CN107081917A - 一种大曲率复合材料泡沫夹层结构成型工艺方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种大曲率复合材料泡沫夹层结构成型工艺方法，本发明使用具有阵列增强孔的PVC泡沫作为芯材，在加热辅助真空的条件下制备出夹芯预成型体，将纤维增强材料以及预成型体铺放至模具，使用真空辅助成型工艺将树脂体系灌入成型模具中，固化完成后脱模即可得产品。通过该方法获得的复合材料夹层结构具有良好的整体性能，较高的剥离强度以及较高的成型精度。

Description

一种大曲率复合材料泡沫夹层结构成型工艺方法
技术领域
本发明属于复合材料领域，具体涉及一种大曲率复合材料泡沫夹层结构成型工艺方法。
背景技术
复合材料夹层结构由三部分组成，最外层是面板，主要承受弯曲变形引起的正应力，采用高强、高模量的材料制造，如层压的碳纤维或玻璃纤维布等；中间是芯材，为夹层结构提供足够的截面惯性矩，主要承受剪应力，常用蜂窝、泡沫、轻木等材料。面板和芯材之间是胶接层，通过树脂将两者粘接在一起，常用不饱和聚酯、乙烯基树脂、环氧树脂、酚醛树脂等。
复合材料夹层结构既充分利用了纤维材料强度高、重量轻的优势，又巧妙地借助轻质芯材所获得的截面惯性矩，可以达到理想的结构性能(如强度、刚度和冲击韧性等)，由于其具有比强度和比刚度高、可设计性强等其他材料不可比拟的特点，以及适应于轻质、高速、安全、抗疲劳、耐腐蚀、隐形等特性的发展趋势，复合材料夹层结构的应用领域越来越广泛，可涉及军事设施、国防工程、车辆、舰船、建筑、桥梁等领域；如发达国家采用复合材料夹层结构制造舰船构件、火车及大型客车的车厢、集装箱、运料罐车以及化工储罐等，甚至用于美国宇航局漫游者号月球登陆车；在桥梁建筑领域，可用于屋面板、建筑模板、墙体隔板、桥面板、机场临时垫板、轻便舟桥等。由此可见，复合材料夹层结构是一种具有广阔发展前景的材料与结构形式。
在我国，复合材料夹层结构多以蜂窝为芯材，但蜂窝夹层结构的面板与芯材的接触面积小，因此其粘结性能相对较弱。另外，我国也有以聚氨酯等泡沫为芯材的复合材料夹层结构，但面板与芯材的界面构造简单，容易导致面板脱胶剥离等严重后果，同时由于泡沫和轻木芯材的抗压和抗剪能力较低，因此并不能充分利用纤维面板的抗拉能力，从而使得该夹层结构形式不能得以广泛应用。
发明内容
本发明的目的是提供一种大曲率复合材料泡沫夹层结构成型工艺方法，能够提高夹层结构的层间剪切性能和结构整体性能。
本发明的技术方案：
一种大曲率复合材料泡沫夹层结构成型工艺方法，包括如下几个步骤：
1)以PVC泡沫为芯材，制备PVC泡沫阵列增强孔；
2)使用模具将带有阵列增强孔的PVC泡沫制备成预成形体；
3)清洁PVC泡沫预成形体和模具；
4)在模具表面铺放一层纤维，然后在纤维上方铺放一层PVC泡沫预成形体，在PVC泡沫预成形体上方再铺放一层纤维，层与层之间用定型胶固定，即得到增强材料；
5)将步骤4制备的增强材料采用真空袋成型工艺制备成复合材料泡沫夹层。
所述步骤1)中使用机床或人工在PVC泡沫上间距50～70mm的距离加工直径为1～3mm的通孔。
所述步骤2)的具体制备工艺为：将带有阵列增强孔的PVC泡沫放至模具表面，使用真空袋密封PVC泡沫，将模具放至烘箱，以5℃/min的速率加热至70～80℃，保温30min，同时打开真空泵，压力≤-0.098MPa，对PVC泡沫抽真空30min，随炉冷却至室温，脱模，取出PVC泡沫预制体，放至干燥处，备用。在加热辅助真空的条件对PVC泡沫预成型，利用了PVC加热软化的特点，同时在压力作用下使其紧贴模具表面，保型一段时间获得大曲率的PVC泡沫预成型体。
所述步骤3)中PVC泡沫预成形体的清洁采用风枪，所述模具采用蘸有无水乙醇的脱脂纱布清洁并晾干。
在进行所述步骤4)之前，在模具表面涂覆3遍脱模剂并晾干。
步骤4)中所述纤维是玻璃纤维布或碳纤维编织布或碳纤维单向布，厚度为0.3mm～1mm。
步骤5)中的真空袋成型工艺具体为：在模具四周铺放密封胶条，在增强材料上方铺放脱模布及导流网，在增强材料四周铺放波纹管，使用真空袋密封；安装真空管路，一端连接真空泵，另一端放至树脂槽中，开始抽取树脂，直至管路另一端有树脂抽出；按照树脂固化制度进行固化，期间保持气密性，固化完成后进行脱模。
所述树脂为不饱和聚酯、乙烯基树脂、环氧树脂或酚醛树脂。
有益效果：与现有技术相比，本发明使用具有阵列增强孔的PVC泡沫作为芯材，并采用真空导入工艺，能够很好地将增强材料与芯材融为一体，提高夹层结构的层间剪切性能。同时，增强孔在成型完成后，孔内完全注入树脂，具有“钉子”效应，提高夹层结构整体性能。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步地说明：
