CN105415706A - 复合材料夹芯结构真空灌注一次成型方法 - Google Patents

复合材料夹芯结构真空灌注一次成型方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种复合材料夹芯结构真空灌注一次成型方法，包括以下步骤：A、纤维布预制件准备；B、预制坯件铺设；C、包装密封；D、经过真空调节系统调节真空度；E、配置树脂基体；F、经过树脂灌注系统灌注树脂；G、经过材料成型系统成型得出产品。该方法通过利用真空负压实现树脂在纤维及其织物之间的浸渍，并在真空压力下固化成型，全程可在室温下进行，具有制造设备简单、成本低、周期短及产品质量高等一系列特点。其次，该工艺过程无溶剂释放，是一种十分环保的绿色制备工艺，具有十分广泛的应用背景。

Description

复合材料夹芯结构真空灌注一次成型方法
技术领域
本发明属于复合材料加工制备技术领域，涉及复合材料成型技术，特别涉及复合材料夹芯结构真空灌注一次成型方法
背景技术
金属夹芯结构是一类由芯子、上下面板及芯子与上下之间的上下界面组成的复合材料，因其自身具有的轻质、比刚度高、比强度大、可加工性良好、易于凸显组合优势等性能特点，使得其在汽车、船舶制造、国防军事、航空航天等领域扮演着十分重要角色。然而，目前在该类材料的制备工艺上还存在加工效率低、周期长、操作复杂以及成本高等一系列缺陷，这些制备工艺上的缺陷严重影响了广大学者对金属泡沫夹芯结构的研究进程，同时也大大限制了金属泡沫夹芯结构的应用范围。因此，改进和创新现有的制备工艺，设计和开发新的制备方法的对于发挥夹芯结构的优越性能具有极其重要的作用。
本发明涉及一种真空辅助树脂灌注复合材料成型工艺，该工艺通过利用真空负压实现树脂在纤维及其织物之间的浸渍，并在真空压力下固化成型，全程可在室温下进行。因此，与以往的手糊成型、模压成型、热压罐成型相比，具有制造设备简单、成本低、周期短及产品质量高等一系列特点。其次，该工艺过程无溶剂释放，是一种十分环保的绿色制备工艺，具有十分广泛的应用背景。
目前，复合材料夹芯结构的制备主要有两种方法，一种是多步成型法，一种是一次成型法。多步成型法是指将复合材料夹芯结构两侧的纤维增强复合材料面板先单独成型，然后采用粘接剂将面板和夹芯结构芯子粘接成型；一次成型法是指通过采用传统的真空辅助树脂灌注工艺，在夹芯结构芯子两侧铺设纤维布预制件和脱模介质，并将整个预制件用密封介质密封，然后用抽气罐抽掉预制件内的空气，利用真空负压将树脂浸渍到纤维和芯子的表面，并在该压力下固化成型。
专利CN1915650介绍了一种玻璃钢复合材料夹芯结构的真空成型工艺，该工艺先制备各层材料，然后利用粘接剂将各层材料粘接形成复合材料预制件，最后利用上下合模将复合材料预制件在真空负压下进行固化成型。
专利CN10352926介绍一种通过在芯子材料表面开槽后将其置于纤维中间，利用所开的槽将树脂浸渍到纤维中的大型结构复合材料夹芯结构制备工艺。
专利CN104139529A介绍了一种基于真空辅助树脂灌注技术，夹芯结构上下面分别利用导流介质和半透膜作为促进树脂在纤维织物中流动和浸渍的夹芯结构制备工艺。
目前，国内外尚无在夹芯结构上下面铺设聚乙烯导流网作为导流系统、并且整个过程在室温下进行各金属泡沫复合材料夹芯结构一次成型制备工艺的相关报道。
发明内容
本发明的目的在于，针对现有复合材料夹芯结构制备工艺及成型方法的不足，基于树脂传递模塑成型(ResinTransferMolding，RTM)和真空辅助成型工艺(VacuumAssistedResinInfusion，VARI)的原理，以真空负压代替RTM工艺中的机械注射压力，完成对树脂的灌注和浸渍，将VARI的应用范围由树脂基纤维增强复合材料的制备推广到复合材料夹芯结构的制备，同时，由于本发明所涉及的工艺不受模具的限制，因此能够提供一种复合材料夹芯结构真空灌注一次成型方法。
本发明的技术方案如下：
一种复合材料夹芯结构真空灌注一次成型方法，包括以下步骤：
A、纤维布预制件准备；
B、预制坯件铺设；
C、包装密封；
D、经过真空调节系统调节真空度；
E、配置树脂基体；
F、经过树脂灌注系统灌注树脂；
G、经过材料成型系统成型得出产品。
优选的，所述树脂灌注系统包括搅拌系统、空压软管和进料阀。
优选的，所述材料成型系统包括密封膜、密封胶带、脱模介质、导流系统、纤维布和泡沫铝芯子。
优选的，所述真空调节系统包括空压软管、不锈钢罐、真空表、真空泵、真空调节阀和树脂收集器。
优选的，所述树脂搅拌系统用于配置由环氧树脂和固化剂组成的复合材料基体。
优选的，空压软管用于连接所述树脂搅拌系统和预制坯件的灌注口，进气阀位于空压软管与灌注口的连接处，用于抽真空时控制空气的流入。
优选的，密封膜及密封胶带用于形成预制坯件的封闭空间，确保抽真空后维持真空环境。
优选的，导流管和导流网用于形成导流系统，促进树脂在纤维布及其与芯子界面的流动和浸渍；脱模介质用于固化后成品与导流网的分离，同时便于形成良好的表面。
