CN105922703B - 一种薄壁泡沫夹层结构复合材料天线罩制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种薄壁泡沫夹层结构复合材料天线罩制备方法,目的是解决夹层结构天线罩制备过程中薄壁泡沫夹层加工困难或是无法加工的难题。技术方案是将薄壁泡沫夹层的通体加工分解为两次:第一次在初始泡沫块上进行单面机加,第二次在单面机加泡沫块增强增刚后进行,即在刚性模具‑复合材料面板‑单面机加泡沫块的组合体上进行薄壁夹层其余面的加工,制备出符合目标天线罩技术要求的薄壁泡沫夹层。在此基础上通过织物浸渍树脂与真空袋压工艺实现目标天线罩中复合材料面板的制备及面板与泡沫夹层的粘接。采用本发明避免了初始泡沫块通体加工制备薄壁泡沫夹层的困难,天线罩成型工艺简单,制备的产品缺陷少、质量轻、透波性好。

Description

一种薄壁泡沫夹层结构复合材料天线罩制备方法
技术领域
本发明涉及一种泡沫夹层结构复合材料的成型方法,属纤维增强树脂基复合材料及加工领域。
背景技术
随着电子通讯和电子对抗技术的发展,雷达,特别是机载雷达对天线罩的减重、透波性能要求越来越高。天线罩壁结构形式(图1)主要有实心半波壁(单壁,如图1(a)所示)、A夹层结构(蒙皮-夹层-蒙皮,如图1(b)所示)、C夹层结构(蒙皮-夹层-蒙皮-夹层-蒙皮,如图1(c)所示)。其中,实心半波壁的特点是在高入射角和两种极化情况下具有较好的电性能,但主要缺点是透波频带窄、重量大;A夹层结构的特点是重量轻,刚性好,在低、中入射角情况下透波性能较好;C夹层结构比A夹层具有更宽的频带并且适应高入射角,但重复性较差和相位性能不佳是其主要缺点。总之,A夹层和C夹层结构引入了轻质夹芯,都具有重量轻、刚性好的特点。
夹层结构一般是由薄而强的面板与诸如蜂窝、泡沫、巴沙木等轻质芯材组成的一种“三明治”结构。夹层结构自20世纪40年代出现以来,因其抗弯刚度大,结构重量轻,即夹层结构具有高的比强度和比模量,而且耐疲劳、抗振动性能好,隔音、隔热等性能优异,一直是工程应用中重要的结构材料。
夹层结构复合材料天线罩中,由于透波性能的要求,面板一般采用玻璃纤维增强树脂基复合材料,除Nomex蜂窝外,芯材多采用聚氨酯(PU)、聚甲基丙烯酰亚胺(PMI)泡沫。几种泡沫芯材的性能对比见表1。
表1相同密度下几种泡沫芯材的力学性能及电性能
*f=26GHz
泡沫夹层结构一般可以采用面板和芯材粘接成型,或是在封闭型腔中采用液体灌注胶料发泡粘接预成型面板成型。发泡料粘接复合材料面板中,密封于模腔内的胶料存在均匀发泡的困难,而发泡不均匀将严重影响制品的电性能。面板和固体泡沫芯材的粘接成型较为普遍,一般将泡沫芯材加工到所需形状和尺寸后,与预成型面板粘接贴合。这种制备工艺中存在固(面板)-固(芯材)粘接界面,粘接面的型面吻合度、粘接胶膜、粘接压力等因素对粘接质量影响很大,工艺控制复杂且周期较长。
薄壁泡沫夹层结构复合材料天线罩具有轻质、透波的优良特性,是直升机、无人机以及其他飞行器平台首选的雷达等电子设备保护罩。但是,对于薄壁泡沫夹层,特别是非平板的薄壁泡沫夹层,如多为弯曲型面的天线罩用薄壁泡沫夹层,电性能要求对壁厚严格控制,但泡沫本体机械性能(见表1)不强,单面加工基本可行,通体加工则存在不便装夹、加工过程中因薄壁结构刚度不足,易出现泡沫移位、变形、脆裂而导致无法加工的难题,无法得到合格尺寸的薄壁泡沫夹层用于制备夹层结构复合材料天线罩,限制了轻质、透波的夹层结构复合材料天线罩的批量推广应用。
如何解决薄壁泡沫夹层结构天线罩制备过程中薄壁泡沫夹芯加工困难或是无法加工的难题,制备薄壁泡沫夹层结构复合材料天线罩是本领域技术人员极为关注的技术问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是解决薄壁泡沫夹层结构天线罩制备过程中薄壁泡沫夹芯加工困难或是无法加工的难题,提供一种薄壁泡沫夹层结构复合材料天线罩的制备方法,
本发明的思路是将天线罩对薄壁泡沫夹层通体加工的要求拆解为内、外两个表面分两次进行加工,第一次加工直接在泡沫块上进行,第二次加工则在增强增刚的泡沫块上进行。具体方法是:①第一次加工:在初始泡沫块上加工出泡沫夹层的单个工作面。此时泡沫块形体宽大,厚度大,刚度高,泡沫块在机加设备上的安装、固定及单面机加都不困难。②泡沫块的增强增刚:根据薄壁泡沫夹层结构复合材料天线罩制备要求,在泡沫块的单个机加面上铺叠增强纤维织物并浸渍树脂(固化后即为夹层结构天线罩产品中的复合材料蒙皮),套合到成型用刚性模具中,真空袋压,固化成型。由此形成以刚性模具和复合材料蒙皮增强增刚的泡沫块组合体。③第二次机加:在组合体基础上加工泡沫夹层的其他工作面。此时泡沫层是和复合材料层固化在一起的,并且粘合在刚性模具上,结合体刚度大。即使将泡沫块加工到天线罩夹层所需的薄壁结构,已有刚性模具和复合材料蒙皮增强增刚的泡沫块仍可以保证机加的顺利进行,机加完成后即得到天线罩所需的薄壁泡沫夹层。
