CN108859172A - 一种预制骨架式整体成型复合材料方舱的制备方法 - Google Patents

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吕严
杨威
孙洋洲
邵士立
封亚欧
王泽平
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Abstract

本发明提供了一种预制骨架式整体成型复合材料方舱的制备方法，包括以下步骤：采用预制碳纤维零部件制备方舱骨架系统，采用预浸料为方舱蒙皮材料，采用硬质泡沫为填充材料，在组合模具的辅助下，通过真空袋压的方式，在一定温度下一体成型制备复合材料方舱；本发明方舱内外蒙皮连续性好，克服了传统金属骨架式方舱结构及大板式方舱结构工序复杂、组合连接处力学性能薄弱的缺点，且方舱密闭性、耐久性更好，更加轻量化，同时通过硬质泡沫等功能化，还能赋予方舱隐身、电磁屏蔽及抗冲击等优点，更好满足军民两用指挥系统、通信、医疗、后勤保障等领域的高性能需求。

Description

一种预制骨架式整体成型复合材料方舱的制备方法
技术领域
本发明涉及复合材料方舱技术领域，具体涉及一种预制骨架式整体成型复合材料方舱的制备方法。
背景技术
传统金属骨架式方舱或大板式方舱结构工序复杂、组合连接处力学性能薄弱，且在密封性和耐久性这方面，都相对较弱；且现有的方舱在功能化一块做得都相对薄弱，比如隐身、电磁屏蔽及抗冲击等等，使得方舱的应用领域受到限制。市面上急需重量更轻，力学性能更好，能更好满足军民两用指挥系统、通信、医疗、后勤保障等领域的高性能需求。
发明内容
针对上述存在的问题，本发明提出了一种预制骨架式整体成型复合材料方舱的制备方法，所制备得到的复合材料方舱内外蒙皮连续性好，克服了传统金属骨架式方舱结构及大板式方舱结构工序复杂、组合连接处力学性能薄弱的缺点，且方舱密闭性、耐久性更好，更加轻量化，同时通过硬质泡沫等功能化，还能赋予方舱隐身、电磁屏蔽及抗冲击等优点，更好满足军民两用指挥系统、通信、医疗、后勤保障等领域的高性能需求。
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：
一种预制骨架式整体成型复合材料方舱的制备方法，包括以下步骤：采用预制碳纤维零部件制备方舱骨架系统，采用预浸料为方舱蒙皮材料，采用硬质泡沫为填充材料，在组合模具的辅助下，通过真空袋压的方式，在一定温度下一体成型制备复合材料方舱。
上述预制骨架式整体成型复合材料方舱的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
(1)在组合模具中铺设预浸料外蒙皮；
(2)采用预制碳纤维零部件制备方舱骨架系统，并在骨架连接部分涂抹单组份环氧结构胶黏剂，涂抹胶黏剂后待用；
(3)将步骤(2)的骨架系统置入步骤1)的外蒙皮内，并根据需要在骨架系统的中间间隔地方放入硬质泡沫进行填充；
(4)在步骤(3)的内侧铺设预浸料内蒙皮；
(5)对整个组合模具套尼龙气袋，整体进入烤箱进行整体加热、加压到一定时间后成型；
(6)将成型的复合材料方舱脱模，再进行后处理，即得所述复合材料方舱。
优选地，所述的预制碳纤维零部件为多种规格的碳纤维复合材料圆管、方管及连接件，圆管或方管与连接件通过插接的方式任意组合成各种稳定的骨架系统。
优选地，所述预浸料的增强体组织结构为单向、双向织物或多轴向织物中的一种或多种；所述预浸料的增强体种类为碳纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维、石英纤维或芳纶纤维中的一种或多种，树脂基体为热潜伏性环氧树脂复配物；所述预浸料具有自粘性，在20-30℃下的贮存期>20天。
