CN107160714B - 一种气压脉冲式加压复合材料制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明一种气压脉冲式加压复合材料制造方法，先对模具进行预处理，然后在模具上进行预浸料的铺设，用袋膜对步骤二中铺设的预浸料进行封闭，将模具上部的加压盖进行扣合，加压盖和模具之间形成加压腔，预浸料置于加压腔中，最后根据预浸料中树脂体系的要求，对模具进行加温处理，同时对加压腔进行脉冲加压处理，进而对模具加压腔内预浸料进行固化，制得成型工件。本发明工艺可满足高强度部件的制造要求，由于其工作压力大于热压罐，可获得更加高质量的产品，同时也能够大幅度降低碳纤维复合材料的制造工艺的成本，还可以大大的提高产品的成品率，提高产品的工作效率，脉冲加压在工件成型过程中，对工件进行锤压，降低了树脂以及纤维层间的孔隙率。

Description

一种气压脉冲式加压复合材料制造方法

技术领域：

本发明涉及复合材料成型工艺技术领域，具体涉及一种气压脉冲式加压复合材料制造方法。

背景技术：

目前，碳纤维复合材料的工艺有很多，热压罐是最主要的工作法之一，传统热压罐加工工艺在制造工件时，是使用袋膜3对工件2进行密封后，需通过抽真空口6进行抽真空，然后放入热压罐中进行加压，同时通过加压口5对罐内进行加温，风扇7带动空气流动，通过空气的热传导使模具升温，但在传统工艺中压力值受热压罐体耐压的影响通常只能达到6kg/cm²，且传统工艺中对袋膜3的密封度要求十分严格，袋膜端部设置有密封条4，否则高压气会串入工件中制成工件报废，在加温时，需要足够的时间，因为对模具1的加温是通过空气进行传导的，所以传热很慢，同时降温也一样慢，如图1和图2中可以看出。且如果真空袋密封不佳会造成高压气串入工件中，从抽真空口漏出，这是一个主要形成报废的原因。

另一种常用的传统内压法工艺，常规做法是：随着温度的上升，压力是按照阶梯进行加压，使树脂慢慢固化，直至完成产品的制造，在工艺过程中，蕴含在树脂和纤维层间的气泡，并没有释放，产品的孔隙率高，就只能报废，造成了极大的浪费和效率损失，有时候产品中有的气泡难以发现，对产品日后的使用还造成了安全隐患，尤其是航空零部件，会造成巨大的经济损失和安全事故。

因此，亟需研究一种气压脉冲式加压复合材料制造方法，以解决上述问题。

发明内容：

本发明的目的是提供一种能够大大的降低树脂以及纤维层间孔隙率的气压脉冲式加压复合材料制造方法。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明提供的一种气压脉冲式加压复合材料制造方法，具体步骤如下：

步骤一：对模具进行预处理，即在模具上涂好脱模剂；

步骤二：在模具上进行预浸料的铺设；

步骤三：用袋膜对步骤二中铺设的预浸料进行封闭；

步骤四：将模具上部的加压盖进行扣合，所述加压盖和模具之间形成加压腔，所述预浸料置于所述加压腔中；

步骤五：根据预浸料中树脂体系的要求，对模具进行加温处理，同时对加压腔进行脉冲加压处理，进而对模具加压腔内预浸料进行固化，制得成型工件。

在步骤五中，进行加温处理时，在所述预浸料完全流化之后至其固化之前，对加压腔进行脉冲加压处理。

所述脉冲加压的脉冲频率为30～36次/每分钟，脉冲低谷压力为10.5±0.5公斤，脉冲峰值压力为15±0.5公斤，当成形压力要求变化时，可根据实际情况调整脉冲参数。

所述加压盖上设置有加压口，在步骤四中，所述加压口一端连接于加压腔，其另一端连接于加压盖外部的高压气源。

所述模具上设置有自加温装置，在步骤五中，所述模具自动进行加温和连接外部气源进行加压处理。

在步骤五中，将所述模具放入热压机中进行加温加压处理。

所述袋膜包括覆盖部和延伸部，在步骤三中，所述覆盖部完全覆盖于所述预浸料，所述延伸部延伸至模具的外部。

所述延伸部和加压盖之间设置有密封条。

所述步骤四中，所述加压盖扣合后，所述加压盖和模具之间设置螺栓进行紧固。

本发明一种气压脉冲式加压复合材料制造方法的有益效果：本发明工艺可以满足高强度部件的制造要求，由于其工作压力大于热压罐，可以获得更加高质量的产品，同时也能够大幅度的降低碳纤维复合材料的制造工艺的成本，还可以大大的提高产品的成品率，提高产品的工作效率，制造工件的效率比传统热压罐加工工艺提高三倍以上，总成本仅为传统热压罐加工工艺的十分之一，将来无论在任何领域，极低的制造成本，极高的成品率和更加高的质量，都将被各行各业和所接受，是未来最有希望的、最具有发展前景的制造工艺，同时本发明的脉冲加压就像锤子一样，在工件成型过程中，对工件进行锤压，降低了树脂以及纤维层间的孔隙率，是一种十分实用、有效，并能够提高成品率的制造方法。