在第二次机加的泡沫夹层上继续采用液相浸渍袋压法制备第二个复合材料层,即可形成A夹层结构(蒙皮-泡沫-蒙皮)天线罩(参考工艺流程图2):
第一步,刚性模具准备
根据薄壁泡沫夹层结构复合材料天线罩技术要求和工艺实施要求,准备薄壁泡沫夹层结构复合材料天线罩制备的单面刚性模具。此刚性模具工作面与天线罩产品中的内表面或外表面一致(与内表面一致即为阳模,与外表面一致即为阴模)。
需要注意的是:模具基座上要预留泡沫夹层第二次机加时的定位和对刀基准点。
对刚性模具进行表面打磨、清洗和涂敷脱模剂处理。
第二步,材料和设备准备
根据薄壁泡沫夹层结构复合材料天线罩制备要求,分别准备好复合材料面板用增强材料、液态浸渍树脂,以及真空袋压工艺所需的脱模布、吸胶毡、真空袋膜、密封胶条、真空咀、真空系统等材料和设备。所述增强材料包括石英玻璃纤维织物、S玻璃纤维织物、芳纶纤维织物、E玻璃纤维织物、D玻璃纤维织物、聚乙烯纤维织物。所述树脂包括环氧树脂、乙烯基树脂、不饱和聚酯树脂、氰酸酯树脂。
第三步,第一初始泡沫块1准备
第一初始泡沫块1的形状及尺寸满足能完全包络成型制品(目标天线罩)中的第一泡沫夹层即可。一般可在泡沫夹层结构包络尺寸外,各向分别扩大50~100mm。所述第一初始泡沫块1的材料包括聚甲基丙烯酰亚胺、聚氨酯、聚酰亚胺。
第四步,第一泡沫夹层的第一次机加(单面机加)
根据薄壁泡沫夹层结构复合材料天线罩技术要求和工艺实施要求,将第一初始泡沫块1安装并固定在机加设备的工作台上,铣削加工(复杂型面一般采用数控加工)出第一泡沫夹层的内表面或外表面,得到第一单面机加泡沫块2。
第五步,第一个复合材料面板I的制备
根据薄壁泡沫夹层结构复合材料天线罩技术要求和工艺实施要求,在第一单面机加泡沫块2的加工面上,逐层铺放增强材料并浸渍树脂,制备出薄壁泡沫夹层结构复合材料天线罩目标制品中第一个复合材料面板I。将第一个复合材料面板I套合刚性模具工作面,形成刚性模具-第一个复合材料面板I-第一单面机加泡沫块2三者的组合体。
第一个复合材料面板I的制备也可以在刚性模具工作面上进行。根据薄壁泡沫夹层结构复合材料天线罩技术要求和工艺实施要求,在刚性模具工作面上,逐层铺放增强材料并浸渍树脂(固化后即为夹层结构天线罩产品中的复合材料蒙皮),套合第一单面机加泡沫块2的加工面,同样形成刚性模具-第一个复合材料面板I-第一单面机加泡沫块2三者的组合体。
第六步,真空袋膜封装
根据真空袋压工艺要求,在刚性模具-第一个复合材料面板I-第一单面机加泡沫块2三者的组合体上,依次铺放脱模布、吸胶毡,安置真空咀,在刚性模具边缘距第一个复合材料面板I约70mm外粘贴密封胶条,并用真空袋膜将刚性模具-第一个复合材料面板I-第一单面机加泡沫块2三者的组合体,以及脱模布、吸胶毡、真空咀等全部密封在真空袋内,得到第一袋膜包覆模腔。
第七步,第一次真空袋压固化
第一袋膜包覆模腔通过真空咀连接真空系统。第一袋膜包覆模腔抽真空并保持真空压力。根据第一个复合材料面板I的浸渍树脂的固化工艺要求进行真空袋压固化,使密封在真空袋膜内的第一个复合材料面板I与第一单面机加泡沫块2固化粘接成整体。
第八步,第一次脱除清理
脱除真空袋膜、吸胶毡、脱模布及真空咀,清理模具基座,得到泡沫外露的刚性模具-第一个复合材料面板I-第一单面机加泡沫块2的结合体。
特别注意的是:脱模过程中,不要松动刚性模具与第一个复合材料面板I间的粘合。
第九步,第一泡沫夹层的第二次机加
将刚性模具-第一个复合材料面板I-第一单面机加泡沫块2的结合体的刚性模具基座安装固定在机加设备的工作台上,校对模具基座上的定位和对刀基准,第二次数控铣削加工第一泡沫夹层,制备出第一泡沫夹层所需的其余加工面,得到第一双面机加泡沫块3(即薄壁泡沫夹层结构复合材料天线罩目标制品中的第一泡沫夹层)。
第十步,若需要制备A夹层结构天线罩,则转第十一步;若需要制备C夹层结构天线罩,则转第十三步。
第十一步,第二个复合材料面板II的制备
根据薄壁泡沫夹层结构复合材料天线罩技术要求和工艺实施要求,在第一双面机加泡沫块3的机加表面上,依次铺放增强材料并浸渍树脂,制备出薄壁泡沫夹层结构复合材料天线罩目标制品中第二个复合材料面板II,形成刚性模具-第一个复合材料面板I-第一双面机加泡沫块3-第二个复合材料面板II四者的组合体。
第十二步,第二次真空袋压固化与脱除,得到A夹层结构天线罩
根据真空袋压工艺要求,用真空袋膜将刚性模具-第一个复合材料面板I-第一双面机加泡沫块3-第二个复合材料面板II四者的组合体,以及脱模布、吸胶毡、真空咀等全部密封在真空袋内,得到第二袋膜包覆模腔。
