CN112140583A - 复合材料零件制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种复合材料零件制造方法，属于复合材料零件制造领域，包括步骤：将浸胶后的碳纤维层层叠铺覆在模具上；在层叠铺覆的所述碳纤维层的外表面上铺设辅助材料层；在所述辅助材料层的外表面铺设密封袋，并将所述密封袋的边缘与所述模具密封连接，所述密封袋和所述模具之间形成腔体；通过所述密封袋上的负压抽吸口对所述腔体进行抽真空，直至每层所述碳纤维层之间都相互压紧；依次进行固化、拆模和后处理作业，获得复合材料零件。本发明提供的复合材料零件制造方法，无需在真空环境下使碳纤维层逐渐浸润，无需使用喷胶材料，避免碳纤维层浸润不彻底以及层与层之间粘接力差的问题。改善了复合材料零件的性能和质量，降低零件返修率。

Description

复合材料零件制造方法
技术领域
本发明属于复合材料零件制造技术领域，更具体地说，是涉及一种复合材料零件制造方法。
背景技术
复合材料热稳定性好，比强度、比刚度高，在飞机机翼和前机身的制造方面应用广泛。现有技术中，复合材料可通过手糊工艺成型，虽然这种工艺操作过程简单、步骤少，但是碳纤维层与层之间孔隙率高，粘接力差，导致复合材料整体力学性能差。还有一种方法，是通过真空导入工艺成型，这种工艺的一般过程是先使用不浸胶的碳纤维一层一层往上叠加，形成预制件，然后再通过辅助材料制作真空密闭环境和树脂流道，利用真空吸力使树脂浸润碳纤维之间的空隙。这种真空导入的工艺对于结构和形状复杂的零件，往上叠加不浸胶的碳纤维时，要使用喷胶材料固定碳纤维，而喷胶材料会阻碍环氧树脂与碳纤维表面结合，碳纤维浸润效果变差，层与层之间粘接力变差；另外，对于有夹心材料的复合材料零件或很薄的复合材料零件，预制件流道少，阻力大，容易造成碳纤维浸润不透，造成制件报废或性能较差。
发明内容
本发明的目的在于提供一种复合材料零件制造方法，旨在解决现有的真空导入工艺碳纤维浸润效果差，层与层之间粘接力较差的问题。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：提供一种复合材料零件制造方法，包括如下步骤：
将浸胶后的碳纤维层层叠铺覆在模具上；
在层叠铺覆的所述碳纤维层的外表面上铺设辅助材料层；
在所述辅助材料层的外表面铺设密封袋，并将所述密封袋的边缘与所述模具密封连接，所述密封袋和所述模具之间形成腔体；
通过所述密封袋上的负压抽吸口对所述腔体进行抽真空，直至每层所述碳纤维层之间都相互压紧；
依次进行固化、拆模和后处理作业，获得复合材料零件。
作为本申请另一实施例，进行所述固化之前还包括：
将处于真空密封状态下的所述密封袋进行加压，以辅助所述碳纤维层之间的压紧结合。
作为本申请另一实施例，所述加压的压力为0.3Mpa-0.6Mpa。
作为本申请另一实施例，所述铺设辅助材料层具体包括：
在层叠铺覆的所述碳纤维层的外表面上由内向外逐层铺设脱模布、隔离膜和吸胶布。
作为本申请另一实施例，所述隔离膜为具有孔隙的塑料膜。
作为本申请另一实施例，所述将浸胶后的碳纤维层层叠铺覆在模具上，之后还包括：
刮除多余胶液。
作为本申请另一实施例，所述将浸胶后的碳纤维层层叠铺覆在模具上，还包括：
在相邻的所述碳纤维层之间夹设夹心材料层。
作为本申请另一实施例，所述将浸胶后的碳纤维层层叠铺覆在模具上，之前还包括：
清理所述模具的表面；
在所述模具表面涂刷脱模剂。
作为本申请另一实施例，所述固化具体包括：
将处于真空状态下的多层所述碳纤维层放入70℃-100℃的环境中，保温时间1.5h-3h；
使多层所述碳纤维层的温度下降至40℃以下。
作为本申请另一实施例，浸渍所述碳纤维层所使用的胶液为环氧树脂胶，粘度为500Pa·s-1200mPa·s。