附图说明：

图1为传统热压罐加工工艺的热压罐内的部分结构示意图；

图2为传统热压罐加工工艺的袋膜端部密封部分的结构示意图；

图3为本发明一种气压脉冲式加压复合材料制造方法中模具上扣合有加压盖的结构示意图；

图4为本发明一种气压脉冲式加压复合材料制造方法中袋膜端部密封部分的结构示意图；

1-模具，2-工件，3-袋膜，4-密封条，5-加压口，6-抽真空口，7-风扇，9-加压盖，10-加压腔，11-螺栓，12-覆盖部，13-延伸部。

具体实施方式：

下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明。

本发明提供的一种气压脉冲式加压复合材料制造方法，具体步骤如下：

步骤一：对模具1进行预处理，即在模具1上涂好脱模剂；

步骤二：在模具1上进行预浸料的铺设；

步骤三：用袋膜3对步骤二中铺设的预浸料进行封闭，且所述袋膜3包括覆盖部12和延伸部13，所述覆盖部12完全覆盖于所述预浸料，所述延伸部13延伸至模具1的外部，即袋膜3的尺寸是大于模具工作面，并最好有部分袋膜漏出至模具1外部，以保证将预浸料完全覆盖于袋膜3中，以免后续加压作业时，高压空气串流到工件2中，导致工件2报废，还可根据具体的需要，对袋膜3进行抽真空处理，所述预浸料是碳纤维复合材料与树脂的结合，将其全部均匀浸润，此成品可直接在市面上购买得到；

步骤四：如图3所示，将模具1上部的加压盖9进行扣合，所示加压盖9为倒置的凹形结构，所述加压盖9的凹槽和模具1之间形成加压腔10，所述预浸料置于所述加压腔10中，在所述加压盖9上设置有加压口5，所述加压口5一端连接于加压腔10，其另一端连接于加压盖9外部的高压气源，通过高压气源可以对加压腔10进行加压，在扣合后的所述加压盖9和模具1之间设置螺栓11进行紧固；

设置的加压盖9是将模具1的工作面封闭起来，以便在后续进行加压处理时，被加压的是一个具有一定耐压强度的结构件；

步骤五：根据预浸料中树脂体系的要求，对模具1进行加温处理，同时对加压腔进行脉冲加压处理，进一步地，是进行加温处理时，在所述预浸料完全流化之后至其固化之前，对加压腔进行脉冲加压处理，此频率不宜过快，也不宜过慢，试验验证可得，所述脉冲加压的脉冲频率为30～36次/每分钟为最佳，脉冲低谷压力为10.5±0.5公斤，脉冲峰值压力为15±0.5公斤，当成形压力要求变化时，可根据实际情况调整脉冲参数，可以在所述模具1上设置有自加温装置，所述模具1自动进行加温和连接外部气源进行加压处理，此时，可以扣合后的所述加压盖9和模具1之间设置螺栓11进行紧固，还可以将所述模具1放入热压机中进行加温加压处理，当放入热压机中的模具1为大型模具时，可以扣合后的所述加压盖9和模具1之间设置螺栓11进行紧固，小型模具则不需要，所施加的压力可以根据工件的要求以及模具1的强度要求进行调整，最大可以调升到十五公斤压力，进而对模具加压腔10内预浸料进行固化，制得成型工件，具体来说，可在模具1上自设的加压装置或者加压机上设置一组电子气压阀，完成设备的改进，通过对电子气压阀的控制来进行泄压和加压操作，实现脉冲加压处理，使得层间的气泡随着压力有规律的增加或者降低，逐渐排出至空气中，构思新颖，改造费用底，性能可靠，极具有推广价值。

如图4所示，在所述延伸部13和加压盖9之间设置密封条4，这个有利于压力保持，能够使气泵较少启动，而在袋膜3和模具1之间则没有密封条，有利于工件2中空气的排出，在加压时，可根据要求进行加压，相比热压罐施加的压力，可以更大，性能更强，作用范围更广，可以获得更高质量的产品。