通过真空咀连接真空系统后,第二袋膜包覆模腔抽真空。根据第二个复合材料面板II的浸渍树脂的固化工艺要求进行真空袋压固化,使密封在真空袋膜内的第二个复合材料面板II与第一双面机加泡沫块3固化粘接成整体。
脱除真空袋膜、吸胶毡、脱模布及真空咀,继续脱除刚性模具,即得到由第一个复合材料面板I-第一双面机加泡沫块3(第一泡沫夹层)-第二个复合材料面板II组成的A夹层结构天线罩。
第十三步,第二泡沫夹层的第一次机加(单面机加)
根据薄壁泡沫夹层结构复合材料天线罩技术要求和工艺实施要求,将第二泡沫夹层加工所需的第二初始泡沫块4安装并固定在机加设备的工作台上,铣削加工出第二泡沫夹层的内表面或外表面,得到第二单面机加泡沫块5。第二初始泡沫块4材料包括聚甲基丙烯酰亚胺、聚氨酯、聚酰亚胺。
第十四步,第二个复合材料面板II的制备
根据薄壁泡沫夹层结构复合材料天线罩技术要求和工艺实施要求,在第一双面机加泡沫块3的机加表面上,逐层铺放增强材料并浸渍树脂,制备出薄壁泡沫夹层结构复合材料天线罩目标制品中第二个复合材料面板II。
将第二个复合材料面板II套合第二单面机加泡沫块5的机加面,形成刚性模具-第一个复合材料面板I-第一双面机加泡沫块3-第二个复合材料面板II-第二单面机加泡沫块5五者的组合体。
第十五步,第二次真空袋压固化
根据真空袋压工艺要求,用真空袋膜将刚性模具-第一个复合材料面板I-第一双面机加泡沫块3-第二个复合材料面板II-第二单面机加泡沫块5五者的组合体,以及脱模布、吸胶毡、真空咀等全部密封在真空袋内,形成第三袋膜包覆模腔。
通过真空咀连接真空系统后,第三袋膜包覆模腔抽真空。根据第二个复合材料面板II的浸渍树脂的固化工艺要求进行真空袋压固化,使密封在真空袋膜内的第二个复合材料面板II与第一双面机加泡沫块3、第二单面机加泡沫块5固化粘接成整体。
第十六步,第二次脱除清理
脱除真空袋膜、吸胶毡、脱模布及真空咀,清理模具基座,得到泡沫外露的刚性模具-第一个复合材料面板I-第一双面机加泡沫块3-第二个复合材料面板II-第二单面机加泡沫块5的结合体。
特别注意的是:脱模过程中,不要松动刚性模具与第一个复合材料面板I间的粘合。
第十七步,第二泡沫夹层的第二次机加
将刚性模具-第一个复合材料面板I-第一双面机加泡沫块3-第二个复合材料面板II-第二单面机加泡沫块5的结合体的刚性模具基座安装固定在机加设备的工作台上,校对模具基座上的定位和对刀基准,第二次数控铣削加工第二泡沫夹层,制备出第二个泡沫夹层所需的其余加工面,得到第二双面机加泡沫块6(第二次机加后的第二泡沫夹层),形成刚性模具-第一个复合材料面板I-第一双面机加泡沫块3-第二个复合材料面板II-第二双面机加泡沫块6五者的组合体。
第十八步,第三个复合材料面板III的制备
根据薄壁泡沫夹层结构复合材料天线罩技术要求和工艺实施要求,在第二双面机加泡沫块6的机加表面上,逐层铺放增强材料并浸渍树脂,制备出薄壁泡沫夹层结构复合材料天线罩目标制品中第三个复合材料面板III,形成刚性模具-第一个复合材料面板I-第一双面机加泡沫块3-第二个复合材料面板II-第二双面机加泡沫块6-第三个复合材料面板III六者的组合体。
第十九步,第三次真空袋压固化与脱除,得到C夹层结构天线罩
根据真空袋压工艺要求,用真空袋膜将刚性模具-第一个复合材料面板I-第一双面机加泡沫块3-第二个复合材料面板II-第二双面机加泡沫块6-第三个复合材料面板III六者的组合体,以及脱模布、吸胶毡、真空咀等全部密封在真空袋内,形成第四袋膜包覆模腔。
通过真空咀连接真空系统后,第四袋膜包覆模腔抽真空。根据第三个复合材料面板III的浸渍树脂的固化工艺要求进行真空袋压固化,使密封在真空袋膜内的第三个复合材料面板III与第二双面机加泡沫块6固化粘接成整体。
脱除真空袋膜、吸胶毡、脱模布及真空咀后,继续脱除刚性模具,即得到由第一个复合材料面板I-第一双面机加泡沫块3(第一泡沫夹层)-第二个复合材料面板II-第二双面机加泡沫块6(第二泡沫夹层)-第三个复合材料面板III组成的C夹层结构天线罩。
采用本发明可以达到以下技术效果:
采用本发明第九步中的刚性模具-第一个复合材料面板I-第一单面机加泡沫块2的结合体,以及第十七步中的刚性模具-第一个复合材料面板I-第一双面机加泡沫块3-第二个复合材料面板II-第二单面机加泡沫块5的结合体进行泡沫夹层的第二次机加,得到了目标天线罩制品所需的薄壁泡沫夹层,避免了由初始泡沫块直接通体加工制备薄壁泡沫夹层的困难——该过程中会出现薄壁泡沫件,其刚度不足,无法装夹,且不可避免地会出现泡沫移位、变形甚至断裂的现象。
