CN106273560B - 一种带嵌件复合材料制品的成型方法 - Google Patents

一种带嵌件复合材料制品的成型方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于材料制备技术领域。采用低温高压和高温低压的梯度施压方式，通过适宜的高压低温和低压高温匹配，结合物料预浸润处理，实现带嵌件复合材料的模压成型。本发明涉及的带嵌件复合材料成型方法，包括预浸料预处理，嵌件预处理，模具预热，预浸料入模和成型过程，用浸润剂预处理预浸料表面，入模条件90～110℃，15～25MPa；采用梯度升温降压程序固化成型，60℃以下出模，得到带嵌件的复合材料制品。该成型方法，物料充模良好，制品成型质量稳定，铝合金嵌件无损伤。既保证预浸料的流动性及充分固化，又保证嵌件在复合材料制品成型过程中不被高温高压破坏。适用于带耐温低的金属嵌件复合材料制品成型，特别适用于带铝合金嵌件复合材料制品成型。

Description

一种带嵌件复合材料制品的成型方法
技术领域
本发明属于材料制备技术领域，涉及一种复合材料制品成型技术，特别涉及带嵌件复合材料制品成型技术。
背景技术
铝合金具有密度小，耐腐蚀性能好，成型及加工性能优异，比强度高等特点，已广泛应用于航空航天、机械装备等领域。特别是Al-Cu-Mg系铝合金（一种时效硬化型铝合金）的应用更为广泛。但由于该系铝合金在温度高于150℃时，主要的时效析出相θ’或S相将长大粗化而使合金性能急剧恶化，合金强度急剧下降，无法满足使用要求。为保证铝合金部件在高温烧蚀环境下正常工作，有必要在其表面覆一层具有热防护功能的树脂基复合材料。
通常情况下在铝合金嵌件表面制备复合材料一般采用两种方法，一种为先制备出复合材料，然后采用粘结工艺将复合材料和铝合金嵌件粘在一起，此种工艺制得的产品质量稳定性差，容易分层，特别是当制品含有复杂曲面结构时，产品往往无法直接粘结或粘结质量难以保证；另一种为模压成型工艺，但是铝合金在高温下（＞150℃）力学性能特别是耐压强度急剧下降，树脂基复合材料常规的高温高压成型工艺容易造成铝合金嵌件产生变形或裂纹。
发明内容
本发明针对带铝合金嵌件（高于150℃强度急剧下降）的复合材料制品热压成型时嵌件易开裂、变形的问题，提出一种复合材料制品热压成型新方法。
本发明的目的是这样实现的：采用低温高压和高温低压的梯度施压方式，通过适宜的高压低温和低压高温匹配，避免铝合金嵌件在常规模压成型的高温高压条件下的变形，结合物料预浸润处理，保证物料在相对较低的温度下的流动性，实现带嵌件复合材料的模压成型。
本发明涉及的带嵌件复合材料制品的成型方法，包括预浸料预处理，嵌件预处理，模具预热，预浸料入模和成型过程，其特征在于：
预浸料预处理：将浸润剂均匀喷洒在预烘后的预浸料表面，室温密封4～48h；所述浸润剂选自间苯二酚甲醛树脂溶液、间苯二酚乙醛树脂溶液或间苯二酚苯酚甲醛树脂溶液中的一种；
预浸料入模：入模温度90～110℃，入模压力15～25MPa；
成型:采用梯度升温降压程序固化成型，60℃以下出模，得到带嵌件的复合材料制品。
本发明涉及的带嵌件复合材料制品的成型方法，包括预浸料预处理，嵌件预处理，模具预热，预浸料入模和成型过程，其特征在于：所述浸润剂用量为预浸料的1～10wt%。
本发明涉及的带嵌件复合材料制品的成型方法，包括预浸料预处理，嵌件预处理，模具预热，预浸料入模和成型过程，其特征在于：梯度升温降压程序为：阶梯一：加热升温10～15℃，降压至8～10MPa，保温5～120min；阶梯二：升温至130～140℃，降压至4～5MPa，保温5～240min； 阶梯三：升温至145～150℃，将压力调整为0MPa；阶梯四：继续升温至155～380℃，保温10～240min。
本发明涉及的带嵌件复合材料制品的成型方法，包括预浸料预处理，嵌件预处理，模具预热，预浸料入模和成型过程，其特征在于：嵌件预处理还包括嵌件预热至入模温度。
本发明涉及的带嵌件复合材料制品的成型方法，包括预浸料预处理，嵌件预处理，模具预热，预浸料入模和成型过程，其特征在于：嵌件随模具预热。
本发明涉及的带嵌件复合材料制品的成型方法，物料充模良好，制品成型质量稳定，铝合金嵌件无损伤。既保证预浸料的流动性及充分固化，又保证嵌件在复合材料制品成型过程中不被高温高压破坏。适用于带耐温低的金属嵌件复合材料制品成型，特别适用于带铝合金嵌件复合材料制品成型。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
实施例一
在内径70mm，外径85mm，高400mm的铝合金嵌件内表面模压约2mm厚的玄武岩纤维/FB酚醛树脂基复合材料。
嵌件预处理：用40目的刚玉砂对嵌件内表面进行喷砂粗化处理，丙酮清洗晾干，备用；
预浸料预处理：预烘条件：101～104℃，15min；
将浓度10wt%的间苯二酚甲醛树脂溶液均匀喷洒在预烘后的预浸料表面，用量为预浸料的1wt%，室温密封24h；
将预处理好的嵌件放置在模具内，随模具预热至90℃；将预处理好的预浸料放入模腔内，合模加压，升压至15MPa，放气4次；升温至100℃，将压力调整为10MPa，100～105℃保温5min；升温至130℃，压力调整为4.5MPa，130～135℃保温20min；升温至145℃，将压力调整为0MPa；继续加热升温至220℃，220～225℃保温60min；自然降温至室温出模。