优选的，真空泵和不锈钢罐用于提供抽气的动力和维持稳定的气压；真空调节阀用于调节抽气的速率；真空表用于监测预制坯件内的实时气压。
优选的，树脂收集器用于收集加工过程中流过预制件后多余的树脂。
本发明通过利用真空负压实现树脂在纤维及其织物之间的浸渍，并在真空压力下固化成型，全程可在室温下进行。因此，与以往的手糊成型、模压成型、热压罐成型相比，具有制造设备简单、成本低、周期短及产品质量高等一系列特点。其次，该工艺过程无溶剂释放，是一种十分环保的绿色制备工艺，具有十分广泛的应用背景。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
图1为本发明所述的制备工艺的流程图；
图2为本发明所述的预制坯件的铺层图；
图3为本发明所述的制备及控制系统的组成图；
图4为本发明所述的切割后的泡沫铝夹芯结构试样；
上述图中：
附图2中1和6为密封膜、2为导流网、3为脱模布、4为玻璃纤维布、5为泡沫铝芯子、7和8为导流管。
附图3中1为树脂搅拌系统、2为空压软管、3为进气阀、4为平面模具、5为密封的预制件、6为不锈钢罐及树脂收集器、7为真空表、8为真空调节阀、9为真空泵。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
图1至4所示，一种复合材料夹芯结构真空灌注一次成型方法，包括以下步骤：
A、纤维布预制件准备；
B、预制坯件铺设；
C、包装密封；
D、经过真空调节系统调节真空度；
E、配置树脂基体；
F、经过树脂灌注系统灌注树脂；
G、经过材料成型系统成型得出产品。
所述树脂灌注系统包括搅拌系统、空压软管和进料阀。
所述材料成型系统包括密封膜、密封胶带、脱模介质、导流系统、纤维布和泡沫铝芯子。
所述真空调节系统包括空压软管、不锈钢罐、真空表、真空泵、真空调节阀和树脂收集器。
所述树脂搅拌系统用于配置由环氧树脂和固化剂组成的复合材料基体。
空压软管用于连接所述树脂搅拌系统和预制坯件的灌注口，进气阀位于空压软管与灌注口的连接处，用于抽真空时控制空气的流入。
密封膜及密封胶带用于形成预制坯件的封闭空间，确保抽真空后维持真空环境。
导流管和导流网用于形成导流系统，促进树脂在纤维布及其与芯子界面的流动和浸渍；脱模介质用于固化后成品与导流网的分离，同时便于形成良好的表面。
真空泵和不锈钢罐用于提供抽气的动力和维持稳定的气压；真空调节阀用于调节抽气的速率；真空表用于监测预制坯件内的实时气压。
树脂收集器用于收集加工过程中流过预制件后多余的树脂。
实施例：
以一次加工双侧面板厚度均为1.2mm、泡沫铝芯子厚度为20mm、面内尺寸为600mm×600mm的复合材料夹芯结构平板为例对本发明涉及的成型工艺进行详细说明。具体使用到的材料及制备过程注意事项如下：
以尺寸为620mm×620mm、铺层为[0/-45/45]的玻璃纤维织物面板坯料，共4块，面板坯料0度方向对齐反对称叠合2层，组成铺层方向为[45/-45/0/0/-45/45]的面板铺层，0度方向采用的玻纤类型为ER468G-600，正负45度方向采用的玻纤类型为ER468G-300，纤维直径为14μm，线密度分别为600g/km和300g/km，采用的玻璃类型为ECT(玻璃纤维布购买于重庆国际复合材料有限公司)；以面内尺寸为600mm×600mm、厚度为20mm的闭孔泡沫铝作为芯子材料(泡沫铝购买于杭州龙邦科技有限公司)。
以两根长度为600mm、直径为20mm的螺旋导流管作为注胶管和脱气管，以尺寸为580mm×580mm的聚乙烯编织网作为导流网，共同组成导流系统。
以尺寸为700mm×700mm、厚度为0.5mm透气焊布作为脱模介质。
以尺寸为1000mm×1000mm、厚度为0.5mm的聚酯膜作为密封膜。
在平面模具上，注胶管与脱气管平行置于坯件的树脂进料端与抽气端的两侧，铺层结构如附图3：从上到下依次为密封膜、导流网、脱模布、玻璃纤维布、泡沫铝、玻璃纤维布、脱模布、导流网、密封膜；将灌注端导流管与连接树脂灌注系统的空压软管相连，将抽气端导流管与连接不锈钢罐的空压软管相连；铺设好后用密封胶带密封成封闭系统。
关闭进气阀，对预制坯件系统进行抽真空，同时配置树脂基体(将美国陶氏的环氧树脂760E与固化剂766H按3:1混合、搅拌；在真空负压达到-0.9Mpa后关掉真空泵，打开进气阀开始进行树脂灌注。灌注和浸渍过程完成后关闭进气阀、打开真空泵，将坯件内真空负压调节至-0.9Mpa关闭真空泵，使坯件在该真空负压下固化成型，保持时长约为30min。固化后脱模即可得到本发明所制备的复合材料夹芯结构成品，切割后可得如附图3所示试样。
本发明通过利用真空负压实现树脂在纤维及其织物之间的浸渍，并在真空压力下固化成型，全程可在室温下进行。因此，与以往的手糊成型、模压成型、热压罐成型相比，具有制造设备简单、成本低、周期短及产品质量高等一系列特点。其次，该工艺过程无溶剂释放，是一种十分环保的绿色制备工艺，具有十分广泛的应用背景。
对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。

