CN111391364A - 一种编织碳纤维波导预制体液体成型方法 - Google Patents

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Abstract

本方法公开一种编织碳纤维波导预制体液体成型方法，包括以下步骤：将轴向碳纤维丝束与径向碳纤维丝束编织成三维的波导基本体；将异型结构织物缝制在波导基本体的波导壁上，制成波导预制体；将波导预制体置于成型模具中，后安装在RTM设备上；由RTM机将液态树脂注入到成型模具中浸润波导预制体；将液体注射后的成型模具进行加热固化处理，后冷却，打开成型模具，制得波导天线。本方法的有益效果：通过编织、铺缝、液态成型技术的结合，不仅增加了波导纤维的密实度，更是提高了波导天线整体刚性及平面度。

Description

一种编织碳纤维波导预制体液体成型方法
技术领域
本方法涉及一种天线技术，尤其涉及的是一种波导天线采用编织碳纤维波导预制体液体成型方法。
背景技术
对于雷达天线来说，波导天线是其重要的形式之一。由于该波导天线是以星载为平台的，对天线的重量有着苛刻的要求，所以该波导是以树脂基碳纤维复合材料制造而成。
由于该波导天线腔口截面积小、型腔形状复杂，而且型腔内还预埋多种金属匹配块。所以采用通常的手工铺贴预浸料方式及热压罐固化成型工艺很难得到理想的复合材料波导天线腔体。对于普通预浸料铺贴成型，由于预浸料中的纤维含量相对较低，且纤维互相没有交联，造成固化成型后的波导天线刚度较差，容易变形。
另外，由于波导天线对材料表面导电性有很高的要求。在成型的复合材料波导腔体内外表面都需要进行金属化处理。如申请和号CN201710183574.0，公开了一种滴灌溶解式金属转移芯模和金属镀层的转移方法，其中一种金属镀层的转移方法，所述方法包括专用铝材拉挤设备、金属转移、芯模、专用镀槽、RTM成型模和滴灌溶解设备，实施步骤具体公开了金属镀层的转移方法，虽然在一定程度上优化了金属层表面的光洁度，但因仍无法保证编织层的平整度与光洁度，对金属化表面的光洁度仍存在一定的影响。且通常的人工铺贴及热压罐固化成型的制件表面光洁度同样很难达到波导金属化的表面要求。
还有波导天线作为一种高精度天线形式，对天线的尺寸及平面精度都有着很高的要求。
公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本方法的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
方法内容
本方法所要解决的技术问题在于如何解决现有技术波导天线刚度差、工艺达不到要求的问题。
本方法通过以下技术手段实现解决上述技术问题的：
一种编织碳纤维波导预制体液体成型方法，包括以下步骤：
步骤S1:将轴向碳纤维丝束与径向碳纤维丝束编织成三维的波导基本体；
步骤S2：将异型结构织物缝制在波导基本体的波导壁上，制成波导预制体；
步骤S3：将波导预制体置于成型模具中，后安装在RTM设备上；
步骤S4：由RTM机将液态树脂注入到成型模具中浸润波导预制体；
步骤S5:将液体注射后的成型模具进行加热固化处理，后冷却，打开成型模具，制得波导天线。
本发明通过将轴向碳纤维丝束与径向碳纤维丝束进行编织，形成纵横交错的结构，使得碳纤维波导在三维方向的纤维互相勾连，不再仅是平面方向的铺叠，也为下一步的缝制奠定了基础，并使得波导基本体能够一体成型；通过异型结构织物缝制在波导基本体的波导壁上，可以进行带嵌入物的制件成型，碳纤维波导腔内的金属匹配块，可在预制体的编织过程中一并嵌人预制体内相应的位置，波导预制体在后续的操作过程中不会发生错位和损伤，可以显著改善固化后碳纤维波导的耐久性和损伤容限；采用成型模具的液态成型技术，提高了碳纤维波导不同表面的严格尺寸要求，只要模具表面具备足够的光洁度，波导表面的光洁度即能达到极高水平；因此，通过编织+铺缝+液态成型技术，不仅增加了波导纤维的密实度，更是提高了波导天线整体刚性及平面度。
优选的，所述步骤S1中通过编织机进行编织。
优选的，所述步骤S1中的波导基本体为两端开口、轴向贯穿的空腔结构。
优选的，所述步骤S2中通过铺缝机进行缝制。
优选的，所述步骤S3中的成型模具包括外模、内模，外模上具有进料口和出料口。
优选的，所述外模包括上模、下模，上模和下模均为一面开口的矩形盒装结构，上模和下模通过螺栓固定形成内部为空的矩形体。
优选的，将波导预制体置于成型模具中的具体步骤为：先将内模置于波导预制体内部，再将波导预制体放入下模内，最后将上模合在下模上，用螺栓紧固。
优选的，所述步骤S4的具体步骤为：将树脂倒入RTM机的树脂罐中；用真空脱泡树脂管路对树脂罐内树脂进行脱泡处理；开启RTM机通过加压树脂管路对树脂罐进行加压，调整压力调节器来控制注射压力，将树脂从成型模具的进料口压入，并通过真空泵将树脂从成型模具的出料口吸出多余树脂并进入树脂收集器中，完成RTM液体成型。