产品结构完整，铝合金嵌件无变形，表面无裂纹。
实施例二
在内径60mm，外径65mm，高300mm的铝合金嵌件内表面模压约4mm厚的碳纤维/S-157酚醛树脂基复合材料。
制备流程及嵌件预处理同实施例一；
预浸料预处理：预烘条件：100～105℃，25min；
将浓度15wt%的间苯二酚乙醛树脂溶液均匀喷洒在预烘后的预浸料表面，用量为预浸料的5wt%，室温密封48h；
将预处理好的嵌件放置在模具内，随模具预热至95℃；将预处理好的预浸料放入模腔内，合模加压，升压至20MPa，放气4次；加热升温至106℃时，将压力调整为9.5MPa，106～110℃保温10min；继续加热升温至135℃时，将压力调整为5MPa，135～140℃保温5min；继续加热升温至146℃时，将压力调整为0MPa；继续加热升温至155℃，155～160℃保温30min；自然降温至40℃出模。
产品结构完整，铝合金嵌件无变形，表面无裂纹。
对比例一
采用常规工艺在内径60mm，外径65mm，高300mm的铝合金嵌件内表面模压约4mm厚的碳纤维/S-157酚醛树脂基复合材料。
制备流程及嵌件预处理同实施例一；
预浸料预处理：将短切碳纤维增强S-157酚醛树脂基复合材料预浸料放入烘箱100～105℃烘25min；
模具预热：将预处理好的嵌件放置在模具内，随模具预热至130℃；
预浸料固化成型：合模加压，升压至20MPa，放气4次；
升温至设定温度155℃，155～160℃保温30min；
自然降温至40℃出模。
铝合金嵌件发生变形且外表面出现龟裂纹。
实施例三
在长30mm，内径80mm，壁厚1mm的铝合金嵌件内表面模压约3mm厚的高硅氧纤维增强有机硅树脂基复合材料。
嵌件预处理：用40目的刚玉砂对嵌件内表面进行喷砂粗化处理，丙酮清洗晾干，放入烘箱内预热至入模温度，备用；
预浸料预处理：预烘条件：106～110℃，5min；
将浓度10wt%的间苯二酚乙醛树脂溶液均匀喷洒在预烘后的预浸料表面，用量为预浸料的5wt%，室温密封12h；
模具预热至102℃，将预处理好的嵌件放置在模具内；预处理好的预浸料放入模腔内，合模加压，升压至25MPa，放气4次；加热升温至115℃时，将压力调整为8.5MPa，115～120℃保温90min；继续加热升温至130℃时，将压力调整为4MPa，130～135℃保温120min；继续加热升温至149℃时，将压力调整为0MPa；继续加热升温至165℃，165～170℃保温120min；自然降温至30℃出模。
产品结构完整，铝合金嵌件无变形，表面无裂纹。
实施例四
在长50mm，内径90mm，壁厚2mm的铝合金嵌件内表面模压约6mm厚的玻璃纤维增强聚酰亚胺树脂基复合材料。
制备流程及嵌件预处理同实施例一；
预浸料预处理：预烘条件：105～110℃，5min；
将浓度20wt％的间苯二酚苯酚甲醛树脂溶液均匀喷洒在预烘后的预浸料表面，用量为预浸料 的10wt％，室温密封4h。
将预处理好的嵌件放置在模具内，随模具预热至100℃；将预处理好的预浸料放入模腔内，合模加压，升压至18MPa，放气4次；加热升温至110℃时，将压力调整为8MPa，110～115℃保温120min；继续加热升温至140℃时，将压力调整为4.7MPa，140～142℃保温240min；继续加热升温至148℃时，将压力调整为0MPa；继续加热升温至370℃，370～380℃保温240min；自然降温至50℃出模。
产品结构完整，铝合金嵌件无变形，表面无裂纹。
实施例五
在长90mm，内径120mm，壁厚2mm的铝合金嵌件内表面模压约1mm厚的玻璃纤维/高残碳酚醛树脂基复合材料。
嵌件预处理：用40目的刚玉砂对嵌件内表面进行喷砂粗化处理，丙酮清洗晾干，放入烘箱内预热至入模温度，备用；
预浸料预处理：预烘条件：100～103℃，10min；
将浓度15wt%的间苯二酚苯酚甲醛树脂溶液均匀喷洒在预烘后的预浸料表面，用量为预浸料的7wt%，室温密封8h；
模具预热至105℃，将预处理好的嵌件放置在模具内；预处理好的预浸料放入模腔内，合模加压，升压至16MPa，放气4次；加热升温至117℃时，将压力调整为9MPa，117～120℃保温30min；继续加热升温至132℃时，将压力调整为4.3MPa，130～135℃保温60min；继续加热升温至147℃时，将压力调整为0MPa；继续加热升温至170℃，170～175℃保温10min；自然降温至室温出模。
产品结构完整，铝合金嵌件无变形，表面无裂纹。
实施例六
在长130mm，内径150mm，壁厚5mm的铝合金嵌件内表面模压玄武岩纤维增强环氧树脂基复合材料。
制备流程及嵌件预处理同实施例一；
预浸料预处理：预烘条件：102～107℃，35min；
将浓度10wt%的间苯二酚苯酚甲醛树脂溶液均匀喷洒在预烘后的预浸料表面，用量为预浸料的5wt%，室温密封36h；
将预处理好的嵌件放置在模具内，随模具预热至110℃；将预处理好的预浸料放入模腔内，合模加压，升压至20MPa，放气4次；加热升温至125℃时，将压力调整为9.8MPa，125～130℃保温60min；继续加热升温至135℃时，将压力调整为4.9MPa，135～140℃保温90min；继续加热升温至150℃时，将压力调整为0MPa；继续加热升温至175℃，175～180℃保温180min；自然降温至室温出模。
产品结构完整，铝合金嵌件无变形，表面无裂纹。