Claims (10)

1.一种复合材料夹芯结构真空灌注一次成型方法，其特征在于，包括以下步骤：
A、纤维布预制件准备；
B、预制坯件铺设；
C、包装密封；
D、经过真空调节系统调节真空度；
E、配置树脂基体；
F、经过树脂灌注系统灌注树脂；
G、经过材料成型系统成型得出产品。
2.根据权利要求1所述的复合材料夹芯结构真空灌注一次成型方法，其特征在于，所述树脂灌注系统包括搅拌系统、空压软管和进料阀。
3.根据权利要求1所述的复合材料夹芯结构真空灌注一次成型方法，其特征在于，所述材料成型系统包括密封膜、密封胶带、脱模介质、导流系统、纤维布和泡沫铝芯子。
4.根据权利要求1所述的复合材料夹芯结构真空灌注一次成型方法，其特征在于，所述真空调节系统包括空压软管、不锈钢罐、真空表、真空泵、真空调节阀和树脂收集器。
5.根据权利要求1所述的复合材料夹芯结构真空灌注一次成型方法，其特征在于，所述树脂搅拌系统用于配置由环氧树脂和固化剂组成的复合材料基体。
6.根据权利要求4所述的复合材料夹芯结构真空灌注一次成型方法，其特征在于，空压软管用于连接所述树脂搅拌系统和预制坯件的灌注口，进气阀位于空压软管与灌注口的连接处，用于抽真空时控制空气的流入。
7.根据权利要求3所述的复合材料夹芯结构真空灌注一次成型方法，其特征在于，密封膜及密封胶带用于形成预制坯件的封闭空间，确保抽真空后维持真空环境。
8.根据权利要求3所述的复合材料夹芯结构真空灌注一次成型方法，其特征在于，导流管和导流网用于形成导流系统，促进树脂在纤维布及其与芯子界面的流动和浸渍；脱模介质用于固化后成品与导流网的分离，同时便于形成良好的表面。
9.根据权利要求4所述的复合材料夹芯结构真空灌注一次成型方法，其特征在于，真空泵和不锈钢罐用于提供抽气的动力和维持稳定的气压；真空调节阀用于调节抽气的速率；真空表用于监测预制坯件内的实时气压。
10.根据权利要求4所述的复合材料夹芯结构真空灌注一次成型方法，其特征在于，树脂收集器用于收集加工过程中流过预制件后多余的树脂。
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