优选地，所述硬质泡沫是聚氨酯硬质泡沫、聚酰亚胺泡沫、聚酯泡沫、聚氯乙烯泡沫中的一种或任多种。
优选地，所述烤箱温度在80-180℃之间，压力在0.05-1.2MPa之间，成型时间在180-600min之间。
优选地，所述后处理具体为：将成型的复合材料方舱内、外表面整体或局部进行打磨、喷漆处理。
本发明的有益效果是：
本发明复合材料方舱重量更轻，力学性能更好。另外，还具有以下的改进完善效果：
(1)解决了传统方舱成型过程中的结构工序复杂、重量重的问题，比如传统方舱的制造需要方形管、矩形管、各个棱上面的脚型件、顶角上的脚件等等。由于是金属材质，金属材料的强度有限，每个不同的件，在不同的位置，还得考虑每个件的受力情况，结构工序繁杂。但是制骨架式整体成型复合材料方舱，采用的材料是碳纤维，碳纤维是一种强度比钢大、密度比铝小、比不锈钢还耐腐蚀、比耐热钢还耐高温，又能像铜那样导电，具有电学、热学和力学等综合优异性能的新型材料，完全解决了由于材料本身而导致的工序的复杂，质量中的问题。
(2)解决了传统金属骨架式方舱或大板式方舱在组合连接处力学性能差的问题。传统金属骨架式方舱或大板式方舱在组合连接处通常通过电焊组合在一起，焊缝点的力学性能较弱。而所述的预制碳纤维零部件为多种规格的碳纤维复合材料圆管、方管及连接件，圆管或方管与连接件可以通过插接的方式任意组合成各种稳定的骨架系统；
(3)解决了军民两用指挥系统、通信、医疗、后勤保障等领域的高性能需求。预制骨架式整体成型复合材料方舱用的硬质泡沫可以是聚氨酯硬质泡沫、聚酰亚胺泡沫、聚酯泡沫、聚氯乙烯泡沫中的任意一种或任意两种及以上的组合物，此硬质泡沫可以功能化，比如隐身、电磁屏蔽及抗冲击等优点，从而满足高性能的需求。
本发明预制骨架式整体成型的复合材料方舱，其成型工序简单、力学性能好、密闭性好、耐久性更好，更加轻量化，同时通过硬质泡沫等功能化，还能赋予方舱隐身、电磁屏蔽及抗冲击等优点。能更好满足军民两用指挥系统、通信、医疗、后勤保障等领域的高性能需求。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：
一种预制骨架式整体成型复合材料方舱的制备方法，包括以下步骤：
(1)在组合模具中铺设碳纤维预浸料外蒙皮，根据设计厚度2mm及电磁屏蔽性能要求，铺设预浸料参数为：规格FAW100，胶含量RC40％，单面胶重35g/m2，碳纤维预浸料的铺设角度为0°、±45°、90°，铺设层数为20层；
(2)采用预制碳纤维零部件搭建骨架系统，并在骨架连接部分涂抹单组份环氧结构胶黏剂，涂抹胶黏剂后待用；
(3)将步骤(2)的骨架系统置入步骤(1)的外蒙皮内，并根据需要在骨架系统的中间间隔地方放入5mm厚的聚氨酯硬质泡沫进行填充，与内外蒙皮形成三明治结构；
(4)在步骤(3)的内侧铺设碳纤维预浸料内蒙皮，根据设计厚度3mm及性能要求，铺设预浸料参数为：规格FAW100，胶含量RC40％，单面胶重35g/m2，碳纤维预浸料的铺设角度为0°、±45°、90°，铺设层数为30层；
(5)对整个组合模具套尼龙气袋，整体进入烤箱进行整体加热，固化温度100℃，压力1MPa，时间200min；
(6)将成型的复合材料方舱脱模，对成型后复合材料方舱内、外表面整体或局部进行打磨、喷漆处理，以赋予其更好的外观效果，即得所述的合材料方舱。
实施例2：
一种预制骨架式整体成型复合材料方舱的制备方法，包括以下步骤：