本发明一种气压脉冲式加压复合材料制造方法与传统的热压罐加工工艺相比较：

一、工作效率

1.本发明中是直接对模具进行加温，为直接加温，受热升温更快，温度控制更准，梯度升温更精确，树脂固化更有利，传统热压罐加工工艺中加热罐由空气进行对流传导加热，后者明显加温传热更慢一些，二者加温方式不同，实践证明，本发明的加温只需传统工艺1/3时间即可完成固化，1/10的时间即可冷却，可提高工作效率4～5倍。

2.传统热压罐加工工艺中，对密封度有严格要求，一旦密封不良将造成高压的空气窜入材料当中，造成产品的报废，在操作中须认真、仔细、反复检查，确保密封度，因此需长时间操作，本发明却无需考虑和进行密封操作，只要工件铺设完后，进行盖合即可，且所涉及的密封条为半永久的橡胶条，大大节约了成本及操作时间，比传统工艺方法工作效率提高了三倍。

3.传统热压罐加工工艺受热压罐内空间的限制，每次只能操作允许的数量模具，本发明则无需使用热压罐，可以同时进行多模同时生产，通过热压机加温或模具自身升温，热效率非常高，成形后可以配合冷压机进行快速降温，大大的提升产品的生产效率和缩短制造的工时。因此本发明将大大提升量产能力，从而大大提高人工效率。

二、成本对比

1.众所周知，热压罐的价格十分昂贵，且使用次数也有严格的寿命限制，因此工件制造成本很高，一般国产的小热压罐也要几百万元，进口热压罐都在千万以上，而本发明无需使用热压罐，只是增加一个模具的加压盖成本，制造成本只是传统工艺的1/2。

2.在电量消耗成本方面，传统热压罐加工工艺是需对整个热压罐内的空气加温后，进而使得模具升温，加温时间很长、耗电量更大，需消耗大量的电能，且其最后还要将热压罐中的所有热空气进行排出，能量损耗十分巨大，而本发明的工艺中，只需直接对模具进行加温，功率损失减少了百分之九十五以上。

3.由于工作效率的提升，使得人工成本大大下降，是传统热压罐加工工艺的人工成本的1/4～1/10。

4.本发明制造的工件的成品率十分高，因为高性能复合材料的原料十分昂贵，如果出现废品，损失将十分巨大，本发明工艺减少了次品率及报废率的产生，大大的节约原材料，较传统热压罐加工工艺，次品率将下降五十倍以上。

三、产品质量

本发明工艺的特点是可以承受更大的压力，从而使工件内部更加紧密，同时，孔隙率大大降低，工作压力可以达到15kg/cm²，甚至更高，而传统热压罐加工工艺，热压罐体耐压限制下，只能加压到6kg/cm²，可见本发明工艺中工作压力是传统工艺的2.5倍以上，这是热压罐无法实现的，因此，可制造出强度要求更加严格的主结构件，比如直升机旋翼主梁，飞机机翼主梁等等。

综上所述，本发明工艺既可以大幅度的降低碳纤维复合材料的制造工艺的成本，又可以大大的提高产品的成品率和质量，降低制造成本，具有良好的发展前景和市场推广性。

且本发明与传统内压法工艺相比，进一步降低了树脂以及纤维层间的孔隙率，提高了产品的质量。

最后应该说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本权利要求范围当中。

Claims (1)

1.一种气压脉冲式加压复合材料制造方法，其特征在于：具体步骤如下：

步骤一：对模具进行预处理，即在模具上涂好脱模剂；

步骤二：在模具上进行预浸料的铺设；

步骤三：袋膜包括覆盖部和延伸部，覆盖部完全覆盖于所述预浸料，所述延伸部延伸至模具的外部，所述延伸部和加压盖之间设置有密封条，而袋膜和模具之间则没有密封条；

步骤四：将模具上部的加压盖进行扣合，加压盖和模具之间设置螺栓进行紧固，所述加压盖和模具之间形成加压腔，所述预浸料置于所述加压腔中，所述加压盖上设置有加压口，所述加压口一端连接于加压腔，其另一端连接于加压盖外部的高压气源；

步骤五：根据预浸料中树脂体系的要求，将所述模具放入热压机中对模具进行加温处理，同时对加压腔进行脉冲加压处理，所述模具上设置有自加温装置，模具自动进行加温和连接外部气源进行加压处理进而对模具加压腔内预浸料进行固化，制得成型工件，所述脉冲加压的脉冲频率为30～36次/每分钟，脉冲低谷压力为10.5±0.5公斤，脉冲峰值压力为15±0.5公斤。