此外,夹层结构天线罩中复合材料面板采用逐层铺放增强材料并浸渍树脂制备,然后采用真空袋压固化成型,程序简单;复合材料面板与泡沫夹层的界面粘接是在复合材料面板尚未固化下的液相粘接(见第五步、第十一步、第十四步、第十八步中各个组合体的形成过程),型面配合好,粘接牢固,避免了预成型面板(固体)与泡沫夹层(固体)的固-固界面粘接的不足;薄壁泡沫夹层厚度由机械加工控制,复合材料面板厚度由增强织物及基体树脂用量控制,两者厚度皆可控,制品电性能(透波性能)有保障。综合地看,天线罩制品在真空压力(~1atm)下成型制备,缺陷少、质量轻、透波性好。
国防科技大学采用本发明制备了薄壁泡沫A夹层结构宽频透波天线罩和船用薄壁泡沫C夹层结构透波天线罩,制品表面及内部无明显缺陷,制成的天线罩质量轻,能承载,透波性能好。试制的各型薄壁泡沫夹层结构天线罩全部通过了电性能、力学性能和耐环境性能测试,完全满足设计指标的要求。
附图说明
图1为天线罩罩壁结构示意图;
图2为本发明总体流程图;
图3为A夹层结构天线罩制备工艺流程示意图;
图4为C夹层结构天线罩制备工艺流程示意图;
图5为真空袋压工艺原理图。
具体实施方式
实施例1典型厚度5mm的薄壁泡沫A夹层结构复合材料天线罩
第一步,刚性模具准备
采用45#钢加工出天线罩产品成型阳模。阳模工作面成型对应的天线罩内部型腔。阳模基座上预留泡沫夹层第二次机加时的定位及对刀基准。
对阳模进行表面打磨、清洗和涂敷脱模剂处理,备用。
第二步,材料和设备准备
根据该复合材料天线罩的技术要求,将复合材料面板用的S玻璃纤维织物(增强材料)剪裁成方块,在烘箱中干燥备用;将浸渍用的液态环氧树脂及固化剂真空脱水、干燥,备用。同时准备好真空袋压工艺所需的脱模布、吸胶毡、真空袋膜、密封胶条、真空咀、真空系统等材料和设备。
第三步,第一初始泡沫块1准备
准备一块聚氨酯泡沫块(第一初始泡沫块1),该泡沫块的形状及尺寸在满足能完全包络成型制品(目标天线罩)中的第一泡沫夹层的基础上,各向分别扩大100mm。
第四步,第一泡沫夹层的第一次机加
根据薄壁泡沫A夹层结构复合材料天线罩技术要求和工艺实施要求,将第一初始泡沫块1安装并固定在机加设备的工作台上,数控铣削加工出第一泡沫夹层的内表面,得到第一单面机加泡沫块2。
第五步,第一个复合材料面板I的制备
根据薄壁泡沫A夹层结构复合材料天线罩技术要求和工艺实施要求,在刚性阳模工作面上,逐层铺放准备好的S玻璃纤维织物。织物铺放的同时,逐层浸渍已混配好固化剂的液态环氧树脂体系,得到第一个复合材料面板I。然后缓慢套合第一单面机加泡沫块2的加工面,形成刚性阳模-第一个复合材料面板I-第一单面机加泡沫块2三者的组合体。
第六步,真空袋膜封装
根据真空袋压工艺要求,在刚性阳模-第一个复合材料面板I-第一单面机加泡沫块2三者的组合体上,依次铺放脱模布、吸胶毡,安置真空咀,在刚性阳模边缘距第一个复合材料面板I约70mm外粘贴密封胶条,并用真空袋膜将刚性阳模-第一个复合材料面板I-第一单面机加泡沫块2三者的组合体,以及脱模布、吸胶毡、真空咀等全部密封在真空袋内,得到第一袋膜包覆模腔。
第七步,第一次真空袋压固化
第一袋膜包覆模腔通过真空咀连接真空系统。启动真空系统,第一袋膜包覆模腔抽真空至模腔内的压力维持不高于-0.98atm。维持模腔系统的真空负压,将刚性阳模-第一个复合材料面板I-第一单面机加泡沫块2三者的组合体,连同脱模布、吸胶毡、真空咀、真空袋膜等一起送入烘箱,根据第一个复合材料面板I浸渍的已混配好固化剂的液态环氧树脂体系的固化工艺要求进行真空袋压固化,使密封在真空袋膜内的第一个复合材料面板I与第一单面机加泡沫块2固化并粘接成整体。
第八步,第一次脱除清理
脱除真空袋膜、吸胶毡、脱模布及真空咀,清理刚性阳模基座,得到泡沫外露的刚性阳模-第一个复合材料面板I-第一单面机加泡沫块2的结合体。
特别注意的是:脱模过程中,不要松动刚性阳模与第一个复合材料面板I间的粘合。
第九步,第一泡沫夹层的第二次机加
将刚性阳模-第一个复合材料面板I-第一单面机加泡沫块2的结合体的刚性阳模基座安装固定在机加设备的工作台上,校对模具基座上的定位和对刀基准,第二次数控铣削加工第一泡沫夹层,制备出第一泡沫夹层所需的其余加工面,使新铣削出的第一泡沫夹层的外表面距第四步中第一次机加的内表面的距离为5mm,得到第一双面机加泡沫块3(即薄壁泡沫A夹层结构复合材料天线罩目标制品中的第一泡沫夹层)。
第十步,需要制备A夹层结构天线罩,转第十一步。
第十一步,第二个复合材料面板II的制备
根据薄壁泡沫A夹层结构复合材料天线罩技术要求和工艺实施要求,在第一双面机加泡沫块3的外表面上,依次铺放准备好的石英纤维织物并浸渍已混配好固化剂的液态环氧树脂体系,制备出薄壁泡沫夹层结构复合材料天线罩目标制品中第二个复合材料面板II,形成刚性阳模-第一个复合材料面板I-第一双面机加泡沫块3-第二个复合材料面板II四者的组合体。