(1)在组合模具中铺设玻璃纤维预浸料外蒙皮，根据设计厚度2mm及电磁屏蔽性能要求，铺设预浸料参数为：规格FAW100，胶含量RC40％，单面胶重35g/m2，玻璃纤维预浸料的铺设角度为0°、±45°、90°，铺设层数为20层；
(2)采用预制碳纤维零部件搭建骨架系统，并在骨架连接部分涂抹单组份环氧结构胶黏剂，涂抹胶黏剂后待用；
(3)将步骤(2)的骨架系统置入步骤(1)的外蒙皮内，并根据需要在骨架系统的中间间隔地方放入5mm厚的聚氨酯硬质泡沫进行填充，与内外蒙皮形成三明治结构；
(4)在步骤(3)的内侧铺设玻璃纤维预浸料内蒙皮，根据设计厚度3mm及性能要求，铺设预浸料参数为：规格FAW100，胶含量RC40％，单面胶重35g/m2，玻璃纤维预浸料的铺设角度为0°、±45°、90°，铺设层数为30层；
(5)对整个组合模具套尼龙气袋，整体进入烤箱进行整体加热，固化温度100℃，压力1MPa，时间200min；
(6)将成型的复合材料方舱脱模，对成型后复合材料方舱内、外表面整体或局部进行打磨、喷漆处理，以赋予其更好的外观效果，即得所述的合材料方舱。
实施例3：
一种预制骨架式整体成型复合材料方舱的制备方法，包括以下步骤：
(1)在组合模具中铺设玄武岩纤维预浸料外蒙皮，根据设计厚度2mm及电磁屏蔽性能要求，铺设预浸料参数为：规格FAW100，胶含量RC40％，单面胶重35g/m2，玄武岩纤维预浸料的铺设角度为0°、±45°、90°，铺设层数为20层；
(2)采用预制碳纤维零部件搭建骨架系统，并在骨架连接部分涂抹单组份环氧结构胶黏剂，涂抹胶黏剂后待用；
(3)将步骤(2)的骨架系统置入步骤(1)的外蒙皮内，并根据需要在骨架系统的中间间隔地方放入5mm厚的聚氨酯硬质泡沫进行填充，与内外蒙皮形成三明治结构；
(4)在步骤(3)的内侧铺设玄武岩纤维预浸料内蒙皮，根据设计厚度3mm及性能要求，铺设预浸料参数为：规格FAW100，胶含量RC40％，单面胶重35g/m2，玄武岩纤维预浸料的铺设角度为0°、±45°、90°，铺设层数为30层；
(5)对整个组合模具套尼龙气袋，整体进入烤箱进行整体加热，固化温度100℃，压力1MPa，时间200min；
(6)将成型的复合材料方舱脱模，对成型后复合材料方舱内、外表面整体或局部进行打磨、喷漆处理，以赋予其更好的外观效果，即得所述的合材料方舱。
实施例4：
一种预制骨架式整体成型复合材料方舱的制备方法，包括以下步骤：
(1)在组合模具中铺设碳纤维预浸料外蒙皮，根据设计厚度2mm及电磁屏蔽性能要求，铺设预浸料参数为：规格FAW100，胶含量RC40％，单面胶重35g/m2，碳纤维预浸料的铺设角度为0°、±45°、90°，铺设层数为20层；
(2)采用预制碳纤维零部件搭建骨架系统，并在骨架连接部分涂抹单组份环氧结构胶黏剂，涂抹胶黏剂后待用；
(3)将步骤(2)的骨架系统置入步骤(1)的外蒙皮内，并根据需要在骨架系统的中间间隔地方放入5mm厚的聚氯乙烯泡沫进行填充，与内外蒙皮形成三明治结构；
(4)在步骤(3)的内侧铺设碳纤维预浸料内蒙皮，根据设计厚度3mm及性能要求，铺设预浸料参数为：规格FAW100，胶含量RC40％，单面胶重35g/m2，碳纤维预浸料的铺设角度为0°、±45°、90°，铺设层数为30层；
(5)对整个组合模具套尼龙气袋，整体进入烤箱进行整体加热，固化温度80℃，压力1.2MPa，时间600min；
(6)将成型的复合材料方舱脱模，对成型后复合材料方舱内、外表面整体或局部进行打磨、喷漆处理，以赋予其更好的外观效果，即得所述的合材料方舱。
实施例5：
一种预制骨架式整体成型复合材料方舱的制备方法，包括以下步骤：
(1)在组合模具中铺设碳纤维预浸料外蒙皮，根据设计厚度2mm及电磁屏蔽性能要求，铺设预浸料参数为：规格FAW100，胶含量RC40％，单面胶重35g/m2，碳纤维预浸料的铺设角度为0°、±45°、90°，铺设层数为20层；
