CN109703057A - 一种复合材料制件热压罐成型用工艺蒙皮，及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本申请实施例示出一种复合材料制件热压罐成型用工艺蒙皮，及其制备方法。在热压罐成型过程中，将本发明提出的工艺蒙皮放置于复合材料制件的上表面，并在其上表面放置辅助材料，在热压罐施加的压力下，整体向下对预浸料预制体进行压制，提高内部质量，避免了由于辅助材料变形能力较弱造成复合材料制件表面产生的褶皱。同时，工艺蒙皮的型面具有与复合材料产品上表面一致的型面，可很好的保证复合材料产品的外形精度。本发明所提出的工艺蒙皮，可广泛应用于具有复杂形状复合材料制件的热压罐成型，大幅提高制件的外形精度和内部质量。

Description

一种复合材料制件热压罐成型用工艺蒙皮，及其制备方法

技术领域

本发明属于结构复合材料的技术领域，涉及一种复合材料制件热压罐成型用工艺蒙皮，及其制备方法。

背景技术

以碳纤维等连续纤维为增强体的先进复合材料具有高比强度、比模量、密度低、耐腐蚀、耐疲劳性能好，以及可设计性强等突出优点，在航空航天等领域的应用更加广泛和深入。在先进制造领域，越来越多的具有复杂外形的金属制件被复合材料制件替代。但是，受限于复合材料制件的成型工艺特点，相应的复合材料制件的高精度成型成为一个制造难点。另外，复合材料制件经历了从非承力构件到次承力构件，再到主承力构件的转变。作为主承力构件时，装配精度要求很高，以保证整机的运行，同时，外形精度和内部质量是影响整机工作效率、使用寿命、故障发生率以及安全性的重要因素。

复合材料成型工艺主要包括热压罐成型、树脂转移模塑成型 (RTM)、模压成型、真空导流成型、真空袋成型等，其中树脂转移模塑成型(RTM)和模压成型是闭合模具，复合材料制件的外形精度由模具保证，外形精度较高。热压罐成型、真空导流成型以及真空袋成型是单面模具，下表面与模具贴合，外形精度较高，而上表面需要铺放隔离膜、脱模布等辅助材料，没有模具保证，外形精度较差。特别是变厚度、大厚度、多曲率的具有复杂外形的复合材料，采用单面模具成型时，外形精度更难保证。要解决此问题，可采用闭合模具成型的模压成型，其问题是制造效率较低，占用热压机设备时间较长，难以满足规模化批量生产要求，而且模压成型的复合材料制件的内部质量较低，质量稳定性较差，对质量要求较高的制件较难适用。RTM闭合模具成型是一种液态成型工艺，复合材料的纤维体积分数较模压成型和热压罐成型低，对设计要求较高、使用工况较为苛刻的复合材料制件来说难以满足。热压罐成型是目前复合材料制件的主流成型工艺，制备的复合材料制件纤维体积分数高、内部质量好、可一次成型多件制件，制造效率和质量稳定性高的特点。因此，解决变厚度、大厚度、变曲率的具有复杂形状的复合材料制件的热压罐成型中外形精度成为一个重要问题。

发明内容

本申请实施例示出一种复合材料制件热压罐成型用工艺蒙皮，及其制备方法，以提高变厚度、大厚度、变曲率的具有复杂形状的复合材料制件的外形精度，达到设计和使用要求。

本申请实施例示出一种复合材料制件热压罐成型用工艺蒙皮，包括：树脂：20-80wt％、纤维：20-60wt％、橡胶：20-60wt％。

可选择的，所述树脂为环氧树脂、双马来酰亚胺树脂、氰酸脂树脂、聚酰亚胺树脂等热固性树脂的一种或几种的组合，或聚乙烯、聚丙烯、聚氨酯、聚苯硫醚、聚芳醚酮、聚醚醚酮、聚砜、聚醚砜、热塑性聚酰亚胺、聚碳酸酯、聚酰胺、聚脲等热塑性树脂的一种或几种的组合。

可选择的，所述的纤维为碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维、石英纤维、玄武岩纤维等一种或几种的组合，所述纤维的形式可以是连续纤维、短切纤维。

