CN110293691A - 一种抗冲击碳纤维复合材料机头罩的制作方法 - Google Patents

一种抗冲击碳纤维复合材料机头罩的制作方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种抗冲击碳纤维复合材料机头罩的制作方法，该方法所生产的机头罩包括锥头和锥体,所述锥体包括锥体外面板、锥体泡沫和锥体内面板；该制作方法通过以下步骤实现：①和②分别通过挤出机挤出注塑成型锥头；和锥体外面板；③将锥体泡沫切割成4片，并进行热定型；④采用碳纤维平纹织物和环氧树脂通过RTM工艺制造锥体内面板；⑤将步骤①中的锥头、步骤③中的锥体泡沫、步骤②中的锥体外面板和步骤④中的锥体内面板通过热压罐胶接成型；本发明的有益效果是：本发明中提供的复合材料机头罩具有良好的抗冲击性能，强度、刚度性能良好和较轻的重量。

Description

一种抗冲击碳纤维复合材料机头罩的制作方法
技术领域
本发明涉及一种复合材料结构设计，具体的，涉及一种抗冲击碳纤维复合材料机头罩的制作方法。
背景技术
多年来，飞机减重一直是航空产业的一项重要任务。复合材料由于其可设计性强、比强度高、比刚度大，并且具有优异的耐腐蚀、抗疲劳性能等优点，使其在飞机结构上的应用水平得到了快速提高。
但是，目前飞机上普遍采用的是碳纤维增强环氧树脂，存在抗冲击强度差的问题，其应用范围在一定程度上受到了限制。
传统的飞机机头罩采用金属材料制造，存在铆接工艺繁琐且重量大的缺点，因此专利CN201711228249.8提出了一种PMI泡沫夹芯的薄壁天线罩的制造技术，但是该专利中的面板较薄且并未提出合理的抗冲击改性，故在实际飞行过程中很容易被跑道石子击中而产生裂纹，不能很好的满足实际的应用需求。专利CN201210326901.0提出了一种具有PMI泡沫芯材材料及其制备方法，同样没有提到对面板材料的改性，也不能满足机头罩使用要求。
发明内容
针对上述现有技术，本发明的目的在于克服现有技术中的不足，适应现实需要，提供一种抗冲击碳纤维复合材料机头罩及其制造方法。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种抗冲击碳纤维复合材料机头罩的制作方法，该制作方法所生产的机头罩包括锥头和锥体,其中,所述锥体包括锥体外面板、锥体泡沫和锥体内面板，所述锥头、锥体外面板、锥体泡沫和锥体内面板各自成型后，再在热压罐中胶接而成；所述锥头采用长碳纤维增强热塑性树脂材料，所述锥体外面板采用长碳纤维和长芳纶纤维增强热塑性树脂材料，所述锥体泡沫采用PMI泡沫，所述锥体内面板采用碳纤维平纹织物增强环氧树脂材料；该机头罩的制作方法通过以下步骤实现：
①将长碳纤维和热塑性树脂材料通过挤出机挤出注塑成型锥头；
② 将长碳纤维、长芳纶纤维和热塑性树脂材料通过挤出机挤出注塑成型锥体外面板；
③将锥体泡沫延机头罩径向切割成4片，并进行热定型，使其与机头罩贴合；
④ 在模具中铺覆4-12层碳纤维织物，用定型剂固定好后合上模具，将5284RTM环氧树脂加热至75℃-85℃后注入模具中，在135℃-145℃保温保压下固化1-1.5小时后降温至60℃以下脱模取出得到锥体内面板；
⑤将步骤③切割成型的4片锥体泡沫拼接，并在其上、下两侧分别铺设步骤②中的锥体外面板和步骤④中的锥体内面板，并将胶膜贴于：锥体泡沫各分割面之间，锥体泡沫与锥体内面板接触面, 锥体泡沫与锥体外面板接触面，锥体内面板与锥体外面板接触面之间；将阳模模具置于机头罩锥体内部，机头罩锥体端部安装好锥头，并在锥头与锥体之间放置一层胶膜，然后胶接成型，即得抗冲击碳纤维复合材料机头罩。
