CN112060403A - 一种复合材料预制体的制作方法 - Google Patents
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Abstract
一种复合材料预制体的制作方法，包括以下步骤：干纤维稳定化处理：对干纤维织物进行稳定化处理；RTM结构铺层展开：将RTM预制体零件展开行成2D平面图形，将干纤维织物下料到2D平面图形的RTM预制体零件上形成2D料片；2D料片固化：按照复合材料的铺叠顺序将2D料片整理成组，将成组的2D料片固化；3D预制体压实：将固化后的2D料片组装成3D预制体并压实，制作形成RTM预制体，针对树脂转移模塑成型编织复合材料增强材料预制体制备存在的不足，将RTM预制体零件展开到2D平面，然后固化到3D预制体压实的，使得RTM法成型的复合材料零件结构稳定性对比现有技术更好。
Description
技术领域
本发明涉及复合材料液体成型领域，特别涉及一种复合材料预制体的制作方法。
背景技术
复合材料（CompositeMaterials）是由两种或两种以上不同性能、不同形态的材料，通过复合工艺组合而成的新型材料。复合材料既能保持原材料的主要性能，又能通过复合效应与协同效应获得单一原材料不具备的性能，克服单一材料的缺点，从而满足各种不同的需求。
复合材料的用量已成为衡量军用装备先进性的重要标志。复合材料的兴起丰富了现代材料家族。尤其是具备高强度、高模量、低比重碳纤维增强复合材料的出现，使其成为各类军民装备重要的候选材料之一。美国国防部在2025年国防材料发展预测中提到，只有复合材料能够将强度、模量和耐高温的指标在现有基础上同时提高25%以上。复合材料正成为航空以及国防装备的关键材料。
国际先进军民用飞机中，复合材料用量持续增长。主要应用复合材料的部位包括整流罩、平尾、垂尾、平尾翼盒、机翼、中前机身等。F-22战机与空客A380飞机的复合材料用量在20%-25%之间，而波音B787与空客A350的复合材料用量将突破50%，超越铝合金成为用量最大的材料。飞机正进入复合材料时代。
复合材料因具有高比强度、高比刚度、抗疲劳、耐腐蚀等特性，广泛应用于航空、航天、高铁、汽车等领域。在复合材料各类成型工艺当中，RTM成型工艺具有操作简单、成型制品修整量小、生产成本低廉等优点，因此被广泛应用于各类复合材料制品的成型加工之中。
树脂传递模塑法（Resin Transfer Mouldin，RTM），是在一定的压力下将一定配比的树脂和固化剂的混合物输送到预先放好的纤维增强材料的闭合模具当中，浸渍模具中的增强材料预制体，浸渍完成后，在一定的固化温度下固化，固化完全后进行脱模，最后得到质量良好的复合材料成型制品。该项技术可不用预浸料、热压罐，有效地降低设备成本、成型成本。该项技术近年来发展很快，在飞机工业、汽车工业、舰船工业等领域应用日广，并研究发展出RFI、VARTM、SCRIMP、SPRINT等多种分支，满足不同领域的应用需求。
但是RTM法成型的复合材料零件结构复杂，编制和缝纫技术难度高，有的结构交织点太少，结构稳定性不好，导致在树脂注射时易受压力产生冲刷变形，从而出现成型后RTM零件结构变形现象，导致零件报废。
发明内容
本发明的目的在于：提供了一种复合材料预制体的制作方法，针对树脂转移模塑成型编织复合材料增强材料预制体制备存在的不足，提出一种预先稳定干纤维织物，将RTM预制体零件展开到2D平面，然后固化到3D预制体压实的复合材料RTM预制体的成型方法，解决了RTM法成型的复合材料零件结构稳定性不好的缺点。
本发明采用的技术方案如下：
一种复合材料预制体的制作方法，包括以下步骤：
干纤维稳定化处理：对干纤维织物进行稳定化处理；
RTM结构铺层展开：将RTM预制体零件展开行成2D平面图形，将干纤维织物下料到2D平面图形的RTM预制体零件上形成2D料片；
2D料片固化：按照复合材料的铺叠顺序将2D料片整理成组，将成组的2D料片固化；
3D预制体压实：将固化后的2D料片组装成3D预制体并压实，制作形成RTM预制体。
为了更好地实现本方案，进一步地，所述干纤维稳定化处理步骤中使用上下面自加热设备对干纤维织物进行稳定化处理。
为了更好地实现本方案，进一步地，所述干纤维稳定化处理步骤中，稳定化处理的温度为120℃-180℃，稳定化处理时的压力保持在3±0.5bar。-
为了更好地实现本方案，进一步地，所述RTM结构铺层展开步骤中，使用自动下料机对稳定化处理的干纤维织物下料，并标记。
为了更好地实现本方案，进一步地，所述2D料片固化步骤中，按照复合材料的铺叠顺序将2D料片整理成组后，将成组的2D料片放置在平板工装上放入烘箱中进行固化。
为了更好地实现本方案，进一步地，所述固化参数为温度165℃±10℃，时间55-150min，并保证100%真空。
为了更好地实现本方案，进一步地，所述3D预制体压实步骤中，将固化后的2D料片按顺序在3D预成型工装中进行组装成3D预制体压实，然后脱模形成RTM预制体。