可选择的，所述的橡胶为天然橡胶、聚异戊二烯橡胶、丁苯橡胶氯丁橡胶、丁腈橡胶、硅橡胶、氟橡胶、聚硫橡胶、聚氨酯橡胶、氯醇橡胶、丙烯酸酯橡胶等一种或几种的组合。

本申请实施例第二方面示出一种复合材料制件热压罐成型用工艺蒙皮的制备方法，所述方法包括：

根据复合材料制件数模，采用机械加工的方式制造出与复合材料制件数模相同的金属型面；

在金属模具型面上均匀涂抹脱模剂并自然干燥后，铺放一层橡胶片，在胶片上表面铺放树脂与纤维的复合物，在铺放一层橡胶片；

橡胶片上表面依次铺放辅助材料，采用真空袋进行封装，置于热压罐中，按照树脂与橡胶片的固化工艺和橡胶片的硫化工艺进行固化成型。固化完成后，自然降温取出，得到复合材料热压罐成型用工艺蒙皮。

可选择的，所述树脂与纤维的复合物的铺放可采用手糊、热熔法或湿法工艺将树脂与纤维进行复合。

可选择的，所述辅助材料包括：隔离膜、脱模布、透气毡。

综上，本申请实施例示出的技术方案改进点如下：

本申请实施例示出一种复合材料制件热压罐成型用工艺蒙皮，及其制备方法，本申请实施例示出的技术方案，首先采用机械加工的方式制作出与复合材料产品上表面型面相同的金属型面，以此金属型面作为模具，将纤维、树脂、橡胶三种材料进行复合成型，实现工艺蒙皮的型面具有与复合材料产品制件相同的型面。在热压罐成型过程中，将本发明提出的工艺蒙皮放置于复合材料制件的上表面，并在其上表面放置辅助材料，在热压罐施加的压力下，整体向下对预浸料预制体进行压制，避免了由于辅助材料变形能力较弱造成复合材料制件表面产生的褶皱。同时，工艺蒙皮的型面具有与复合材料产品上表面一致的型面，可很好的保证复合材料产品的外形精度。本发明所提出的工艺蒙皮，可广泛应用于具有复杂形状复合材料制件的热压罐成型，大幅提高制件的外形精度和内部质量。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例示出的一种复合材料制件热压罐成型用工艺蒙皮的制备方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例的详细描述和附图用于示例性地说明本发明的原理，但不能用来限制本发明的范围，即本发明不限于所描述的实施例，在不脱离本发明的精神的前提下覆盖了零件-部件和连接方式的任何修改-替换和改进。

本申请实施例示出一种复合材料制件热压罐成型用工艺蒙皮，包括：树脂：20-80wt％、纤维：20-60wt％、橡胶：20-60wt％。

所述树脂为环氧树脂、双马来酰亚胺树脂、氰酸脂树脂、聚酰亚胺树脂等热固性树脂的一种或几种的组合，或聚乙烯、聚丙烯、聚氨酯、聚苯硫醚、聚芳醚酮、聚醚醚酮、聚砜、聚醚砜、热塑性聚酰亚胺、聚碳酸酯、聚酰胺、聚脲等热塑性树脂的一种或几种的组合。

所述的纤维为碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维、石英纤维、玄武岩纤维等一种或几种的组合，所述纤维的形式可以是连续纤维、短切纤维。