其中，步骤⑤中胶接采用在机头罩最外层包裹一层真空袋，打包抽真空后在热压罐内胶接成型，固化温度为175℃-185℃，固化时间为1-1.5小时，固化后降温至60℃以下脱模取出。
优选的，在本发明中，步骤⑤中胶接采用在机头罩最外层包裹一层真空袋，打包抽真空后在热压罐内胶接成型，固化温度为180℃，固化时间为1小时，固化后降温至60℃以下脱模取出。
在本发明中，所述锥头采用长碳纤维增强热塑性树脂注塑而成，所述热塑性树脂为PEEK、PI、PA、PP、PE、PC、PET、PBT、TPU或者ABS；所述长碳纤维指纤维长度为15mm-30mm的T300碳纤维；所述长碳纤维的质量分数为30%-60%。
优选的，在本发明中，所述锥头采用PEEK树脂和质量分数为40%长度为20mm的T300碳纤维。
在本发明中，所述锥体外面板采用长碳纤维和长芳纶纤维混合增强热塑性树脂注塑而成，所述热塑性树脂为PEEK、PI、PA、PP、PE、PC、PET、PBT、TPU或者ABS中的其中一种或几种；所述长碳纤维为纤维长度为15mm-30mm质量分数为20%-40%的T300碳纤维,所述长芳纶纤维为纤维长度为15mm-30mm质量分数为5%-30%的Kevlar纤维；所述锥体外面板厚度为1mm-3mm。
优选的，在本发明中，所述锥体外面板采用PEEK树脂、质量分数为30%长度为20mm的T300碳纤维和质量分数为10%长度为20mm的Kevlar芳纶纤维的混合体，所述锥体外面板厚度为2mm。
在本发明中，所述锥体泡沫采用成品PMI泡沫拼接而成，所述PMI泡沫厚度为5mm-20mm，所述PMI为聚甲基丙烯酰亚胺。
优选的，在本发明中，所述锥体泡沫选用厚度为10mm的聚甲基丙烯酰亚胺泡沫。
在本发明中，所述锥体内面板为碳纤维平纹织物和环氧树脂采用RTM工艺制造，所述锥体内面板厚度为1mm-2mm。
优选的，在本发明中，所述锥体内面板为铺覆8层T300碳纤维织物，铺层方向为[（0°,90°)/(±45°）]2s，用定型剂固定好后合上模具，将5284RTM环氧树脂加热至80℃后注入模具中，在140℃保温保压下固化1小时后降温至60℃以下脱模取出得到锥体内面板，所述锥体内面板厚度为2mm。
本发明的有益效果是：本发明中的机头罩采用泡沫夹芯复合材料结构能够有效减轻结构重量提高结构刚度。锥体外面板采用长碳纤维和长芳纶纤维混合增强热塑性树脂既能提供良好抗冲击性能又能保持良好的刚度，又能减轻结构重量，而且成型工艺简单快速。本机头罩的锥体内面板采用碳纤维平纹织物增强环氧树脂具有良好的静强度力学性能和良好的减重效果。综上，本发明中提供的复合材料机头罩具有良好的抗冲击性能，强度、刚度性能良好和较轻的重量。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图。
图2 为本发明的分拆结构示意图。
图3为本发明的爆炸结构示意图。
其中：1为锥头，2为锥体，2-1为锥体外面板，2-2为锥体泡沫，2-3为锥体内面板。
具体实施方式
以下结合附图及具体实施方式对本发明进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
