CN112454950A - 一种工艺蒙皮、吸波复合材料部件及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种工艺蒙皮、吸波复合材料部件及其制备方法，通过可沿每层预浸料的对接缝向两边延展的工艺蒙皮作为柔性阴模，制备吸波复合材料部件。本发明工艺蒙皮在铺层过程中每层预浸料对接缝依次排开呈现阶梯状，保证工艺蒙皮在延展时一定的连续性，具有均匀的延展性，保证回转体复合材料部件在成型后直径偏差范围小于单层预浸料厚度。

Description

一种工艺蒙皮、吸波复合材料部件及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种工艺蒙皮、吸波复合材料部件及其制备方法，属于吸波复合材料制备技术领域。

背景技术

随着科学技术的飞速发展，回转体类复合材料在产业用材料领域日益显示出巨大的应用潜力。回转体类复合材料因其有优良的综合性能，如质量轻、耐疲劳性能优异、比强度和比模量高、耐腐蚀性能好等特点，受到工程界的广泛应用。

刚性回转体为基体的吸波复合材料部件是以刚性回转体作为基体，在基体表面成型一定结构的吸波复合材料，使刚性基体在垂直于轴向的方向上具备稳定吸波性能。其吸波性能是否稳定取决于该结构吸波复合材料的成型质量，复合材料厚度的均匀性、表面的平整性及与基体的随型程度都是其成型的关键所在。

传统的以回转体为基体的复合材料主要是通过缠绕法、模压法或直接真空袋封装的方法成型。(1)缠绕法是利用缠绕机将预浸料布带缠绕在刚性芯膜基体表面，然后进行固化成型。该方法主要存在的缺点：a.受缠绕机设备的限制，当成型部件长度超过缠绕机工作范围时，难以完成缠绕，并且大长径比的芯模在加持的过程中会出现变形。b.在缠绕过程中，对布带的张力要求较大，像吸波胶膜、吸波电磁膜等材料难以满足要求。(2)模压法是以基体为阳模，将预浸料或胶膜铺覆在阳模表面，然后在将阴模进行组合，最后给其压力进行固化。该方法主要存在的缺点：a.成型复合材料的模具需使用较为笨重的大块钢制件生产，工业化生产中，工人需频繁开合、移动模具，增加了劳动强度，也会出现安全风险。b.刚性模具的制造、维护和使用的成本较高。(3)直接真空袋封装法是将预浸料或胶膜铺覆在基体表面，然后依次采用隔离膜、透气毡、真空袋的方式进行封装，然后采用烘箱或热压罐进行固化。该方法主要存在的缺点：人工铺覆的预浸料或胶膜与基体芯模贴敷的张力较小，在抽真空的过程中，表面会出现褶皱，对复合材料的性能产生严重的影响。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术不足，提供一种操作简单、不需要专用成型设备、成型质量良好的工艺蒙皮、吸波复合材料部件及其制备方法。

本发明的技术解决方案：一种工艺蒙皮的制备方法，通过以下步骤实现：

1、在刚性回转体基体上铺设工艺蒙皮用预浸料，每层预浸料采用对接的方式，不同层对接缝依次错开呈阶梯状。

2、在步骤1铺设的预浸料中沿阶梯状对接缝依次铺设上隔离膜。

3、工艺蒙皮固化成型。

一种采用上述方法制备得到的工艺蒙皮。

一种采用上述工艺蒙皮的以刚性回转体为基体的吸波复合材料部件制备方法，通过以下步骤实现：

第一步，制备工艺蒙皮；

第二步，在刚性回转体基体上铺设吸波材料；

第三步，将工艺蒙皮沿对接缝延展开，包裹在铺设的吸波材料上；

第四步，固化成型，除去工艺蒙皮得到吸波复合材料部件。

一种采用上述方法制备的吸波复合材料部件。

一种采用上述方法制备得到的工艺蒙皮作为柔性阴模使用。

本发明与现有技术相比的有益效果：

(1)本发明的工艺蒙皮，可沿每层预浸料的对接缝向两边延展开，使其能作为柔性阴模；

(2)本发明工艺蒙皮在铺层过程中每层预浸料对接缝依次排开呈现阶梯状，保证工艺蒙皮在延展时一定的连续性，具有均匀的延展性，保证回转体复合材料部件在成型后直径偏差范围小于单层预浸料厚度；