第十二步,第二次真空袋压固化与脱除,得到A夹层结构天线罩
根据真空袋压工艺要求,用真空袋膜将刚性阳模-第一个复合材料面板I-第一双面机加泡沫块3-第二个复合材料面板II四者的组合体,以及脱模布、吸胶毡、真空咀等全部密封在真空袋内,得到第二袋膜包覆模腔。
通过真空咀连接真空系统后,第二袋膜包覆模腔抽真空,使模腔内的压力维持不高于-0.98atm。根据第二个复合材料面板II浸渍的已混配好固化剂的液态环氧树脂体系的固化工艺要求,进行真空袋压固化,使密封在真空袋膜内的第二个复合材料面板II与第一双面机加泡沫块3固化并粘接成整体。
脱除真空袋膜、吸胶毡、脱模布及真空咀,继续脱除刚性阳模,得到由第一个复合材料面板I-第一双面机加泡沫块3(第一泡沫夹层)-第二个复合材料面板II组成的,典型壁厚为5mm的薄壁泡沫A夹层结构复合材料天线罩。
实施例2典型厚度10mm,局部变厚度的薄壁泡沫C夹层结构天线罩
第一步,刚性模具准备
采用45#钢加工出天线罩产品成型阴模。阴模凹陷型腔工作面对应成型天线罩外壁结构。阴模基座上预留定位及对刀基准。
成型后的阴模进行表面打磨、清洗和涂敷脱模剂处理,备用。
第二步,材料和设备准备
根据该复合材料天线罩技术要求,将复合材料面板用的石英玻璃纤维织物(增强材料)剪裁成块,在烘箱中干燥备用;将浸渍用的液态乙烯基树脂及固化剂真空脱水、干燥,备用。同时准备好真空袋压工艺所需的脱模布、吸胶毡、真空袋膜、密封胶条、真空咀、真空系统等材料和设备。
第三步,第一初始泡沫块1准备
准备一块聚甲基丙烯酰亚胺泡沫块(第一初始泡沫块1),该泡沫块的形状及尺寸在完全满足能包络成型制品(目标天线罩)中的第一泡沫夹层的基础上,各向分别扩大50mm。
第四步,第一泡沫夹层的第一次机加
根据薄壁泡沫C夹层结构复合材料天线罩技术要求和工艺实施要求,将第一初始泡沫块1安装并固定在机加设备的工作台上,数控铣削加工出第一泡沫夹层的外表面,得到第一单面机加泡沫块2。
第五步,第一个复合材料面板I的制备
根据薄壁泡沫C夹层结构复合材料天线罩技术要求和工艺实施要求,在第一单面机加泡沫块2的外表面上,逐层铺放石英纤维织物并浸渍已混配好固化剂的乙烯基树脂体系,制备出薄壁泡沫C夹层结构复合材料天线罩目标制品中第一个复合材料面板I。将第一个复合材料面板I套合刚性阴模工作面,形成刚性阴模-第一个复合材料面板I-第一单面机加泡沫块2三者的组合体。
第六步,真空袋膜封装
根据真空袋压工艺要求,在刚性阴模-第一个复合材料面板I-第一单面机加泡沫块2三者的组合体上,依次铺放脱模布、吸胶毡,安置真空咀,在刚性阴模边缘距第一个复合材料面板I约70mm外粘贴密封胶条,并用真空袋膜将刚性阴模-第一个复合材料面板I-第一单面机加泡沫块2三者的组合体,以及脱模布、吸胶毡、真空咀等全部密封在真空袋内,得到第一袋膜包覆模腔。
第七步,第一次真空袋压固化
第一袋膜包覆模腔通过真空咀连接真空系统,使模腔内的压力维持不大于-0.98atm。根据第一个复合材料面板I浸渍的已混配好固化剂的液态乙烯基树脂体系的固化工艺要求进行真空袋压固化,使密封在真空袋膜内的第一个复合材料面板I与第一单面机加泡沫块2固化并粘接成整体。
第八步,第一次脱除清理
脱除真空袋膜、吸胶毡、脱模布及真空咀,清理刚性阴模基座,得到泡沫外露的刚性阴模-第一个复合材料面板I-第一单面机加泡沫块2的结合体。
特别注意的是:脱模过程中,不要松动刚性阴模与第一个复合材料面板I间的粘合。
第九步,第一泡沫夹层的第二次机加
将刚性阴模-第一个复合材料面板I-第一单面机加泡沫块2的结合体的刚性阴模基座安装固定在机加设备的工作台上,校对阴模基座上的定位和对刀基准,第二次数控铣削加工第一泡沫夹层:使新铣削出的第一泡沫夹层的内表面符合C夹层结构天线罩目标制品对该泡沫夹层的技术要求,得到第一双面机加泡沫块3(即薄壁泡沫C夹层结构复合材料天线罩目标制品中的第一泡沫夹层)。
第十步,需要制备C夹层结构天线罩,转第十三步。
第十三步,第二泡沫夹层的第一次机加(单面机加)
根据薄壁泡沫C夹层结构复合材料天线罩技术要求和工艺实施要求,将第二泡沫夹层加工所需的第二初始泡沫块4安装并固定在机加设备的工作台上,铣削加工出第二泡沫夹层的外表面,得到第二单面机加泡沫块5。
第十四步,第二个复合材料面板II的制备
根据薄壁泡沫C夹层结构复合材料天线罩技术要求和工艺实施要求,在第一双面机加泡沫块3的内表面上,逐层铺放石英玻璃纤维织物并浸渍已混配好固化剂的乙烯基树脂体系,制备出薄壁泡沫C夹层结构复合材料天线罩目标制品中第二个复合材料面板II。