优选的，所述步骤S5的具体步骤为：将液体注射后的成型模具放入烘箱中进行加热固化处理，后冷却至室温，打开外模，抽出内模，制得波导天线。
优选的，还包括步骤S6:对S5制得的波导天线进行金属化处理。
本方法的优点在于：
本发明通过将轴向碳纤维丝束与径向碳纤维丝束进行编织，形成纵横交错的结构，使得碳纤维波导在三维方向的纤维互相勾连，不再仅是平面方向的铺叠，也为下一步的缝制奠定了基础，并使得波导基本体能够一体成型；通过异型结构织物缝制在波导基本体的波导壁上，可以进行带嵌入物的制件成型，碳纤维波导腔内的金属匹配块，可在预制体的编织过程中一并嵌人预制体内相应的位置，波导预制体在后续的操作过程中不会发生错位和损伤。可以显著改善固化后碳纤维波导的耐久性和损伤容限；采用成型模具的液态成型技术，提高了碳纤维波导不同表面的严格尺寸要求，只要模具表面具备足够的光洁度，波导表面的光洁度即能达到极高水平；
因此，通过编织+铺缝+液态成型技术，不仅增加了波导纤维的密实度，更是提高了波导天线整体刚性及平面度。
附图说明
图1是本方法实施例一中编织碳纤维波导预制体液体成型方法的流程示意图；
图2是编织示意图；
图3是缝制示意图；
图4是成型模具的外模结构示意图；
图5是成型模具的内模结构示意图；
图6是RTM液体成型工艺示意图；
图7是碳纤维波导天线结构示意图。
图中标号：波导基本体1、波导预制体2、波导天线3、
编织机4、纤维丝束41、导丝器42、波导型模板43、轴向丝束44、收拉装置45、外模51、上模511、下模512、内模52、
RTM机6、树脂罐61、真空脱泡树脂管路62、树脂管路63、压力调节器64、真空泵65、树脂收集器66。
具体实施方式
为使本方法实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本方法实施例，对本方法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方法一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本方法中的实施例，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，都属于本方法保护的范围。
实施例一：
如图1所示：一种编织碳纤维波导预制体液体成型方法，包括以下步骤：
步骤S1:将轴向碳纤维丝束与径向碳纤维丝束编织成三维的波导基本体1，采用现有编织机通过三维编织机编制程序，并在相应的模具上进行编织就可实现；通过将轴向碳纤维丝束与径向碳纤维丝束进行编织，形成纵横交错的结构，使得碳纤维波导在三维方向的纤维互相勾连，不再仅是平面方向的铺叠，也为下一步的缝制奠定了基础，并使得波导基本体能够一体成型；
步骤S2：将异型结构织物缝制在波导基本体1的波导壁上，制成波导预制体2；通过异型结构织物缝制在波导基本体的波导壁上，可以进行带嵌入物的制件成型，碳纤维波导腔内的金属匹配块，金属匹配块为铜材料，可在预制体的编织过程中一并嵌人预制体内相应的位置，波导预制体在后续的操作过程中不会发生错位和损伤，可以显著改善固化后碳纤维波导的耐久性和损伤容限；
步骤S3：将波导预制体2置于成型模具中，后安装在RTM设备上；采用成型模具的液态成型技术，提高了碳纤维波导不同表面的严格尺寸要求，只要模具表面具备足够的光洁度，波导表面的光洁度即能达到极高水平，开模后得到尺寸精确、内外表面光洁的复合材料波导天线；
步骤S4：由RTM机将液态树脂注入到成型模具中浸润波导预制体2；采用液体成型技术将碳纤维波导的预成型体固化成型；液态树脂具体为低粘度(一般＜1.0pa.s)的TDE-85环氧树脂，固化时无低分子物析出、收缩率低。
步骤S5:将液体注射后的成型模具进行加热固化处理，后冷却，打开成型模具，制得波导天线3；具体的加热温度逐渐递增，总共加热6小时，具体的为：80℃加热1h、升温至110℃加热1h、再升温至140℃加热1h、继续升温至170℃加热1h、最后升温至200℃加热2h，进行固化，后冷却至室温。
步骤S6:对步骤S5制得的波导天线进行金属化处理。采用现有技术中的金属化处理即可，因固化处理后的波导天线表面的光洁度与平整度已经得到了保证，因此，金属化的平面度也可以得到极大的提高；经平面度测试，脊波导四个辐射口面的平均平面度为0.433，直缝辐射口面的平面度为0.413，相较未使用前平面度普遍在0.6-0.7之间，平面度得到了很大提高。
通过编织、铺缝、成型模具、液液态成型技术，不仅增加了波导纤维的密实度，更是提高了波导天线整体刚性及平面度。
实施例二：
如图2所示，在实施例一的基础上，所述步骤S1中通过编织机4进行编织。编织机可选用现有技术中的编织机。