如图1至3所示，本发明提供了一种抗冲击碳纤维复合材料机头罩的制作方法，该制作方法所生产的机头罩包括锥头1和锥体2,其中,所述锥体2包括锥体外面板2-1、锥体泡沫2-2和锥体内面板2-3，所述锥头1、锥体外面板2-1，锥体泡沫2-2和锥体内面板2-3各自成型后，再在热压罐中胶接而成；所述锥头1采用PEEK树脂和质量分数为40%长度为20mm的T300碳纤维，所述锥体外面板2-1采用PEEK树脂、质量分数为30%长度为20mm的T300碳纤维和质量分数为10%长度为20mm的Kevlar芳纶纤维的混合体，所述锥体泡沫2-2选用厚度为10mm的聚甲基丙烯酰亚胺泡沫，所述锥体内面板2-3为铺覆8层T300碳纤维织物，铺层方向为[（0°,90°)/(±45°）]2s，用定型剂固定好后合上模具，将5284RTM环氧树脂加热至80℃后注入模具中，并在140℃保温保压固化1小时后降温至60℃以下脱模取出的碳纤维平纹织物；该机头罩的制作方法通过以下步骤实现：
① 采用PEEK树脂和质量分数为40%长度为20mm的T300碳纤维通过挤出机挤出注塑成型锥头1；
② 采用PEEK树脂、质量分数为30%长度为20mm的T300碳纤维和质量分数为10%长度为20mm的Kevlar芳纶纤维通过挤出机挤出注塑成型锥体外面板2-1，该面板厚度为2mm；
③ 将10mm厚的PMI泡沫按延机头罩径向切割成4片，将切割好的PMI泡沫，进行热定型，使其与机头罩贴合；
④ 在模具中铺覆8层T300碳纤维织物，铺层方向为[（0°,90°)/(±45°）]2s,用定型剂固定好后合上模具，将5284RTM环氧树脂加热至80℃后注入模具中，在140℃保温保压固化1小时后降温至60℃以下脱模取出得到锥体内面板2-3，所述锥体内面板厚度为2mm；
⑤ 将步骤④中的锥体内面板2-3、步骤②中的锥体外面板2-1、步骤③中的锥体泡沫2-2组装在一起，并将胶膜贴于：锥体泡沫2-2各分割面之间，锥体泡沫2-2与锥体内面板2-3接触面，锥体泡沫2-2与锥体外面板2-1接触面，锥体内面板2-3与锥体外面板2-1接触面之间；将阳模模具置于机头罩锥体内部，机头罩锥体端部安装好锥头1，并在锥头1与锥体2之间放置一层胶膜，在机头罩最外层包裹一层真空袋，打包抽真空后在热压罐内加温至180℃固化1小时，降温至60℃以下脱模取出，即获得抗冲击碳纤维复合材料机头罩。
本发明包括但不限于以上实施例，凡是在本发明精神的原则之下进行的任何等同替换或局部改进，都将视为在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种抗冲击碳纤维复合材料机头罩的制作方法，该制作方法所生产的机头罩包括锥头(1)和锥体(2),其中,所述锥体(2)包括锥体外面板(2-1)、锥体泡沫(2-2)和锥体内面板(2-3)，所述锥头(1)、锥体外面板(2-1)，锥体泡沫(2-2)和锥体内面板(2-3)各自成型后，再在热压罐中胶接而成；所述锥头（1）采用长碳纤维增强热塑性树脂材料，所述锥体外面板(2-1)采用长碳纤维和长芳纶纤维增强热塑性树脂材料，所述锥体泡沫(2-2)采用PMI泡沫，所述锥体内面板(2-3) 采用碳纤维平纹织物增强环氧树脂材料；其特征在于：该机头罩的制作方法通过以下步骤实现：
①将长碳纤维和热塑性树脂材料通过挤出机挤出注塑成型锥头（1）；
②将长碳纤维、长芳纶纤维和热塑性树脂材料通过挤出机挤出注塑成型锥体外面板（2-1）；
③将锥体泡沫（2-2）延机头罩径向切割成4片，并进行热定型，使其与机头罩贴合；