(3)本发明采用具有均匀延展性的工艺蒙皮作为柔性阴模，其内表面光滑平整，从而可以保证最终吸波复合材料的表面质量；

(4)本发明采用工艺蒙皮的方式制备吸波复合材料部件可以使吸波材料在抽真空过程中均匀受压，不会出现厚度不均匀现象；

(5)本发明可通过设计工艺蒙皮每层预浸料错开的距离，保证将不同厚度的吸波材料完全包覆；

(6)本发明以刚性回转体为基体，在其表面成型吸波复合材料，不使用刚性模具，有效提高了部件成型的可操作性，施工方便；

(7)本发明可适用烘箱或热压罐的方式成型，与现有技术中使用缠绕法与模压法相比，能有效保证吸波材料的内部质量，使其具备稳定的吸波性能，同时操作的便捷性及较高性价比。

附图说明

图1为本发明制备工艺蒙皮示意图；

图2为本发明工艺流程图。

具体实施方式

下面结合具体实例及附图对本发明进行详细说明。

本发明提供一种用于以刚性回转体为基体的吸波复合材料部件成型用工艺蒙皮的制备方法，通过以下步骤实现：

1、将刚性回转体的表面涂覆脱模材料，然后铺设工艺蒙皮用预浸料，每层预浸料采用对接的方式，不同层对接缝依次错开呈阶梯状。

工艺蒙皮相邻两层预浸料的对接缝依次错开，保证其具备一定的延展性，错开的距离保证工艺蒙皮完全包覆吸波复合材料即可。

本步骤中制备工艺蒙皮的预浸料使用的纤维优选为织物，可以是二维、三维等形式，若是采用单向纤维预浸料，在后续蒙皮制备过程中要求铺层的对称性，防止蒙皮变形；但对织物种类没有特殊要求，可以是玻璃纤维、石英纤维等。

本步骤中制备工艺蒙皮的预浸料使用的树脂没有特殊要求，可以为环氧树脂、氰酸脂树脂、双马来酰亚胺树脂等，根据所要制备的吸波复合材料部件的成型温度等级选择合适的树脂类型。

本步骤中制备工艺蒙皮优选为2～4层预浸料制备，其预浸料层数的选择依照固化成型后工艺蒙皮的可操作性为标准。预浸料层数过少可能使工艺蒙皮较薄，容易在操作时发生破坏。预浸料层数过多可能使工艺蒙皮较厚，在抽真空时不利于对吸波材料的加压。

2、在步骤1铺设的预浸料中沿阶梯状对接缝依次铺设上隔离膜，如图1所示。

在沿阶梯状对接缝依次铺设上隔离膜，使固化后的工艺蒙皮可沿每层预浸料的对接缝向两边延展开，在后续采用工艺蒙皮作为柔性阴模制备吸波复合材料部件时，可以保证将吸波材料完全包覆用，成型时均匀加压，工艺蒙皮内表面光滑平整，从而可以保证最终吸波复合材料部件的表面质量。

本步骤中工艺蒙皮在铺层过程中在每层预浸料对接缝依次排开呈现阶梯状，隔离膜沿阶梯状对接缝铺设，保证工艺蒙皮在延展时具有一定的连续性。通过对工艺蒙皮每层预浸料错开的距离，可以保证将不同厚度的吸波材料完全包覆。

3、工艺蒙皮固化成型。

本步骤中工艺蒙皮封装固化可采用真空袋工艺，在铺设好隔离膜的工艺蒙皮预浸料外包裹透气毡、真空袋进行封装，固化过程为本领域公知技术。固化完成后脱模取出工艺蒙皮，除去隔离膜，得到可沿每层预浸料的对接缝向两边延展开的工艺蒙皮。

