来酰亚胺树脂或聚酰亚胺树脂或聚苯并噁嗪树脂或氰酸酯树脂或酚醛树脂或不饱和树脂。