本发明提供的复合材料零件制造方法的有益效果在于：与现有技术相比，本发明复合材料零件制造方法，将碳纤维层先浸渍胶液，再层叠铺设，并在真空环境下利用真空压力使碳纤维层层层压紧，无需在真空环境下使碳纤维层逐渐浸润，无需使用喷胶材料，避免了碳纤维层浸润不彻底的问题，有效避免了层与层之间粘接力差的问题，改善了复合材料零件的性能和质量，降低零件返修率；同时，对于预先浸润而产生的多余胶液，可通过辅助材料层进行吸收，避免胶液过多对复合材料的性能产生影响。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中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为本发明实施例采用的碳纤维层、辅助材料层、模具和密封袋的装配结构示意图；
图2为图1的局部放大图。
图中：1、碳纤维层；2、模具；3、密封袋；4、负压抽吸口；5、脱模布；6、隔离膜；7、吸胶布；8、密封条。
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
请一并参阅图1及图2，现对本发明提供的复合材料零件制造方法进行说明。所述复合材料零件制造方法，包括如下步骤：
将浸胶后的碳纤维层1层叠铺覆在模具2上；
在层叠铺覆的碳纤维层1的外表面上铺设辅助材料层；
在辅助材料层的外表面铺设密封袋3，并将密封袋3的边缘与模具密封连接，密封袋3和模具2之间形成腔体；
通过密封袋3上的负压抽吸口4对腔体进行抽真空，直至每层碳纤维层1之间都相互压紧；
依次进行固化、拆模和后处理作业，获得复合材料零件。
其中，负压抽吸口4与外界真空管路连接。
本发明提供的复合材料零件制造方法，与现有技术相比，将碳纤维层1先浸渍胶液，再层叠铺设，并在真空环境下利用真空压力使碳纤维层1层层压紧，无需在真空环境下使碳纤维层1逐渐浸润，无需使用喷胶材料，避免了碳纤维层1浸润不彻底的问题，有效避免了层与层之间粘接力差的问题，改善了复合材料零件的性能和质量，降低零件返修率；同时，对于预先浸润而产生的多余胶液，可通过辅助材料层进行吸收，避免胶液过多对复合材料的性能产生影响。
另外，本发明的方法特别适合用于形状复杂、厚度偏薄的复合材料制件，例如自转旋翼机、汽车等领域的复合材料零件。
作为本发明实施例的一种具体实施方式，浸渍碳纤维层1所使用的胶液为环氧树脂胶，粘度为500Pa·s-1200mPa·s。环氧树脂胶粘度设置合理，使得碳纤维层1更加容易被浸润，同时也方便后续的粘接、固化。
具体地，密封袋3为硅胶密封袋，柔软且不易起褶，有利于保持碳纤维层的平整性。
具体地，根据一般的生产需求，在模具2上逐层铺设3-5层碳纤维层1即可。
作为本发明提供的复合材料零件制造方法的一种具体实施方式，密封袋3与模具2之间通过密封条8进行密封。具体地，密封条8可以是具有粘性的密封条，通过粘接的方式实现密封袋3与模具的密封；或者，可以在模具上开设凹槽，通过密封条8将密封袋3的边缘卡入凹槽内也能够达到密封的效果。
作为本发明提供的复合材料零件制造方法的一种具体实施方式，参阅图1，负压抽吸口4设于密封袋3的中部，使得密封袋3在真空状态下能配合模具2对碳纤维层1均匀施压。
具体地，为了对碳纤维层1进行有效压紧，腔体内的真空度需要保持于-90Kpa以下。
作为本发明提供的复合材料零件制造方法的一种具体实施方式，进行固化之前还包括：将处于真空密封状态下的密封袋3进行加压，以辅助碳纤维层1之间的压紧结合。
这一步骤实际上是使正处于真空压紧状态下的碳纤维层1在外界的压力下更进一步的被压紧，使得碳纤维层1之间的结合更好，孔隙更少，进而提高复合材料零件的性能。
作为本发明实施例的一种具体实施方式，为了更好的压紧碳纤维层1，加压的压力为0.3Mpa-0.6Mpa。
具体地，上述通过外加压力对碳纤维层1进行辅助压紧的操作可在压力罐中进行。
作为本发明实施例的一种具体实施方式，参阅图1及图2，铺设辅助材料层具体包括：在层叠铺覆的碳纤维层的外表面上由内向外逐层铺设脱模布5、隔离膜6和吸胶布7。
其中，脱模布5用于防止碳纤维层1在固化后与其他辅助材料层或密封袋3粘在一起难以分离，同时，多余的胶液能透过脱模布5向外渗透；隔离膜6的作用主要有两个，其一是防止脱模布5和吸胶布7粘在一起难以分离，其二是能够使脱模布5渗透而来的胶液起到导向作用，使得胶液能够在真空作用下缓缓流向吸胶布7；吸胶布7的作用主要是吸收多余的胶液。