进一步，本发明提供一种采用上述方法制备得到的工艺蒙皮。

进一步，本发明提供一种采用上述方法制备得到的工艺蒙皮作为柔性阴模使用。

进一步，本发明提供一种采用上述工艺蒙皮的以刚性回转体为基体的吸波复合材料部件成型方法，如图2所示，通过以下步骤实现：

第一步，制备工艺蒙皮。

第二步，在刚性回转体基体上铺设吸波材料。

本步骤中吸波材料没有特殊要求，可以为吸波胶膜、吸波电磁膜等。其所需的树脂可以为环氧树脂、氰酸脂树脂、双马来酰亚胺树脂等。本步骤为现有技术，根据隔热要求设计吸波材料种类、厚度及铺设方式，将其铺设在刚性回转体基体上。

进一步，吸波材料用树脂的固化温度低于工艺蒙皮预浸料用树脂的玻璃化转变温度15℃以上，以保证在吸波材料固化过程中工艺蒙皮不会变软。

本步骤中若是采用制备工艺蒙皮的同一刚性回转体基体，要注意将刚性回转体基体表面脱模材料清除干净，再依据设计结果铺设吸波材料。

第三步，将工艺蒙皮沿对接缝延展开，包裹在铺设的吸波材料上。

本步骤中，吸波材料在铺设一定的层数后，将铺设有吸波材料的刚性回转体基体放入内表面涂覆脱模材料的工艺蒙皮内部，使工艺蒙皮随型套在吸波材料外表面。

本步骤中由于使用的工艺蒙皮可随着吸波材料层数的增加而均匀的向外延展，随型套在回转体部件表面。

进一步，若吸波材料铺设层数2层以上，优选在每层吸波材料铺设完后，套上工艺蒙皮进行预压实步骤，再铺设下一层吸波材料。

预压实步骤，封装(工艺蒙皮外包裹隔离膜、透气毡)、抽真空，采用烘箱或热压罐等方式进行预压实，预压实步骤具体工艺，可借鉴本领域公知技术。

第四步，固化成型，除去工艺蒙皮得到吸波复合材料部件。

本步骤封装、抽真空，采用烘箱、真空袋或热压罐等方式进行固化，固化步骤具体工艺，可借鉴本领域公知技术。

本发明工艺蒙皮作为柔性阴模可有效保证吸波材料的均匀受压及外表面的成型质量。

进一步，本发明提供一种采用上述方法制备的吸波复合材料部件。

实施例1

本实施例中一种刚性回转体基体为钢制圆柱状，其尺寸为：长度500mm；外径38mm。

本实施例中工艺蒙皮预浸料采用石英纤维预制体浸渍环氧树脂体系胶液得到的预浸料。吸波材料采用的是磁性吸波胶膜，其厚度为0.3mm，采用环氧树脂作为其树脂基体。且该树脂的固化温度低于工艺蒙皮预浸料用树脂的玻璃化转变温度20℃。隔离膜厚度为0.005mm。

本实施例的具体实施步骤如下：

(1)准备好表面清理干净的圆柱基体，将基体的表面均匀的涂覆脱模蜡。涂抹完成后，开始铺覆石英纤维预浸料，本实施例工艺蒙皮采用2层预浸料即可。第一层预浸料采用对接方式，预浸料表面需铺覆平整，不能出现褶皱。在铺覆完成后将一层隔离膜填入对接缝中，开始第二层预浸料的铺覆，铺覆方法同第一层，但对接缝需错开10mm。然后铺覆完最后将隔离膜完全包覆在预浸料表面，如图1所示(图1为三层预浸料)。然后铺覆透气毡及真空袋进行封装，最后依据环氧树脂固化工艺采用烘箱进行固化成型，脱去芯模后得到工艺蒙皮。

(2)依据设计结果，该类型吸波胶膜需铺覆三层。首先将基体表面的脱模蜡清除干净，再将第一层吸波胶膜铺覆在基体表面，铺覆平整，不能出现褶皱，吸波胶膜采用对接方式。然后将工艺蒙皮包裹在吸波胶膜的外表面，依次铺覆隔离膜、透气毡及真空袋进行封装，放入热压罐中进行预压实，时间为15min，温度为40℃。

取出后脱模，开始第二层吸波胶膜的铺覆，铺覆完成后，采取上述相同的方式进行预压实。

(3)完成第三层吸波材料的铺覆后，将内表面均匀涂覆脱模蜡的工艺蒙皮随型包裹在吸波材料外层，然后铺覆隔离膜、透气毡及真空袋进行封装并抽真空。在封装及后续固化过程中，真空度始终保持在-0.098MPa。

