CN112265288A - 单面加筋结构碳纤维复合材料板的制备方法 - Google Patents

单面加筋结构碳纤维复合材料板的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种单面加筋结构碳纤维复合材料盖板的制备方法，包括以下步骤：步骤S1、设计加强筋成型工装，所述加强筋成型工装包括：组成筋槽小块、连接底板、加强筋牵引装置，筋槽处圆角、筋槽交叉处圆角需根据计算所得设计；步骤S2、在加强筋成型工装上利用牵引装置进行0°缠绕，0°缠绕结束后，进行90°缠绕，并完成相对的90°缠绕成型，实现网格十字交叉缠绕；步骤S3、加强筋固化成型：加强筋缠绕完成后，进固化炉固化；步骤S4、板主体铺放；步骤S5、板主体固化；步骤S6、打磨加强筋与板主体对接平面。步骤S7、加强筋与板主体共固化。采用该方法能够确保单面加筋结构碳纤维复合材料盖板性能、尺寸稳定，满足设计使用要求。

Description

单面加筋结构碳纤维复合材料板的制备方法
技术领域
本发明涉及卫星结构技术领域，特别涉及单面加筋结构碳纤维复合材料板的制备方法。
背景技术
复合材料时由两种或两种以上物理和化学性质不同的物质组成的一种多相固体材料。它既能保留原组成材料的主要特色，也能通过材料设计使各组分的性能相互补充并彼此联系，从而获得新的优越性能。一般把可用于主承力结构和次承力结构、刚度和强度相当于或者超过铝合金的复合材料称为先进复合材料，碳纤维增强树脂基复合材料是目前应用最多的先进复合材料；
在航空航天领域，轻而强、轻而坚的材料对于飞行器和航天器有着重要意义。在飞行器和航天器上，当机体的质量增大时，需要大功率的发动机，因此发动机的质量及燃料的质量也增大，同时燃料的存储装置也会增大，机体的质量变化会导致一系列连锁反应。将比强度及比模量高的复合材料用于飞行器和航天器上，可以大大减轻机体质量，节约能源，节省材料，使成本大大降低。
碳纤维复合材料板是一种在航空航天领域常见的结构，由于复合材料成型工艺特性，传统的方式很容易导致该种结构的外型形变，从而导致产品缺陷甚至于报废。
发明内容
本发明要解决现有技术中的复合材料成型工艺制成的碳纤维复合材料板，很容易导致结构的外型形变，从而导致产品缺陷甚至于报废的技术问题，提供单面加筋结构碳纤维复合材料板的制备方法。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案具体如下：
为实现上述目的，本发明提供的单面加筋结构碳纤维复合材料板的制备方法，具体包括以下步骤：
步骤S1、加强筋成型工装的准备：设计加强筋缠绕成型工装，所述加强筋成型工装包括组成筋槽小块、连接底板、加强筋牵引装置，筋槽本身需设置较大圆角，所述的牵引装置为固定于底板每条加强筋筋槽轴向方向的一处装置，起固定纤维和提供纤维张力的作用，缠绕过程可通过手工进行或缠绕机转动实现；
步骤S2、加强筋成型：在加强筋缠绕成型工装的筋槽处铺放一层绢布，将浸胶的碳纤维(纱束)通过在加强筋成型工装上进行缠绕成型，0°和90°交错缠绕。加强筋缠绕过程中需注意是否有纤维架空现象；
步骤S3、加强筋固化：采用压机加压固化，固化温度150℃～190℃，固化时间2h～3h；
步骤S4、盖板主体铺放：使用预浸料铺放板主体，铺放过程铺层保证对称铺层前提按实际使用需求设计各方向铺层比例；铺层可根据板厚度，板使用情况及承力刚度强度需求以及预浸料厚度等因素设计；
步骤S5、盖板主体固化：使用平面度较高的钢板对预紧料加压进烘箱固化。加压可使用压机，压机压力根据板厚度与面积计算考虑；固化温度150℃～190℃，固化时间2h～3h；
步骤S6、打磨加强筋与盖板主体对接平面：加强筋与盖板主体侧平面修补打磨：打磨过程中应尽可能减少对纤维损伤，使用胶粘剂对凹陷处进行补平处理，胶粘剂固化后进行打磨，打磨至表面无明显错台、凸起、凹陷即可；