为了更好地实现本方案，进一步地，所述3D预制体压实步骤中，压实参数为温度160℃-175℃，时间30-60min，并保证100%真空。
本方案中主要是针对RTM法成型复合材料时，由于RTM法成型的复合材料零件结构复杂，编制和缝纫技术难度高，有的结构交织点太少，结构稳定性不好，导致在树脂注射时易受压力产生冲刷变形，从而出现成型后RTM零件结构变形现象，导致零件报废的问题。在现有的RTM法中，是直接对复合材料的零件结构进行编制和缝纫的，这种直接制作的形式在RTM法这种液体成型成固体时，会导致液体在定型时变形，本方案中将液体的RTM预制体零件由3D展开成2D平面图形，然后再使用干纤维织物下料到2D平面图形上，这样使得整个RTM预制体在2D平面上制成了平面形状的2D料片，在2D平面上对2D料片施压并压实更简单，最后再将2D平面图形组装成3D预制体，组装后再次进行压实，由于前期制作2D平面图形时已经进行了压实，这时候的压实相比较传统的RTM法直接压实就不需要那么长的时间，仅需要30-60min，并且该步骤制成的3D的RTM预制体由于不是直接进行编制和缝纫的，不会产生现有RTM法成型技术中树脂注射时易受压力产生冲刷变形的的问题，成型后的RTM预制体零件结构更稳定。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
1.本发明所述的一种复合材料预制体的制作方法，针对树脂转移模塑成型编织复合材料增强材料预制体制备存在的不足，提出一种预先稳定干纤维织物，将RTM预制体零件展开到2D平面，然后固化到3D预制体压实的复合材料RTM预制体的成型方法，使得RTM法成型的复合材料零件结构稳定性对比现有技术更好；
2.本发明所述的一种复合材料预制体的制作方法，针对树脂转移模塑成型编织复合材料增强材料预制体制备存在的不足，提出一种预先稳定干纤维织物，将RTM预制体零件展开到2D平面，然后固化到3D预制体压实的复合材料RTM预制体的成型方法，方法简单，实操性高。
附图说明
为了更清楚地说明本技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，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相关的附图，其中：
图1是本发明的干纤维织物材料稳定化处理示意图；
图2是本发明的制备流程图；
图中，1-干纤维织物，2-加热装置，3-加压装置，4-冷却装置。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，应当理解，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例，因此不应被看作是对保护范围的限定。基于本发明中的实施例，本领域普通技术工作人员在没有做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。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；也可以是直接相连，也可以是通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面结合图1至图2对本发明作详细说明。
实施例1
一种复合材料预制体的制作方法，如图2，包括以下步骤：
干纤维稳定化处理：对干纤维织物进行稳定化处理；
RTM结构铺层展开：将RTM预制体零件展开行成2D平面图形，将干纤维织物下料到2D平面图形的RTM预制体零件上形成2D料片；
2D料片固化：按照复合材料的铺叠顺序将2D料片整理成组，将成组的2D料片固化；
3D预制体压实：将固化后的2D料片组装成3D预制体并压实，制作形成RTM预制体。
工作原理：本方案中主要是针对RTM法成型复合材料时，由于RTM法成型的复合材料零件结构复杂，编制和缝纫技术难度高，有的结构交织点太少，结构稳定性不好，导致在树脂注射时易受压力产生冲刷变形，从而出现成型后RTM零件结构变形现象，导致零件报废的问题。在现有的RTM法中，是直接对复合材料的零件结构进行编制和缝纫的，这种直接制作的形式在RTM法这种液体成型成固体时，会导致液体在定型时变形，本方案中将液体的RTM预制体零件由3D展开成2D平面图形，然后再使用干纤维织物下料到2D平面图形上，这样使得整个RTM预制体在2D平面上制成了平面形状的2D料片，在2D平面上对2D料片施压并压实更简单，最后再将2D平面图形组装成3D预制体，组装后再次进行压实，由于前期制作2D平面图形时已经进行了压实，这时候的压实相比较传统的RTM法直接压实就不需要那么长的时间，并且该步骤制成的3D的RTM预制体由于不是直接进行编制和缝纫的，不会产生现有RTM法成型技术中树脂注射时易受压力产生冲刷变形的的问题，成型后的RTM预制体零件结构更稳定。