具体的，碳纤维波导体基本体的编织是通过编织机4将纤维丝束41通过导丝器42在波导型模板43上编织碳纤维波导基本体。为了增强波导体轴向腔体的刚强度，在编织机上增加轴向丝束44导入编织体中，轴向丝束与径向丝束交叉形成三维立体结构，并通过收拉装置45来控制波导编织体的长度尺寸。
编织获得的波导基本体1为两端开口、轴向贯穿的空腔结构，
如图3所示，在编织好的碳纤维波导基本体的一侧波导壁11上，通过铺缝机将筋肋12用针织线13缝制在波导壁11上，制成波导预制体2。
本实施例中的异型结构织物如筋肋、凸台、金属匹配块等；
相较于现有中通过叠加多层碳纤维层，相邻碳纤维层之间不具有勾连，本实施例通过缝制进一步增加了异型结构织物与波导基本体1连接的可靠性。
实施例三：
如图4、图5所示，在实施例二的基础上，所述步骤S3中的成型模具5包括外模51、内模52，外模51上具有进料口和出料口。
其中，所述外模51包括上模511、下模512，上模511和下模512均为一面开口的矩形盒装结构，上模511和下模512通过螺栓固定形成内部为空的矩形体，上模511具有进料口、下模512具有出料口。
将波导预制体2置于成型模具5中的具体步骤为：先将内模52置于波导预制体2内部，再将波导预制体2放入下模512内，最后将上模511合在下模512上，用螺栓紧固。
如图6所示，所述步骤S4的具体步骤为：将低粘度的液态树脂注入倒入RTM机6的树脂罐61中；用真空脱泡树脂管路62对树脂罐61内树脂进行真空脱泡处理，负压达到-0.096MPa；开启RTM机6通过加压树脂管路63对树脂罐61进行加压，调整压力调节器64来控制注射压力，将树脂从成型模具5的进料口压入，并通过真空泵65辅助将树脂从成型模具的出料口吸出多余树脂并进入树脂收集器66中，完成RTM液体成型。将液体注射后的成型模具放入烘箱中进行加热固化处理，后冷却至室温，打开外模51，抽出内模52，制得波导天线3。
以上实施例仅用以说明本方法的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本方法进行了详细的说明，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方法各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种编织碳纤维波导预制体液体成型方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1:将轴向碳纤维丝束与径向碳纤维丝束编织成三维的波导基本体；
步骤S2：将异型结构织物缝制在波导基本体的波导壁上，制成波导预制体；
步骤S3：将波导预制体置于成型模具中，后安装在RTM设备上；
步骤S4：由RTM机将液态树脂注入到成型模具中浸润波导预制体；
步骤S5:将液体注射后的成型模具进行加热固化处理，后冷却，打开成型模具，制得波导天线。
2.根据权利要求1所述的一种编织碳纤维波导预制体液体成型方法，其特征在于，所述步骤S1中通过编织机进行编织。
3.根据权利要求1所述的一种编织碳纤维波导预制体液体成型方法，其特征在于，所述步骤S1中的波导基本体为两端开口、轴向贯穿的空腔结构。
4.根据权利要求1所述的一种编织碳纤维波导预制体液体成型方法，其特征在于，所述步骤S2中通过铺缝机进行缝制。
5.根据权利要求1所述的一种编织碳纤维波导预制体液体成型方法，其特征在于，所述步骤S3中的成型模具包括外模、内模，外模上具有进料口和出料口。
6.根据权利要求5所述的一种编织碳纤维波导预制体液体成型方法，其特征在于，所述外模包括上模、下模，上模和下模均为一面开口的矩形盒装结构，上模和下模通过螺栓固定形成内部为空的矩形体。
7.根据权利要求6所述的一种编织碳纤维波导预制体液体成型方法，其特征在于，将波导预制体置于成型模具中的具体步骤为：先将内模置于波导预制体内部，再将波导预制体放入下模内，最后将上模合在下模上，用螺栓紧固。
8.根据权利要求1所述的一种编织碳纤维波导预制体液体成型方法，其特征在于，所述步骤S4的具体步骤为：将树脂倒入RTM机的树脂罐中；用真空脱泡树脂管路对树脂罐内树脂进行脱泡处理；开启RTM机通过加压树脂管路对树脂罐进行加压，调整压力调节器来控制注射压力，将树脂从成型模具的进料口压入，并通过真空泵将树脂从成型模具的出料口吸出多余树脂并进入树脂收集器中，完成RTM液体成型。
9.根据权利要求5所述的一种编织碳纤维波导预制体液体成型方法，其特征在于，所述步骤S5的具体步骤为：将液体注射后的成型模具放入烘箱中进行加热固化处理，后冷却至室温，打开外模，抽出内模，制得波导天线。
10.根据权利要求1所述的一种编织碳纤维波导预制体液体成型方法，其特征在于，还包括步骤S6:对S5制得的波导天线进行金属化处理。
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