所述的橡胶为天然橡胶、聚异戊二烯橡胶、丁苯橡胶氯丁橡胶、丁腈橡胶、硅橡胶、氟橡胶、聚硫橡胶、聚氨酯橡胶、氯醇橡胶、丙烯酸酯橡胶等一种或几种的组合。

现有技术示出的复合材料的热压罐成型所用模具为单面模具，预浸料在模具中层层铺叠完成后，上表面依次铺放隔离膜、脱模布、透气毡等辅助材料，然后使用真空袋进行真空封装。封装后的模具及其预浸料预制体转移到热压罐中加热加压进行固化。采用热压罐成型时，复合材料制件的下表面由于跟模具贴合，其外形由模具保证，其外形精度较高。复合材料制件预浸料预制体在制造完成后，其厚度远大于成品制件的厚度，需要在热压罐中加热加压将其厚度压制到成品制件厚度。而复合材料制件上表面铺放的辅助材料是与预浸料预制体贴合，在加热加压过程中，预浸料中的树脂熔融，其变形能力较大，而由高分子材料制成辅助材料具有较高的玻璃化转变温度，在复合材料制件成型过程中处于玻璃态，变形能力较弱。因此，由于两类材料变形量的不同，会造成复合材料制件上表面造成褶皱现象，而且由于上表面并没有模具约束，外形精度较难保证。同时，由于复合材料制件在热压罐中的受力不均，导致制件部分部位压实程度降低，造成厚度超差和内部质量的降低。

本申请实施例示出的复合材料制件热压罐成型用工艺蒙皮，目的是提高复合材料制件热压罐成型过程中上表面的外形精度和内部质量。本发明提出的工艺蒙皮主要包括纤维、树脂、橡胶三种材料组成，此三种材料复合后形成一种既具有形状保持能力，又具有一定变形能力的工艺蒙皮，作为复合材料制件热压罐成型的上表面软软模具。首先采用机械加工的方式制作出与复合材料产品上表面型面相同的金属型面，以此金属型面作为模具，将纤维、树脂、橡胶三种材料进行复合成型，实现工艺蒙皮的型面具有与复合材料产品制件相同的型面。在热压罐成型过程中，将本发明提出的工艺蒙皮放置于复合材料制件的上表面，并在其上表面放置辅助材料，在热压罐施加的压力下，整体向下对预浸料预制体进行压制，避免了由于辅助材料变形能力较弱造成复合材料制件表面产生的褶皱。同时，工艺蒙皮的型面具有与复合材料产品上表面一致的型面，可很好的保证复合材料产品的外形精度。本发明所提出的工艺蒙皮，可广泛应用于具有复杂形状复合材料制件的热压罐成型，大幅提高制件的外形精度和内部质量。

请参阅图1本申请实施例第二方面示出一种复合材料制件热压罐成型用工艺蒙皮的制备方法，所述方法包括以下步骤：

S101根据复合材料制件数模，采用机械加工的方式制造出与复合材料制件数模相同的金属型面；

S102在金属模具型面上均匀涂抹脱模剂并自然干燥后，铺放一层橡胶片，在胶片上表面铺放树脂与纤维的复合物，在铺放一层橡胶片；

值得注意的是，本申请实施例示出的技术方案加入两个橡胶片，分别是底层和顶层。

本申请提出的工艺蒙皮，主要是为了提高复合材料制件表面精度和内部质量，基本原理是复合材料制件在热压罐中进行加热加压时，铺放在复合材料制件上表面的工艺蒙皮承受热压罐中的压力，进而对复合材料制件进行整体压制。因此，工艺蒙皮需要具备“软硬结合”的特点，“软”可以将热压罐中压力有效的传递给复合材料制件，避免工艺蒙皮太硬，不具备变形能力，造成复合材料制件受力不均，进而影响上表面的型面精度和内部质量；“硬”是为了使工艺蒙皮具有一定的自身形状保持能力，保证工艺蒙皮的型面精度，从而在均匀压力作用下提高复合材料制件的上表面型面精度。本申请中所提出的工艺蒙皮主要由三种材料组成，树脂与纤维固化后形成的复合材料很硬，引入橡胶片是为了提高工艺蒙皮“软”的特性。

本申请实施例采用脱模剂是一种介于模具和成品之间的功能性物质。脱模剂有耐化学性，在与不同树脂的化学成份(特别是苯乙烯和胺类)接触时不被溶解。脱模剂还具有耐热及应力性能，不易分解或磨损；

S103橡胶片上表面依次铺放辅助材料，采用真空袋进行封装，置于热压罐中，按照树脂与橡胶片的固化工艺和橡胶片的硫化工艺进行固化成型，固化完成后，自然降温取出，得到复合材料热压罐成型用工艺蒙皮。