(4)采用热压罐的方式对吸波材料进行固化成型，固化工艺依据吸波胶膜中环氧树脂的固化工艺。成型后脱去工艺蒙皮得到所述的吸波复合材料部件。

制备出的吸波复合材料部件直线度、直径、RCS结果如表1所示。

实施例2

本实施例中一种刚性回转体基体为铝制圆柱状，其尺寸为：长度2200mm；外径86mm。

本实施例中工艺蒙皮预浸料采用玻璃纤维预制体浸渍氰酸脂树脂体系胶液得到的预浸料。吸波材料采用的是磁性电磁膜，其厚度为0.1mm，采用双马来酰亚胺树脂为基体。该树脂固化温度低于工艺蒙皮预浸料用树脂的玻璃化转变温度50℃。隔离膜厚度为0.02mm。

本实施例采用的工艺蒙皮预浸料为4层，每层对接缝错开8mm。

本实施例采用的吸波电磁膜为4层，铺覆两层进行预压实，预压实在烘箱中进行，时间为20min，温度为50℃。封装及固化过程中，真空度始终保持在-0.095MPa。

本实例制备的吸波复合材料固化工艺为双马来酰亚胺树脂固化工艺，其它同实施例1，制备的吸波复合材料部件直线度、直径、RCS结果如表1所示。

表1

从表1、图2中可以看出，采用工艺蒙皮作为柔性阴模方式可以有效保证吸波复合材料部件的外观、尺寸及吸波性能，使其直线度变化小于0.1mm/1000mm，直径变化最大值为0.08mm，在垂直于轴向的不同方向RCS结果波动在0.82以内。

本发明未详细说明部分为本领域技术人员公知技术。

Claims (11)

1.一种工艺蒙皮的制备方法，其特征在于，通过以下步骤实现：

步骤1、在刚性回转体上铺设工艺蒙皮用预浸料，每层预浸料采用对接的方式，不同层对接缝依次错开呈阶梯状；

步骤2、在步骤1铺设的预浸料中沿阶梯状对接缝依次铺设上隔离膜；

步骤3、工艺蒙皮固化成型。

2.根据权利要求1所述的一种工艺蒙皮的制备方法，其特征在于：所述步骤1中工艺蒙皮相邻两层预浸料的对接缝错开的距离保证工艺蒙皮完全包覆吸波复合材料。

3.根据权利要求1所述的一种工艺蒙皮的制备方法，其特征在于：所述步骤1中工艺蒙皮采用2～4层预浸料制备。

4.根据权利要求3所述的一种工艺蒙皮的制备方法，其特征在于：所述步骤1中工艺蒙皮用预浸料采用纤维织物或单向纤维增强，若采用单向纤维，工艺蒙皮采用双数的预浸料对称铺层。

5.一种采用权利要求1～4任一方法制备得到的工艺蒙皮，所述的工艺蒙皮可沿每层预浸料的对接缝向两边延展。

6.一种采用权利要求1～5任一方法制备得到的工艺蒙皮的以刚性回转体为基体的吸波复合材料部件制备方法，其特征在于，通过以下步骤实现：

第一步，制备工艺蒙皮；

第二步，在刚性回转体基体上铺设吸波材料；

第三步，将工艺蒙皮沿对接缝延展开，包裹在铺设的吸波材料上；

第四步，固化成型，除去工艺蒙皮得到吸波复合材料部件。

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于：所述第二步中吸波材料用树脂的固化温度低于工艺蒙皮预浸料用树脂的玻璃化转变温度15℃以上。

8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于：所述第三步中，若吸波材料铺设层数2层以上，在每层吸波材料铺设完后，套上工艺蒙皮进行预压实步骤，再铺设下一层吸波材料。

9.一种采用权利要求6所述的方法制备的吸波复合材料部件。

10.一种吸波复合材料部件，其特征在于：所述的吸波材料用树脂的固化温度低于工艺蒙皮预浸料用树脂的玻璃化转变温度15℃以上。

11.一种采用权利要求1～5任一方法制备得到的工艺蒙皮作为柔性阴模使用。

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