步骤S7、整体固化：将加强筋与板主体胶接在一起后整体进行共固化，固化温度室温固化，固化时间24h～48h；
作为本发明的优选，步骤S2中，浸胶的碳纤维(纱束)是指浸过缠绕胶的碳纤维(纱束)；所述的缠绕胶主体为氰酸脂树脂
作为本发明的优选，步骤S3中，以压机加压方式完成固化，固化温度150℃～190℃，固化时间2h～3h；
作为本发明的进一步优选，步骤S4中，铺放板主体采用的铺层为准各向同性对称铺层；
作为本发明的进一步优选，步骤S5中，以压机压钢板方式加压，固化温度150℃～190℃，固化时间2h～3h；。
作为本发明的更进一步优选，步骤S6中，补平处理所用的胶黏剂为J-133，(所述胶粘剂为一种外购中温固化环氧树脂胶)，固化制度为室温固化，试时间24h-48h。
作为本发明的再更进一步优选，步骤S7中，粘贴前需确保粘接平面间隙小于0.1mm。
本发明的优点和积极效果：本发明是在现有的碳纤维复合材料制品制备成型技术基础上进行改进，通过对加强筋成型工装的设计、单面加筋结构碳纤维复合材料板成型工艺的改进，确保了制品中纤维分布的均匀性以及树脂含量的分布均匀性；通过对加强筋的预固化成型，确保了单面加筋结构碳纤维复合材料板整体平面度需求。通过本发明制备的单面加筋结构碳纤维复合材料板质量稳定、性能满足设计要求。本发明的单面加筋碳纤维复合材料板在使用上，本身需要有足够的刚度以阻碍变形，维持产品尺寸稳定；此外，板自身需要有良好的整体平面度用以满足产品的使用需求。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
图1为本发明的单面加筋结构碳纤维复合材料板的制备方法的加强筋成型工装结构示意图；
图2为本发明的单面加筋结构碳纤维复合材料板的制备方法的筋槽截面的示意图；
图3为本发明的单面加筋结构碳纤维复合材料板的制备方法的牵引装置的结构示意图；
图4为本发明的单面加筋结构碳纤维复合材料板的制备方法的盖板主体的结构示意图；
图5为本发明的单面加筋结构碳纤维复合材料板的制备方法的流程图。
图中的附图标记表示为：
1、筋槽小块；2、连接底板；3、牵引装置；4、绢布；5、盖板主体。
具体实施方式
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，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术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。
请参阅图1-5，实施例1单面加筋结构碳纤维复合材料板的制备方法
参阅图1，本发明提供的单面加筋结构碳纤维复合材料板的制备方法，包括如下步骤：
步骤S1、加强筋成型工装的准备：设计加强筋缠绕成型工装，所述加强筋成型工装包括组成筋槽小块1、连接底板2、加强筋牵引装置3；所述牵引装置3为固定于连接底板2的每条加强筋筋槽轴向方向的一处固定纤维用支耳，支耳在加强筋缠绕过程中固定加强筋碳纤维并提供缠绕所需的张力；筋槽与筋槽交叉设有圆角，圆角需根据计算设计；缠绕过程可通过手工进行或缠绕机转动实现；
步骤S2、加强筋成型：在加强筋缠绕成型工装的筋槽处铺放一层绢布4，将浸胶的碳纤维通过在加强筋成型工装上进行缠绕成型，0°和90°交错缠绕；加强筋缠绕过程中需注意是否有纤维架空现象；
步骤S3、加强筋固化：采用压机加压固化，固化温度150℃～190℃，固化时间2h～3h；
步骤S4、盖板主体5铺放：将连接地板2嵌装在盖板主体5内，使用预浸料铺放盖板主体5，铺放过程铺层保证对称铺层前提按实际使用需求设计各方向铺层比例；铺层可根据板厚度，板使用情况及承力刚度强度需求以及预浸料厚度等因素设计；