可选择的，所述树脂与纤维的复合物的铺放可采用手糊、热熔法或湿法工艺将树脂与纤维进行复合。

可选择的，所述辅助材料包括：隔离膜、脱模布、透气毡。

实施例1：

根据复合材料制件数模，将45#钢机械加工成与复合材料制件上表面相同的型面，作为工艺蒙皮的制备模具。在模具型面上均匀涂抹脱模剂，自然干燥后，铺放一层厚度为1mm的硅橡胶片。采用手糊工艺，在硅橡胶片上铺放一层碳纤维与环氧树脂复合物，并在复合物上方放置一层厚度为 1mm的硅橡胶片。在最上层的橡胶片上表面依次铺放隔离膜、脱模布、透气毡等辅助材料，采用真空袋进行封装，置于热压罐中，按照树脂与橡胶片的固化工艺和橡胶片的硫化工艺进行固化成型。固化完成后，自然降温至60℃以下取出，得到复合材料热压罐成型用工艺蒙皮。

实施例2：

根据复合材料制件数模，将45#钢机械加工成与复合材料制件上表面相同的型面，作为工艺蒙皮的制备模具。在模具型面上均匀涂抹脱模剂，自然干燥后，铺放一层厚度为1.5mm的硅橡胶片，在其上方依次铺放一层单位面积质量为200克的碳纤维/环氧树脂预浸料和一层厚度为1.5mm的硅橡胶片。在最上层的橡胶片上表面依次铺放隔离膜、脱模布、透气毡等辅助材料，采用真空袋进行封装，置于热压罐中，按照树脂与橡胶片的固化工艺和橡胶片的硫化工艺进行固化成型。固化完成后，自然降温至60℃以下取出，得到复合材料热压罐成型用工艺蒙皮。

实施例3：

根据复合材料制件数模，将P20钢机械加工成与复合材料制件上表面相同的型面，作为工艺蒙皮的制备模具。在模具型面上均匀涂抹脱模剂，自然干燥后，铺放一层厚度为1.5mm的硅橡胶片，在其上方依次铺放一层单位面积质量为300克的玻璃纤维/环氧树脂预浸料和一层厚度为1.5mm 的硅橡胶片。在最上层的橡胶片上表面依次铺放隔离膜、脱模布、透气毡等辅助材料，采用真空袋进行封装，置于热压罐中，按照树脂与橡胶片的固化工艺和橡胶片的硫化工艺进行固化成型。固化完成后，自然降温至 60℃以下取出，得到复合材料热压罐成型用工艺蒙皮。

实施例4：

根据复合材料制件数模，将P20钢机械加工成与复合材料制件上表面相同的型面，作为工艺蒙皮的制备模具。在模具型面上均匀涂抹脱模剂，自然干燥后，铺放一层厚度为2mm的硅橡胶片，在其上方依次铺放一层单位面积质量为200克的芳纶纤维/环氧树脂预浸料和一层厚度为2mm的硅橡胶片。在最上层的橡胶片上表面依次铺放隔离膜、脱模布、透气毡等辅助材料，采用真空袋进行封装，置于热压罐中，按照树脂与橡胶片的固化工艺和橡胶片的硫化工艺进行固化成型。固化完成后，自然降温至60℃以下取出，得到复合材料热压罐成型用工艺蒙皮。

实施例5：

根据复合材料制件数模，将45#钢机械加工成与复合材料制件上表面相同的型面，作为工艺蒙皮的制备模具。在模具型面上均匀涂抹脱模剂，自然干燥后，铺放一层厚度为2mm的硅橡胶片，在其上方依次铺放一层单位面积质量为200克的碳纤维/双马来酰亚胺树脂预浸料和一层厚度为2mm 的硅橡胶片。在最上层的橡胶片上表面依次铺放隔离膜、脱模布、透气毡等辅助材料，采用真空袋进行封装，置于热压罐中，按照树脂与橡胶片的固化工艺和橡胶片的硫化工艺进行固化成型。固化完成后，自然降温至 60℃以下取出，得到复合材料热压罐成型用工艺蒙皮。