将第二个复合材料面板II套合第二单面机加泡沫块5的外表面,形成刚性阴模-第一个复合材料面板I-第一双面机加泡沫块3-第二个复合材料面板II-第二单面机加泡沫块5五者的组合体。
第十五步,第二次真空袋压固化
根据真空袋压工艺要求,用真空袋膜将刚性阴模-第一个复合材料面板I-第一双面机加泡沫块3-第二个复合材料面板II-第二单面机加泡沫块5五者的组合体,以及脱模布、吸胶毡、真空咀等全部密封在真空袋内,形成第三袋膜包覆模腔。
通过真空咀连接真空系统后,第三袋膜包覆模腔抽真空。根据第二个复合材料面板II浸渍的乙烯基树脂体系的固化工艺要求进行真空袋压固化,使密封在真空袋膜内的第二个复合材料面板II与第一双面机加泡沫块3、第二单面机加泡沫块5固化并粘接成整体。
第十六步,第二次脱除清理
脱除真空袋膜、吸胶毡、脱模布及真空咀,清理刚性阴模基座,得到泡沫外露的刚性阴模-第一个复合材料面板I-第一双面机加泡沫块3-第二个复合材料面板II-第二单面机加泡沫块5的结合体。
特别注意的是:脱模过程中,不要松动刚性阴模与第一个复合材料面板I间的粘合。
第十七步,第二泡沫夹层的第二次机加
将刚性阴模-第一个复合材料面板I-第一双面机加泡沫块3-第二个复合材料面板II-第二单面机加泡沫块5的结合体的刚性阴模基座安装固定在机加设备的工作台上,校对模具基座上的定位和对刀基准,第二次数控铣削加工第二泡沫夹层的内表面,并使新铣削出的第二泡沫夹层的内表面符合C夹层结构天线罩目标制品对该泡沫夹层的技术要求,得到第二双面机加泡沫块6(第二次机加后的第二泡沫夹层),形成刚性阴模-第一个复合材料面板I-第一双面机加泡沫块3-第二个复合材料面板II-第二双面机加泡沫块6五者的组合体。
第十八步,第三个复合材料面板III的制备
根据薄壁泡沫C夹层结构复合材料天线罩技术要求和工艺实施要求,在第二双面机加泡沫块6的内表面上,逐层铺放石英玻璃纤维织物并浸渍已混配好固化剂的乙烯基树脂体系,制备出薄壁泡沫C夹层结构复合材料天线罩目标制品中第三个复合材料面板III,形成刚性阴模-第一个复合材料面板I-第一双面机加泡沫块3-第二个复合材料面板II-第二双面机加泡沫块6-第三个复合材料面板III六者的组合体。
第十九步,第三次真空袋压固化与脱除,得到C夹层结构天线罩
根据真空袋压工艺要求,用真空袋膜将刚性阴模-第一个复合材料面板I-第一双面机加泡沫块3-第二个复合材料面板II-第二双面机加泡沫块6-第三个复合材料面板III六者的组合体,以及脱模布、吸胶毡、真空咀等全部密封在真空袋内,形成第四袋膜包覆模腔。
通过真空咀连接真空系统后,将第四袋膜包覆模腔抽真空。根据第三个复合材料面板III浸渍的乙烯基树脂体系的固化工艺要求进行真空袋压固化,使密封在真空袋膜内的第三个复合材料面板III与第二双面机加泡沫块6固化粘接成整体。
脱除真空袋膜、吸胶毡、脱模布及真空咀后,继续脱除刚性阴模,得到由第一个复合材料面板I-第一双面机加泡沫块3(第一泡沫夹层)-第二个复合材料面板II-第二双面机加泡沫块6(第二泡沫夹层)-第三个复合材料面板III组成的,典型厚度10mm,局部变厚度的薄壁泡沫C夹层结构复合材料天线罩。
图5为真空袋压工艺原理图。
复合材料成型一般须经过加热、加压的固化过程。复合材料成型工艺中,固化压力来源于外压力源,如负压、压力袋、热压罐、模压等。真空袋压是一种设备简单,容易施行,压力均匀的利用负压加压的方式。
真空袋压是以单面刚性模具(阴模或阳模)上整体包裹真空袋膜并密封,使待固化的复合材料置于刚性模具与真空袋膜之间,即由刚性模具和真空袋膜闭合形成的模腔中,通过抽真空产生负压力,并能去除复合材料铺层间的气体,减少复合材料制件的空隙,提高制件的使用性能。
真空袋压成型工艺原理如图5所示:先在已经脱模剂14处理过的刚性模具11上制作复合材料12,在复合材料12上覆盖脱模布15(一种隔离材料,方便产品与辅助材料的分离)、吸胶毡16(一种柔性多孔材料,在真空袋压下还能保持一定的孔隙率,保持真空气路的畅通和真空压力的均一)等材料。然后,在模具周边距复合材料12一定距离(一般70~100mm)外粘贴密封胶条13,在密封胶条13以内,复合材料12边界以外,安置真空咀18(一种接头,方便连接真空系统)。然后覆盖真空袋膜17(一种能耐受一定温度、具有较强力学性能的薄膜),通过周圈密封胶条13的粘接,真空袋膜17与刚性模具11闭合形成模腔,该模腔内密封了待固化的复合材料12,以及脱模布15、吸胶毡16、真空咀18等辅助材料。最后,通过真空咀18连接真空系统19,使闭合模腔中的气体被抽除,模腔内达到负压状态,外部大气压通过真空袋膜17等材料均匀施加在复合材料12面上,达到加压固化的目的。

Claims (8)

1.一种薄壁泡沫夹层结构复合材料天线罩制备方法,其特征在于包括以下步骤:
第一步,刚性模具准备:
根据薄壁泡沫夹层结构复合材料天线罩技术要求和工艺实施要求,准备薄壁泡沫夹层结构复合材料天线罩制备的单面刚性模具,此刚性模具工作面与天线罩产品中的内表面或外表面一致,与内表面一致即为阳模,与外表面一致即为阴模;
刚性模具基座上预留泡沫夹层第二次机加时的定位和对刀基准点,对刚性模具进行表面打磨、清洗和涂敷脱模剂处理;
第二步,材料和设备准备:
根据薄壁泡沫夹层结构复合材料天线罩制备要求,分别准备好复合材料面板用增强材料、液态浸渍树脂,以及真空袋压工艺所需的脱模布、吸胶毡、真空袋膜、密封胶条、真空咀、真空系统;
第三步,第一初始泡沫块(1)准备:
第一初始泡沫块(1)的形状及尺寸满足能完全包络目标天线罩中的第一泡沫夹层;
第四步,第一泡沫夹层的第一次机加:
根据薄壁泡沫夹层结构复合材料天线罩技术要求和工艺实施要求,将第一初始泡沫块(1)安装并固定在机加设备的工作台上,铣削加工或数控加工出第一泡沫夹层的内表面或外表面,得到第一单面机加泡沫块(2);
第五步,第一个复合材料面板I的制备:
根据薄壁泡沫夹层结构复合材料天线罩技术要求和工艺实施要求,在第一单面机加泡沫块(2)的加工面上,逐层铺放增强材料并浸渍树脂,制备出薄壁泡沫夹层结构复合材料天线罩目标制品中第一个复合材料面板(I);将第一个复合材料面板(I)套合刚性模具工作面,形成刚性模具-第一个复合材料面板(I)-第一单面机加泡沫块(2)三者的组合体;
第六步,真空袋膜封装:
根据真空袋压工艺要求,在刚性模具-第一个复合材料面板(I)-第一单面机加泡沫块(2)三者的组合体上,依次铺放脱模布、吸胶毡,安置真空咀,在刚性模具边缘贴密封胶条,并用真空袋膜将刚性模具-第一个复合材料面板(I)-第一单面机加泡沫块(2)三者的组合体,以及脱模布、吸胶毡、真空咀全部密封在真空袋内,得到第一袋膜包覆模腔;
第七步,第一次真空袋压固化:
第一袋膜包覆模腔通过真空咀连接真空系统,第一袋膜包覆模腔抽真空并保持真空压力,根据第一个复合材料面板(I)浸渍的树脂的固化制度进行真空袋压固化,使密封在真空袋膜内的第一个复合材料面板(I)与第一单面机加泡沫块(2)固化粘接成整体;
第八步,第一次脱除清理:
脱除真空袋膜、吸胶毡、脱模布及真空咀,清理模具基座,得到泡沫外露的刚性模具-第一个复合材料面板(I)-第一单面机加泡沫块(2)的结合体;
第九步,第一泡沫夹层的第二次机加:
将刚性模具-第一个复合材料面板(I)-第一单面机加泡沫块(2)的结合体的刚性模具基座安装固定在机加设备的工作台上,校对模具基座上的定位和对刀基准,第二次数控铣削加工第一泡沫夹层,制备出第一泡沫夹层所需的其余加工面,得到第一双面机加泡沫块(3)即第二次机加后的第一泡沫夹层;
第十步,若需要制备A夹层结构天线罩,则转第十一步;若需要制备C夹层结构天线罩,则转第十三步;
第十一步,第二个复合材料面板II的制备:
根据薄壁泡沫夹层结构复合材料天线罩技术要求和工艺实施要求,在第一双面机加泡沫块(3)的机加表面上,依次铺放增强材料并浸渍树脂,制备出薄壁泡沫夹层结构复合材料天线罩目标制品中第二个复合材料面板(II),形成刚性模具-第一个复合材料面板(I)-第一双面机加泡沫块(3)-第二个复合材料面板(II)四者的组合体;
第十二步,第二次真空袋压固化与脱除,得到A夹层结构天线罩:
根据真空袋压工艺要求,用真空袋膜将刚性模具-第一个复合材料面板(I)-第一双面机加泡沫块(3)-第二个复合材料面板(II)四者的组合体,以及脱模布、吸胶毡、真空咀全部密封在真空袋内,得到第二袋膜包覆模腔;
通过真空咀连接真空系统后,第二袋膜包覆模腔抽真空;根据第二个复合材料面板(II)的浸渍树脂的固化制度进行真空袋压固化,使密封在真空袋膜内的第二个复合材料面板(II)与第一双面机加泡沫块(3)固化粘接成整体;
脱除真空袋膜、吸胶毡、脱模布及真空咀,继续脱除刚性模具,得到由第一个复合材料面板(I)-第一双面机加泡沫块(3)-第二个复合材料面板(II)组成的A夹层结构天线罩;
第十三步,第二泡沫夹层的第一次机加:
根据薄壁泡沫夹层结构复合材料天线罩技术要求和工艺实施要求,将第二泡沫夹层加工所需的第二初始泡沫块(4)安装并固定在机加设备的工作台上,铣削加工出第二泡沫夹层的内表面或外表面,得到第二单面机加泡沫块(5);
第十四步,第二个复合材料面板II的制备:
根据薄壁泡沫夹层结构复合材料天线罩技术要求和工艺实施要求,在第一双面机加泡沫块(3)的机加表面上,逐层铺放增强材料并浸渍树脂,制备出薄壁泡沫夹层结构复合材料天线罩目标制品中第二个复合材料面板(II);