Claims (7)

1.一种带嵌件复合材料制品的成型方法，包括预浸料预处理，嵌件预处理，模具预热，预浸料入模和成型过程，其特征在于：
预浸料预处理：将浸润剂均匀喷洒在预烘后的预浸料表面，室温密封4～48h；所述浸润剂选自间苯二酚甲醛树脂溶液、间苯二酚乙醛树脂溶液或间苯二酚苯酚甲醛树脂溶液中的一种；
预浸料入模：入模温度90～110℃，入模压力15～25MPa；
成型:采用梯度升温降压程序固化成型，60℃以下出模，得到带嵌件的复合材料制品；
所述嵌件为铝合金嵌件。
2.根据权利要求1所述的带嵌件复合材料制品的成型方法，其特征在于：所述浸润剂用量为预浸料的1～10wt％。
3.根据权利要求1或2任意一项所述的带嵌件复合材料制品的成型方法，其特征在于：梯度升温降压程序为：阶梯一：加热升温10～15℃，降压至8～10MPa，保温5～120min；阶梯二：升温至130～140℃，降压至4～5MPa，保温5～240min；阶梯三：升温至145～150℃，将压力调整为0MPa；阶梯四：继续升温至155～380℃，保温10～240min。
4.根据权利要求1或2任意一项所述的带嵌件复合材料制品的成型方法，其特征在于：嵌件预处理还包括嵌件预热至入模温度。
5.根据权利要求3所述的带嵌件复合材料制品的成型方法，其特征在于：嵌件预处理还包括嵌件预热至入模温度。
6.根据权利要求1或2任意一项所述的带嵌件复合材料制品的成型方法，其特征在于：嵌件随模具预热。
7.根据权利要求3所述的带嵌件复合材料制品的成型方法，其特征在于：嵌件随模具预热。
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