作为本发明实施例的一种具体实施方式，隔离膜6为具有孔隙的塑料膜。塑料材质能在拆模后使脱模布5和吸胶布7更加顺畅的分离，同时，其上的孔隙也能够对胶液起到良好的渗透导向作用。
作为本发明实施例的一种具体实施方式，隔离膜6为半透膜，半透膜透气且不透胶液。半透膜能够透过气体，但是会阻隔胶液，在真空环境下，当胶液受压后，其中的气泡逐渐破裂，气体逸出，溢出的气体透过隔离膜6，最终可被抽吸出腔体，减少胶液中的气泡，最终降低固化后复合材料零件的孔隙率，提高复合材料零件的力学性能。
作为本发明实施例的一种具体实施方式，将浸胶后的碳纤维层1层叠铺覆在模具2上，之后还包括：刮除多余胶液。在铺设密封袋2之前预先刮除胶液的操作，能够优先取出大部分多余胶液，防止真空状态下，吸胶布不能充分吸收多余胶液的问题发生。
作为本发明实施例的一种具体实施方式，将浸胶后的碳纤维层1层叠铺覆在模具上，还包括：在相邻的碳纤维层1之间夹设夹心材料层。夹心材料层和碳纤维层1是根据层间关系逐层铺设的，夹心材料层为轻质的夹芯材料，主要根据零件所需性能添加。
作为本发明实施例的一种具体实施方式，将浸胶后的碳纤维层1层叠铺覆在模具上，之前还包括：
清理模具2的表面；
在模具2表面涂刷脱模剂。
清理模具2主要是为了防止固化后的复合材料外表面受到污染；为了保证脱模的可靠性，涂刷脱模剂的次数为2-3次。
作为本发明实施例的一种具体实施方式，固化具体包括：
将处于真空状态下的多层碳纤维层1放入70℃-100℃的环境中，保温时间1.5h-3h；
使多层碳纤维层1的温度下降至40℃以下。
根据飞机所需的复合材料的性能，在上述温度下保持一定的时间能够使多层碳纤维材料得到更好的固化，固化完成后，降温到40℃以下才能够拆模。
作为本发明实施例的一种具体实施方式，后处理作业具体包括：依次进行切边、制孔和表面喷漆，即可获得所需的复合材料零件。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.复合材料零件制造方法，其特征在于，包括如下步骤：
将浸胶后的碳纤维层层叠铺覆在模具上；
在层叠铺覆的所述碳纤维层的外表面上铺设辅助材料层；
在所述辅助材料层的外表面铺设密封袋，并将所述密封袋的边缘与所述模具密封连接，所述密封袋和所述模具之间形成腔体；
通过所述密封袋上的负压抽吸口对所述腔体进行抽真空，直至每层所述碳纤维层之间都相互压紧；
依次进行固化、拆模和后处理作业，获得复合材料零件。
2.如权利要求1所述的复合材料零件制造方法，其特征在于，进行所述固化之前还包括：
将处于真空密封状态下的所述密封袋进行加压，以辅助所述碳纤维层之间的压紧结合。
3.如权利要求2所述的复合材料零件制造方法，其特征在于，所述加压的压力为0.3Mpa-0.6Mpa。
4.如权利要求1所述的复合材料零件制造方法，其特征在于，所述铺设辅助材料层具体包括：
在层叠铺覆的所述碳纤维层的外表面上由内向外逐层铺设脱模布、隔离膜和吸胶布。
5.如权利要求4所述的复合材料零件制造方法，其特征在于，所述隔离膜为具有孔隙的塑料膜；或者，所述隔离膜为半透膜，所述半透膜透气且不透胶液。
6.如权利要求1所述的复合材料零件制造方法，其特征在于，所述将浸胶后的碳纤维层层叠铺覆在模具上，之后还包括：
刮除多余胶液。
7.如权利要求1所述的复合材料零件制造方法，其特征在于，所述将浸胶后的碳纤维层层叠铺覆在模具上，还包括：
在相邻的所述碳纤维层之间夹设夹心材料层。
8.如权利要求1所述的复合材料零件制造方法，其特征在于，所述将浸胶后的碳纤维层层叠铺覆在模具上，之前还包括：
清理所述模具的表面；
在所述模具表面涂刷脱模剂。
9.如权利要求1所述的复合材料零件制造方法，其特征在于，所述固化具体包括：
将处于真空状态下的多层所述碳纤维层放入70℃-100℃的环境中，保温时间1.5h-3h；
使多层所述碳纤维层的温度下降至40℃以下。
10.如权利要求1所述的复合材料零件制造方法，其特征在于，浸渍所述碳纤维层所使用的胶液为环氧树脂胶，粘度为500Pa·s-1200mPa·s。
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