将第二个复合材料面板(II)套合第二单面机加泡沫块(5)的机加面,形成刚性模具-第一个复合材料面板(I)-第一双面机加泡沫块(3)-第二个复合材料面板(II)-第二单面机加泡沫块(5)五者的组合体;
第十五步,第二次真空袋压固化:
根据真空袋压工艺要求,用真空袋膜将刚性模具-第一个复合材料面板(I)-第一双面机加泡沫块(3)-第二个复合材料面板(II)-第二单面机加泡沫块(5)五者的组合体,以及脱模布、吸胶毡、真空咀全部密封在真空袋内,形成第三袋膜包覆模腔;
通过真空咀连接真空系统后,第三袋膜包覆模腔抽真空,根据第二个复合材料面板(II)浸渍的树脂的固化制度进行真空袋压固化,使密封在真空袋膜内的第二个复合材料面板(II)与第一双面机加泡沫块(3)、第二单面机加泡沫块(5)固化粘接成整体;
第十六步,第二次脱除清理:
脱除真空袋膜、吸胶毡、脱模布及真空咀,清理模具基座,得到泡沫外露的刚性模具-第一个复合材料面板(I)-第一双面机加泡沫块(3)-第二个复合材料面板(II)-第二单面机加泡沫块(5)的结合体;
第十七步,第二泡沫夹层的第二次机加:
将刚性模具-第一个复合材料面板(I)-第一双面机加泡沫块(3)-第二个复合材料面板(II)-第二单面机加泡沫块(5)的结合体的刚性模具基座安装固定在机加设备的工作台上,校对模具基座上的定位和对刀基准,第二次数控铣削加工第二泡沫夹层,制备出第二个泡沫夹层所需的其余加工面,得到第二双面机加泡沫块(6)即第二次机加后的第二泡沫夹层,形成刚性模具-第一个复合材料面板(I)-第一双面机加泡沫块(3)-第二个复合材料面板(II)-第二双面机加泡沫块(6)五者的组合体;
第十八步,第三个复合材料面板(III)的制备:
根据薄壁泡沫夹层结构复合材料天线罩技术要求和工艺实施要求,在第二双面机加泡沫块(6)的机加表面上,逐层铺放增强材料并浸渍树脂,制备出薄壁泡沫夹层结构复合材料天线罩目标制品中第三个复合材料面板(III),形成刚性模具-第一个复合材料面板(I)-第一双面机加泡沫块(3)-第二个复合材料面板(II)-第二双面机加泡沫块(6)-第三个复合材料面板(III)六者的组合体;
第十九步,第三次真空袋压固化与脱除,得到C夹层结构天线罩:
根据真空袋压工艺要求,用真空袋膜将刚性模具-第一个复合材料面板(I)-第一双面机加泡沫块(3)-第二个复合材料面板(II)-第二双面机加泡沫块(6)-第三个复合材料面板(III)六者的组合体,以及脱模布、吸胶毡、真空咀全部密封在真空袋内,形成第四袋膜包覆模腔;
通过真空咀连接真空系统后,第四袋膜包覆模腔抽真空;根据第三个复合材料面板(III)浸渍的树脂的固化制度进行真空袋压固化,使密封在真空袋膜内的第三个复合材料面板(III)与第二双面机加泡沫块(6)固化粘接成整体;
脱除真空袋膜、吸胶毡、脱模布及真空咀后,继续脱除刚性模具,即得到由第一个复合材料面板(I)-第一双面机加泡沫块(3)-第二个复合材料面板(II)-第二双面机加泡沫块(6)-第三个复合材料面板(III)组成的C夹层结构天线罩。
2.如权利要求1所述的薄壁泡沫夹层结构复合材料天线罩制备方法,其特征在于所述增强材料包括石英玻璃纤维织物、S玻璃纤维织物、芳纶纤维织物、E玻璃纤维织物、D玻璃纤维织物、聚乙烯纤维织物,所述树脂包括环氧树脂、乙烯基树脂、不饱和聚酯树脂、氰酸酯树脂。
3.如权利要求1所述的薄壁泡沫夹层结构复合材料天线罩制备方法,其特征在于所述第一初始泡沫块(1)、第二初始泡沫块(4)的材料包括聚甲基丙烯酰亚胺、聚氨酯、聚酰亚胺。
4.如权利要求1所述的薄壁泡沫夹层结构复合材料天线罩制备方法,其特征在于第三步第一初始泡沫块(1)的尺寸满足在泡沫夹层结构包络尺寸外,各向分别扩大50~100mm。
5.如权利要求1所述的薄壁泡沫夹层结构复合材料天线罩制备方法,其特征在于第五步第一个复合材料面板I的制备方法是:根据薄壁泡沫夹层结构复合材料天线罩技术要求和工艺实施要求,在刚性模具工作面上,逐层铺放增强材料并浸渍树脂,套合第一单面机加泡沫块(2)的加工面,形成刚性模具-第一个复合材料面板(I)-第一单面机加泡沫块(2)三者的组合体。
6.如权利要求1所述的薄壁泡沫夹层结构复合材料天线罩制备方法,其特征在于第六步真空袋膜封装时在刚性模具边缘距第一个复合材料面板(I)70mm外粘贴密封胶条。
7.如权利要求1所述的薄壁泡沫夹层结构复合材料天线罩制备方法,其特征在于第七步、第十二步所述的真空是指包覆模腔内的压力维持不高于-0.98atm。
8.如权利要求1所述的薄壁泡沫夹层结构复合材料天线罩制备方法,其特征在于第八步第一次脱除清理和第十六步第二次脱除清理的脱除过程中,均不要松动刚性模具与第一个复合材料面板(I)间的粘合。
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