实施例2
一种复合材料预制体的制作方法，如图2，包括以下步骤：
干纤维稳定化处理：使用上下面自加热设备对干纤维织物进行稳定化处理，稳定化处理的温度为120℃-180℃，稳定化处理时的压力保持在3±0.5bar；如图1，将干纤维织物1送入上下面加热-加压-冷却设备中，通过上下面的加热装置2对干纤维织物1进行加热，通过加压装置3对干纤维织物1加压，完成加热加压的稳定化处理后，干纤维织物1通过冷却装置4冷却，通过传送带传送出设备，完成干纤维织物1的稳定化处理。
RTM结构铺层展开：将RTM预制体零件展开行成2D平面图形，使用自动下料机将干纤维织物下料到2D平面图形的RTM预制体零件上形成2D料片，并标记；
2D料片固化：按照复合材料的铺叠顺序将2D料片整理成组后，将成组的2D料片放置在平板工装上放入烘箱中进行固化，固化参数为温度165℃±10℃，时间55-150min，并保证100%真空；
3D预制体压实：将固化后的2D料片按顺序在3D预成型工装中进行组装成3D预制体压实，然后脱模形成RTM预制体；压实参数为温度160℃-175℃，时间30-60min，并保证100%真空。
工作原理：本方案中主要是针对RTM法成型复合材料时，由于RTM法成型的复合材料零件结构复杂，编制和缝纫技术难度高，有的结构交织点太少，结构稳定性不好，导致在树脂注射时易受压力产生冲刷变形，从而出现成型后RTM零件结构变形现象，导致零件报废的问题。在现有的RTM法中，是直接对复合材料的零件结构进行编制和缝纫的，这种直接制作的形式在RTM法这种液体成型成固体时，会导致液体在定型时变形，本方案中将液体的RTM预制体零件由3D展开成2D平面图形，然后再使用干纤维织物下料到2D平面图形上，这样使得整个RTM预制体在2D平面上制成了平面形状的2D料片，在2D平面上对2D料片施压并压实更简单，并且2D平面上的压实对复合材料的形状影响较少，并且没有影响后续
最后再将2D平面图形组装成3D预制体，组装后再次进行压实，由于前期在2D料片固化步骤中制作2D平面图形时已经进行了55-150min的压实，相比较传统的RTM法直接压实就不需要那么长的时间，仅需要30-60min，并且该步骤制成的3D的RTM预制体由于不是直接进行编制和缝纫的，不会产生现有RTM法成型技术中树脂注射时易受压力产生冲刷变形的的问题，成型后的RTM预制体零件结构更稳定。
本实施例的其他部分与上述实施例1相同，故不再赘述。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种复合材料预制体的制作方法，其特征在于：包括以下步骤：
干纤维稳定化处理：对干纤维织物进行稳定化处理；
RTM结构铺层展开：将RTM预制体零件展开行成2D平面图形，将干纤维织物下料到2D平面图形的RTM预制体零件上形成2D料片；
2D料片固化：按照复合材料的铺叠顺序将2D料片整理成组，将成组的2D料片固化；
3D预制体压实：将固化后的2D料片组装成3D预制体并压实，制作形成RTM预制体。
2.根据权利要求1所述的一种复合材料预制体的制作方法，其特征在于：所述干纤维稳定化处理步骤中使用上下面自加热设备对干纤维织物进行稳定化处理。
3.根据权利要求1或2所述的一种复合材料预制体的制作方法，其特征在于：所述干纤维稳定化处理步骤中，稳定化处理的温度为120℃-180℃，稳定化处理时的压力保持在3±0.5bar。
4.根据权利要求1所述的一种复合材料预制体的制作方法，其特征在于：所述RTM结构铺层展开步骤中，使用自动下料机对稳定化处理的干纤维织物下料，并标记。
5.根据权利要求1所述的一种复合材料预制体的制作方法，其特征在于：所述2D料片固化步骤中，按照复合材料的铺叠顺序将2D料片整理成组后，将成组的2D料片放置在平板工装上放入烘箱中进行固化。
6.根据权利要求1或5所述的一种复合材料预制体的制作方法，其特征在于：所述固化参数为温度165℃±10℃，时间55-150min，并保证100%真空。
7.根据权利要求1所述的一种复合材料预制体的制作方法，其特征在于：所述3D预制体压实步骤中，将固化后的2D料片按顺序在3D预成型工装中进行组装成3D预制体压实，然后脱模形成RTM预制体。
8.根据权利要求1或7所述的一种复合材料预制体的制作方法，其特征在于：所述3D预制体压实步骤中，压实参数为温度160℃-175℃，时间30-60min，并保证100%真空。
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| CN109963971A (zh) * | 2017-01-17 | 2019-07-02 | 麦尔斯股份公司 | 具有编织结构的制品及其实现方法 |
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