CN108215241B - 一种树脂基复合材料快速成型方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种树脂基复合材料快速成型方法，首先将复合材料的树脂含量分为两部分，首先一部分树脂没有添加固化剂，与纤维复合制备得到预浸料；剩余添加固化剂的树脂制备成胶膜；将复合材料产品按照一定的厚度制备产品下料样板，不含固化剂的预浸料裁剪成相同大小的几何形状，依照下料样板将胶膜裁剪成特定的形状，并按照顺序编号；在预浸料铺叠过程中首先铺敷一层不含固化剂的预浸料，然后按照铺层顺序在特定位置铺敷一层胶膜，以此类推完成产品铺层；铺敷完成后，将预制体上、下表面覆盖平板模具，按照树脂固化程序进行产品固化，最后将未固化区域去除，完成产品的制备，本发明公开的方法具有快速、低成本的优势，可广泛应用于国防工业、军事、航天及建筑等领域。

Description

一种树脂基复合材料快速成型方法
技术领域
本发明涉及一种树脂基复合材料快速成型方法，属于复合材料技术领域。
背景技术
随着先进树脂基复合材料逐渐由航空推广到汽车、建筑、轨道交通等领域，对于其低成本、快速制造的需求愈加迫切，同时越来越多的复杂结构采用树脂基复合材料制造，目前，常用的复合材料成型工艺有：模压成型、热压罐成型、RTM液态成型等，其中，模压成型中模具制造复杂，投资较大且周期长；热压罐成型的设备投资大，重量大，结构复杂且费用高；另外，RTM液态成型中树脂对纤维的浸渍可能不够理想，且大面积、结构复杂的模具型腔内，模塑过程中树脂的流动可能不均衡，不能进行预测和控制。综上，上述传统的复合材料成型方式采用的模具通用性差，对于复杂结构产品，模具的设计和制造成本非常高，并且加工周期长，延长了产品的研制周期。因此开发结构简单、具有统一性模具的复合材料成型方式对于复合材料的低成本、快速制造具有重要的意义。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，提出一种树脂基复合材料快速成型方法，通过树脂固化剂的选择性分散，来实现树脂选择性固化，由此完成产品的制造，且仅需平板模具即可实现不同形状产品的制备。
本发明的技术解决方案：一种树脂基复合材料快速成型方法，通过以下步骤实现：
1)将树脂分为两部分并分别进行处理，具体为：第一部分不含固化剂的树脂直接与纤维复合制备得到预浸料，第二部分含有固化剂的树脂制备成胶膜；
2)利用模拟软件将产品数模从某一基准面开始按照预浸料厚度逐层进行片层切割，每一片层对应一个胶膜铺层，将所有片层二维图制作成产品的电子下料样板；
3)依照电子下料样板对胶膜进行下料，并将预浸料裁剪成尺寸相同的几何形状，预浸料大小以能够覆盖胶膜为准，在上述过程中，做好预浸料和胶膜的铺层基准标记，保证胶膜铺层位置的一致；
4)预制体制备：首先铺敷上述预浸料，然后按照铺层基准铺敷对应的胶膜，以预浸料-胶膜-......预浸料-胶膜-预浸料进行铺层；
5)将预制体上、下表面覆盖平板模具并进行固化成型；
6)将所得产品中未固化区域去除，即得所述树脂基复合材料。
上述方法中，
所述步骤5)的固化工艺优选为：首先加热到固化剂的熔点，不施加压力的状态下保温一段时间，当树脂粘度达到一定程度后，加压，保温固化一段时间后完成产品的固化，其目的在于：避免胶膜流动导致形状变化，以确保树脂原位固化，上述树脂粘度指含固化剂的预浸料和胶膜中的树脂的粘度，优选为8×104-1×105厘泊。
所述用于制备预浸料的树脂占树脂总量的10％-15％，原因在于后续未固化的预浸料要去除，避免资源浪费。
所述胶膜厚度优选为0.08-0.15mm。
所述步骤2)中，制备电子下料样板时，可采用制备电子下料样板常用计算机程序，例如CAD、UG、CATIA、Fibersim等。
所述纤维为制备树脂基复合材料常用纤维，包括碳纤维、石英纤维、玻璃纤维和芳纶纤维等，但不限于上述几种。
所述预浸料厚度根据纤维种类选择。
所述树脂为制备树脂基复合材料常用热固性树脂，如环氧树脂、双马树脂等，但不限于上述两种。
所述步骤6)未固化区域去除方法包括：吹砂法、溶剂浸泡法、机械打磨法等。
本发明与现有技术相比具有的特点及优势：
本发明基于增材制造和减材制造相结合的原理，首先将树脂分为两部分并分别进行处理，第一部分不含固化剂的树脂直接与纤维复合制备得到预浸料，第二部分含有固化剂的树脂制备成胶膜，然后根据所需产品的形状，利用软件得到相应形状的胶膜，经过上述处理后，确保预浸料和胶膜均为平面结构，然后按照铺层基准标记将二者依次叠加铺层，经过上述处理，无论产品结构如何，所制备的预制体始终为具有两个平行面的规则体，此时我们只需采用将预制体上、下表面覆盖平板模具即可，成型过程中，先加热到固化剂熔点，在不施压的条件下进行保温，当树脂粘度达到一定程度后再加压固化，一方面防止胶膜流动，以保证树脂原位固化，另一方面通过加压确保预浸料树脂固化，而其他未固化的区域可采用常规方法去除，这样即可得到不同形状的产品。
综上，本发明使复杂结构产品的制造大大简化，提高了效率，降低了成本，且本发明简化模具结构，所有产品的模具均是平板结构，大大降低模具设计和制造成本。本发明的方法具有快速、低成本的优势，可广泛应用于国防工业、军事、航天及建筑等领域。
附图说明
本发明工艺流程如图1所示。
具体实施方式
实施例1
1)将不含固化剂的F44环氧树脂与碳纤维复合制作预浸料，树脂含量为10％，剩余树脂添加双氰胺固化剂制备胶膜；
2)采用UG软件制备胶膜下料样板；
3)用裁布机将预浸料裁剪成尺寸相同的样片，依照下料样板对胶膜进行裁剪。在预浸料和胶膜的下料过程中，做好铺层基准标记，保证胶膜铺层位置的一致，并按照铺层顺序进行标号；
4)在预浸料铺叠过程中首先铺敷一层不含固化剂的预浸料，然后按照铺层顺序铺敷一层胶膜；
5)按照一层预浸料一层胶膜的顺序叠合一定数量的预浸料和胶膜；
6)产品置于平板硫化机上，温度升至170℃保温1h，加压；
7)使用丙酮浸泡产品，将未固化区域树脂去除，使用剪刀将未固化区域纤维剪掉，得到复合材料产品，工艺流程如图1所示。
实施例2
1)将不含固化剂的F44环氧树脂与玻璃纤维复合制作预浸料，树脂含量为15％，剩余树脂添加双氰胺固化剂制备胶膜；
2)采用Fibersim软件制备胶膜下料样板；
3)用裁布机将预浸料裁剪成尺寸相同的样片，依照下料样板对胶膜进行裁剪。在预浸料和胶膜的下料过程中，做好铺层基准标记，保证胶膜铺层位置的一致，并按照铺层顺序进行标号；
4)在预浸料铺叠过程中首先铺敷一层不含固化剂的预浸料，然后按照铺层顺序铺敷一层胶膜；
5)按照一层预浸料一层胶膜的顺序叠合一定数量的预浸料和胶膜；
6)产品置于平板硫化机上，温度升至170℃保温1h，加压；
7)使用吹砂的方法将未固化区域树脂去除，得到复合材料产品，工艺流程如图1所示。
实施例3
1)将不含固化剂的双马树脂与芳纶维复合制作预浸料，树脂含量为10％，剩余树脂添加双氰胺固化剂制备胶膜，厚度通常在0.08-0.15mm之间；
2)采用CATIA软件制备胶膜下料样板；
3)用裁布机将预浸料裁剪成尺寸相同的样片，依照下料样板对胶膜进行裁剪。在预浸料和胶膜的下料过程中，做好铺层基准标记，保证胶膜铺层位置的一致，并按照铺层顺序进行标号；
4)在预浸料铺叠过程中首先铺敷一层不含固化剂的预浸料，然后按照铺层顺序铺敷一层胶膜；
5)按照一层预浸料一层胶膜的顺序叠合一定数量的预浸料和胶膜；
6)产品置于平板硫化机上，温度升至170℃保温1h，加压；
7)使用机械打磨的方法将未固化区域树脂去除，得到复合材料产品，工艺流程如图1所示。
采用实施例1-3，简化了模具的结构，复合材料制造总周期降低30％，大大提高了生产效率。
本发明未详细说明部分为本领域技术人员公知技术。