步骤S5、盖板主体5固化：使用平面度较高的钢板对预紧料加压进烘箱固化。加压可使用压机，压机压力根据板厚度与面积计算考虑；固化温度150℃～190℃，固化时间2h～3h；
步骤S6、打磨加强筋与盖板主体对接平面：加强筋与盖板主体侧平面修补打磨：打磨过程中应尽可能减少对纤维损伤，使用胶粘剂对凹陷处进行补平处理，胶粘剂固化后进行打磨，打磨至表面无明显错台、凸起、凹陷即可；
步骤S7、整体固化：将加强筋与盖板主体5胶接在一起后整体进行共固化，固化温度室温固化，固化时间24h～48h。
本发明是在现有的碳纤维复合材料制品制备成型技术基础上进行改进，通过对加强筋成型工装的设计、单面加筋结构碳纤维复合材料板成型工艺的改进，确保了制品中纤维分布的均匀性以及树脂含量的分布均匀性；通过对加强筋的预固化成型，确保了单面加筋结构碳纤维复合材料板整体平面度需求。通过本发明制备的单面加筋结构碳纤维复合材料板质量稳定、性能满足设计要求。本发明的单面加筋碳纤维复合材料板在使用上，本身需要有足够的刚度以阻碍变形，维持产品尺寸稳定；此外，板自身需要有良好的整体平面度用以满足产品的使用需求。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (6)

1.一种单面加筋结构碳纤维复合材料盖板的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
步骤S1、加强筋成型工装的准备，所述加强筋成型工装包括筋槽小块(1)、连接底板(2)、加强筋牵引装置(3)；所述筋槽小块(1)为构成工装中每道筋槽的一个个小块；所述的牵引装置(3)为固定于底板(2)每条加强筋筋槽轴向方向的一处固定纤维用支耳，支耳在加强筋缠绕过程中固定加强筋碳纤维并提供缠绕所需的张力；筋槽与筋槽的交叉处设有圆角；所有筋槽小块(1)，牵引装置(3)固定于一整块连接底板(2)上；缠绕过程可通过手工进行或缠绕机转动实现；
步骤S2、加强筋成型：在加强筋缠绕成型工装筋槽处铺放一层绢布(4)，所述绢布(4)用于保持单向纤维在缠绕过程中维持成一整股状态，从而保证加强筋的强度；将浸缠绕胶后的单向纤维通过在加强筋成型工装上进行缠绕成型，本步骤所采用缠绕胶为氰酸脂树脂缠绕胶，加强筋采用0°和90°交错缠绕，缠绕完成后通过所述调节牵引装置调节碳纤维张力；
步骤S3、加强筋固化：采用压机加压固化；
步骤S4、盖板主体(5)蒙皮铺放：盖板主体(5)蒙皮为产品除去加强筋所剩余的部分，使用预浸料铺放盖板主体(5)，连接底板(2)嵌装在盖板主体(5)内；
步骤S5、盖板主体(5)固化：使用平面度小于0.1mm的钢板对预浸料加压进烘箱固化；
步骤S6、打磨加强筋与盖板主体对接平面：使用胶粘剂对凹陷处进行补平处理，胶粘剂固化后进行打磨，打磨至表面无明显错台、凸起、凹陷即可；
步骤S7、整体固化：将加强筋与盖板主体(5)胶接在一起后整体进行共固化。
2.根据权利要求1所述的单面加筋结构碳纤维复合材料盖板的制备方法，其特征在于，步骤S1中加装牵引装置，用于对形成加强筋的纤维提供张力。
3.根据权利要求1所述的单面加筋结构碳纤维复合材料盖板的制备方法，其特征在于，步骤S2中，浸胶的纱条是指浸有缠绕胶的碳纤维；所述缠绕胶为氰酸脂树脂。
4.根据权利要求1所述的单面加筋结构碳纤维复合材料盖板的制备方法，其特征在于，步骤S3中，以压机加压方式完成固化；固化温度150℃～190℃，固化时间2h～3h。
5.根据权利要求1所述的单面加筋结构碳纤维复合材料盖板的制备方法，其特征在于，步骤S4中，保证板主体铺层为对称铺层。
6.根据权利要求1所述的单面加筋结构碳纤维复合材料盖板的制备方法，其特征在于，步骤S5中，固化过程中加压方式为使用压机压钢板加压。
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