④在模具中铺覆4-12层碳纤维织物，用定型剂固定好后合上模具，将5284RTM环氧树脂加热至75℃-85℃后注入模具中，在135℃-145℃保温保压下固化1-1.5小时后降温至60℃以下脱模取出得到锥体内面板（2-3）；
⑤将步骤③切割成型的4片锥体泡沫（2-2）拼接，并在其上、下两侧分别铺设步骤②中的锥体外面板（2-1）和步骤④中的锥体内面板（2-3），并将胶膜贴于：锥体泡沫（2-2）各分割面之间，锥体泡沫（2-2）与锥体内面板（2-3）接触面, 锥体泡沫（2-2）与锥体外面板（2-1）接触面，锥体内面板（2-3）与锥体外面板（2-1）接触面之间；将阳模模具置于机头罩锥体内部，机头罩锥体端部安装好锥头（1），并在锥头（1）与锥体（2）之间放置一层胶膜，然后胶接成型，即得抗冲击碳纤维复合材料机头罩。
2.根据权利要求1所述的抗冲击碳纤维复合材料机头罩的制作方法，其特征在于：在步骤①中,所述热塑性树脂为PEEK、PI、PA、PP、PE、PC、PET、PBT、TPU或者ABS；所述长碳纤维为纤维长度为15mm-30mm质量分数为30%-60%的T300碳纤维；在步骤②中，所述热塑性树脂为PEEK、PI、PA、PP、PE、PC、PET、PBT、TPU或ABS中的其中一种或几种；所述长碳纤维为纤维长度为15mm-30mm质量分数为20%-40%的T300碳纤维,所述长芳纶纤维为纤维长度为15mm-30mm质量分数为5%-30%的Kevlar纤维；所述锥体外面板（2-1）厚度为1mm-3mm；在步骤③中，所述锥体泡沫（2-2）采用成品PMI泡沫拼接而成，所述PMI泡沫厚度为5mm-20mm，所述PMI为聚甲基丙烯酰亚胺；在步骤④中，所述锥体内面板（2-3）为T300碳纤维平纹织物和5284RTM环氧树脂，所述锥体内面板（2-3）厚度为1mm-2mm。
3.根据权利要求2所述的抗冲击碳纤维复合材料机头罩的制作方法，其特征在于：在步骤①中,所述锥头（1）采用PEEK树脂和质量分数为40%长度为20mm的T300碳纤维；在步骤②中，所述锥体外面板(2-1)采用PEEK树脂、质量分数为30%长度为20mm的T300碳纤维和质量分数为10%长度为20mm的Kevlar芳纶纤维的混合体，所述锥体外面板(2-1)厚度为2mm；在步骤③中，所述锥体泡沫（2-2）选用厚度为10mm的聚甲基丙烯酰亚胺泡沫；在步骤④中，所述锥体内面板（2-3）为铺覆8层T300碳纤维织物，铺层方向为[（0°,90°)/(±45°）]2s,用定型剂固定好后合上模具，将5284RTM环氧树脂加热至80℃后注入模具中，在140℃保温保压下固化1小时后降温至60℃以下脱模取出得到锥体内面板（2-3），所述锥体内面板厚度为2mm。
4.根据权利要求1至3任一项所述的抗冲击碳纤维复合材料机头罩的制作方法，其特征在于：在步骤⑤中所述胶接采用在机头罩最外层包裹一层真空袋，打包抽真空后在热压罐内胶接成型，固化温度为175℃-185℃，固化时间为1-1.5小时，固化后降温至60℃以下脱模取出。
5.根据权利要求1至3任一项所述的抗冲击碳纤维复合材料机头罩的制作方法，其特征在于：在步骤⑤中所述胶接采用在机头罩最外层包裹一层真空袋，打包抽真空后在热压罐内胶接成型，固化温度为180℃，固化时间为1小时，固化后降温至60℃以下脱模取出。
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