Claims (4)

1.一种树脂基复合材料快速成型方法，其特征在于，通过以下步骤实现：
1)将树脂分为两部分并分别进行处理，具体为：第一部分不含固化剂的树脂直接与纤维复合制备得到预浸料，第二部分含有固化剂的树脂制备成胶膜；
2)利用模拟软件将产品数模从某一基准面开始按照预浸料厚度逐层进行片层切割，每一片层对应一个胶膜铺层，将所有片层二维图制作成产品的电子下料样板；
3)依照电子下料样板对胶膜进行下料，并将预浸料裁剪成尺寸相同的几何形状，预浸料大小以能够覆盖胶膜为准，在上述过程中，做好预浸料和胶膜的铺层基准标记，保证胶膜铺层位置的一致；
4)预制体制备：首先铺敷上述预浸料，然后按照铺层基准铺敷对应的胶膜，以预浸料-胶膜-......预浸料-胶膜-预浸料进行铺层；
5)将预制体上、下表面覆盖平板模具并进行固化成型；其中，首先加热到固化剂的熔点，不施加压力的状态下保温一段时间，当树脂粘度达到一定程度后，加压，保温固化一段时间后完成产品的固化，所述树脂粘度为8×104-1×105厘泊；
6)将所得产品中未固化区域去除，即得所述树脂基复合材料；
其中，所述树脂为热固性树脂。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：用于制备预浸料的树脂占树脂总量的10％-15％。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：所述胶膜厚度为0.08-0.15mm。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤6)未固化区域去除方法包括：吹砂法、溶剂浸泡法或机械打磨法。
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