实施例1
一种大曲率复合材料泡沫夹层结构成型工艺方法，包括如下几个步骤：
1)以PVC泡沫为芯材，制备PVC泡沫阵列增强孔；
2)使用模具将带有阵列增强孔的PVC泡沫制备成预成形体；
3)清洁PVC泡沫预成形体和模具；
4)在模具表面铺放一层纤维，然后在纤维上方铺放一层PVC泡沫预成形体，在PVC泡沫预成形体上方再铺放一层纤维，层与层之间用定型胶固定，即得到增强材料；
5)将步骤4制备的增强材料采用真空袋成型工艺制备成复合材料泡沫夹层。
所述步骤1)中使用机床或人工在PVC泡沫上间距50～70mm的距离加工直径为1～3mm的通孔。
所述步骤2)的具体制备工艺为：将带有阵列增强孔的PVC泡沫放至模具表面，使用真空袋密封PVC泡沫，将模具放至烘箱，以5℃/min的速率加热至70～80℃，保温30min，同时打开真空泵，压力≤-0.098MPa，对PVC泡沫抽真空30min，随炉冷却至室温，脱模，取出PVC泡沫预制体，放至干燥处，备用。在加热辅助真空的条件对PVC泡沫预成型，利用了PVC加热软化的特点，同时在压力作用下使其紧贴模具表面，保型一段时间获得大曲率的PVC泡沫预成型体。
所述步骤3)中PVC泡沫预成形体的清洁采用风枪，所述模具采用蘸有无水乙醇的脱脂纱布清洁并晾干。
在进行所述步骤4)之前，在模具表面涂覆3遍脱模剂并晾干。
步骤4)中所述纤维是玻璃纤维布或碳纤维编织布或碳纤维单向布，厚度为0.3mm～1mm。
步骤5)中的真空袋成型工艺具体为：在模具四周铺放密封胶条，在增强材料上方铺放脱模布及导流网，在增强材料四周铺放波纹管，使用真空袋密封；安装真空管路，一端连接真空泵，另一端放至树脂槽中，开始抽取树脂，直至管路另一端有树脂抽出；按照树脂固化制度进行固化，期间保持气密性，固化完成后进行脱模。所述树脂为不饱和聚酯、乙烯基树脂、环氧树脂或酚醛树脂。
本发明使用具有阵列增强孔的PVC泡沫作为芯材，在加热辅助真空的条件下制备出夹芯预成型体，将纤维增强材料以及预成型体铺放至模具，使用真空辅助成型工艺将树脂体系灌入成型模具中，固化完成后脱模即可得产品。通过该方法获得的复合材料夹层结构具有良好的整体性能，较高的剥离强度以及较高的成型精度。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种大曲率复合材料泡沫夹层结构成型工艺方法，其特征在于，包括如下几个步骤：
1)以PVC泡沫为芯材，制备PVC泡沫阵列增强孔；
2)使用模具将带有阵列增强孔的PVC泡沫制备成预成形体；
3)清洁PVC泡沫预成形体和模具；
4)在模具表面铺放一层纤维，然后在纤维上方铺放一层PVC泡沫预成形体，在PVC泡沫预成形体上方再铺放一层纤维，层与层之间用定型胶固定，即得到增强材料；
5)将步骤4制备的增强材料采用真空袋成型工艺制备成复合材料泡沫夹层。
2.根据权利要求1所述的大曲率复合材料泡沫夹层结构成型工艺方法，其特征在于，所述步骤1)中使用机床或人工在PVC泡沫上间距50～70mm的距离加工直径为1～3mm的通孔。
3.根据权利要求1所述的大曲率复合材料泡沫夹层结构成型工艺方法，其特征在于，所述步骤2)的具体制备工艺为：将带有阵列增强孔的PVC泡沫放至模具表面，使用真空袋密封PVC泡沫，将模具放至烘箱，以5℃/min的速率加热至70～80℃，保温30min，同时打开真空泵，压力≤-0.098MPa，对PVC泡沫抽真空30min，随炉冷却至室温，脱模，取出PVC泡沫预制体，放至干燥处，备用。
4.根据权利要求1所述的大曲率复合材料泡沫夹层结构成型工艺方法，其特征在于，步骤3)中所述PVC泡沫预成形体的清洁采用风枪，所述模具采用蘸有无水乙醇的脱脂纱布清洁并晾干。
5.根据权利要求1所述的大曲率复合材料泡沫夹层结构成型工艺方法，其特征在于，在进行所述步骤4)之前，在模具表面涂覆3遍脱模剂并晾干。
6.根据权利要求1所述的大曲率复合材料泡沫夹层结构成型工艺方法，其特征在于，步骤4)中所述纤维是玻璃纤维布或碳纤维编织布或碳纤维单向布，厚度为0.3mm～1mm。
7.根据权利要求1所述的大曲率复合材料泡沫夹层结构成型工艺方法，其特征在于，步骤5)中的真空袋成型工艺具体为：在模具四周铺放密封胶条，在增强材料上方铺放脱模布及导流网，在增强材料四周铺放波纹管，使用真空袋密封；安装真空管路，一端连接真空泵，另一端放至树脂槽中，开始抽取树脂，直至管路另一端有树脂抽出；按照树脂固化制度进行固化，期间保持气密性，固化完成后进行脱模。
8.根据权利要求7所述的大曲率复合材料泡沫夹层结构成型工艺方法，其特征在于，所述树脂为不饱和聚酯、乙烯基树脂、环氧树脂或酚醛树脂。
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