(2)采用预制碳纤维零部件搭建骨架系统，并在骨架连接部分涂抹单组份环氧结构胶黏剂，涂抹胶黏剂后待用；
(3)将步骤(2)的骨架系统置入步骤(1)的外蒙皮内，并根据需要在骨架系统的中间间隔地方放入5mm厚的聚酰亚胺泡沫进行填充，与内外蒙皮形成三明治结构；
(4)在步骤(3)的内侧铺设碳纤维预浸料内蒙皮，根据设计厚度3mm及性能要求，铺设预浸料参数为：规格FAW100，胶含量RC40％，单面胶重35g/m2，碳纤维预浸料的铺设角度为0°、±45°、90°，铺设层数为30层；
(5)对整个组合模具套尼龙气袋，整体进入烤箱进行整体加热，固化温度180℃，压力0.05MPa，时间180min；
(6)将成型的复合材料方舱脱模，对成型后复合材料方舱内、外表面整体或局部进行打磨、喷漆处理，以赋予其更好的外观效果，即得所述的合材料方舱。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种预制骨架式整体成型复合材料方舱的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：采用预制碳纤维零部件制备方舱骨架系统，采用预浸料为方舱蒙皮材料，采用硬质泡沫为填充材料，在组合模具的辅助下，通过真空袋压的方式，在一定温度下一体成型制备复合材料方舱。
2.根据权利要求1所述的预制骨架式整体成型复合材料方舱的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
(1)在组合模具中铺设预浸料外蒙皮；
(2)采用预制碳纤维零部件制备方舱骨架系统，并在骨架连接部分涂抹单组份环氧结构胶黏剂，涂抹胶黏剂后待用；
(3)将步骤(2)的骨架系统置入步骤(1)的外蒙皮内，并根据需要在骨架系统的中间间隔地方放入硬质泡沫进行填充；
(4)在步骤(3)的内侧铺设预浸料内蒙皮；
(5)对整个组合模具套尼龙气袋，整体进入烤箱进行整体加热、加压到一定时间后成型；
(6)将成型的复合材料方舱脱模，再进行后处理，即得所述复合材料方舱。
3.根据权利要求1或2所述的预制骨架式整体成型复合材料方舱的制备方法，其特征在于，所述的预制碳纤维零部件为多种规格的碳纤维复合材料圆管、方管及连接件，圆管或方管与连接件通过插接的方式任意组合成各种稳定的骨架系统。
4.根据权利要求1或2所述的预制骨架式整体成型复合材料方舱的制备方法，其特征在于，所述预浸料的增强体组织结构为单向、双向织物或多轴向织物中的一种或多种；所述预浸料的增强体种类为碳纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维、石英纤维或芳纶纤维中的一种或多种，树脂基体为热潜伏性环氧树脂复配物；所述预浸料具有自粘性，在20-30℃下的贮存期>20天。
5.根据权利要求1或2所述的预制骨架式整体成型复合材料方舱的制备方法，其特征在于，所述硬质泡沫是聚氨酯硬质泡沫、聚酰亚胺泡沫、聚酯泡沫、聚氯乙烯泡沫中的一种或多种。
6.根据权利要求2所述的预制骨架式整体成型复合材料方舱的制备方法，其特征在于，所述烤箱温度在80-180℃之间，压力在0.05-1.2MPa之间，成型时间在180-600min之间。
7.根据权利要2所述的预制骨架式整体成型复合材料方舱的制备方法，其特征在于，所述后处理具体为：将成型的复合材料方舱内、外表面整体或局部进行打磨、喷漆处理。
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