实施例6：

根据复合材料制件数模，将45#钢机械加工成与复合材料制件上表面相同的型面，作为工艺蒙皮的制备模具。在模具型面上均匀涂抹脱模剂，自然干燥后，铺放一层厚度为2mm的硅橡胶片，在其上方依次铺放一层单位面积质量为200克的玻璃纤维/聚酰胺树脂预浸料和一层厚度为2mm的硅橡胶片。在最上层的橡胶片上表面依次铺放隔离膜、脱模布、透气毡等辅助材料，采用真空袋进行封装，置于热压罐中，按照树脂与橡胶片的固化工艺和橡胶片的硫化工艺进行固化成型。固化完成后，自然降温至60℃以下取出，得到复合材料热压罐成型用工艺蒙皮。

由以上技术方案可知，本申请实施例示出一种复合材料制件热压罐成型用工艺蒙皮，及其制备方法，本申请实施例示出的技术方案，首先采用机械加工的方式制作出与复合材料产品上表面型面相同的金属型面，以此金属型面作为模具，将纤维、树脂、橡胶三种材料进行复合成型，实现工艺蒙皮的型面具有与复合材料产品制件相同的型面。在热压罐成型过程中，将本发明提出的工艺蒙皮放置于复合材料制件的上表面，并在其上表面放置辅助材料，在热压罐施加的压力下，整体向下对预浸料预制体进行压制，避免了由于辅助材料变形能力较弱造成复合材料制件表面产生的褶皱。同时，工艺蒙皮的型面具有与复合材料产品上表面一致的型面，可很好的保证复合材料产品的外形精度。本发明所提出的工艺蒙皮，可广泛应用于具有复杂形状复合材料制件的热压罐成型，大幅提高制件的外形精度和内部质量。

以上所述仅为本申请的实施例而已，本发明并不局限于上文所描述并在图中示出的特定步骤和结构。并且，为了简明起见，这里省略对已知方法技术的详细描述。在不脱离本发明的范围的情况下对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改-等同替换-改进等，均应包含在本申请的权利要求范围内。

Claims (7)

1.一种复合材料制件热压罐成型用工艺蒙皮，其特征在于，包括：树脂：20-80wt％、纤维：20-60wt％、橡胶：20-60wt％。

2.根据权利要求1所述的工艺蒙皮，其特征在于，所述树脂为环氧树脂、双马来酰亚胺树脂、氰酸脂树脂、聚酰亚胺树脂等热固性树脂的一种或几种的组合，或聚乙烯、聚丙烯、聚氨酯、聚苯硫醚、聚芳醚酮、聚醚醚酮、聚砜、聚醚砜、热塑性聚酰亚胺、聚碳酸酯、聚酰胺、聚脲等热塑性树脂的一种或几种的组合。

3.根据权利1要求所述的工艺蒙皮，其特征在于，所述的纤维为碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维、石英纤维、玄武岩纤维等一种或几种的组合，所述纤维的形式可以是连续纤维、短切纤维。

4.根据权利1要求所述的工艺蒙皮，其特征在于，所述的橡胶为天然橡胶、聚异戊二烯橡胶、丁苯橡胶氯丁橡胶、丁腈橡胶、硅橡胶、氟橡胶、聚硫橡胶、聚氨酯橡胶、氯醇橡胶、丙烯酸酯橡胶等一种或几种的组合。

5.一种复合材料制件热压罐成型用工艺蒙皮的制备方法，其特征在于，所述方法包括：

根据复合材料制件数模，采用机械加工的方式制造出与复合材料制件数模相同的金属型面；

在金属模具型面上均匀涂抹脱模剂并自然干燥后，铺放一层橡胶片，在胶片上表面铺放树脂与纤维的复合物，在铺放一层橡胶片；

橡胶片上表面依次铺放辅助材料，采用真空袋进行封装，置于热压罐中，按照树脂与橡胶片的固化工艺和橡胶片的硫化工艺进行固化成型，固化完成后，自然降温取出，得到复合材料热压罐成型用工艺蒙皮。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述树脂与纤维的复合物的铺放可采用手糊、热熔法或湿法工艺将树脂与纤维进行复合。

7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述辅助材料包括：隔离膜、脱模布、透气毡。