CN114055806A - 一种复合材料混杂蒙皮成型方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种复合材料混杂蒙皮成型方法，属于复合材料成型技术领域。包括：沿工装表面全铺一层预浸料A，并从预浸料A的中间沿纤维方向向两边擀压，在铺放的第n层上铺放两种不同的预浸料A和预浸料B，并确定二者的铺叠方式及铺放间隙，在(n+1)层上按照确定的铺放方式继续铺叠预浸料A和预浸料B，对接或搭接位置与上一层错开至少10mm，至少间隔5层后开始重复错开排列；预浸料铺叠完毕后，依次放置可剥层、吸胶材料、有孔隔离膜、软模、无孔隔离膜、透气毡和真空袋，进罐固化。本方法通过对搭接尺寸设计、错位设计和软模应用，能够有效解决由于纤维的物理性质不一致，造成表面突起或凹陷质量问题。

Description

一种复合材料混杂蒙皮成型方法
技术领域
本发明涉及复合材料成型领域，具体涉及一种复合材料混杂蒙皮成型方法。
背景技术
随着航空飞行器在隐身等多功能化要求的逐步提升，复合材料混杂蒙皮作为一种即能够保证基本结构强度，又能够满足隐身等功能需求的制件，得到越来越广泛的应用。
复合材料混杂蒙皮是由多种纤维混杂铺层而成的制件，目前不同纤维的混杂方向主要面向层间方向，如陶红波等人（发明专利：一种碳纤维混杂树脂基复合材料及其制备方法）提出了一种碳纤维混杂树脂基复合材料及其制备方法。
相比层间混杂方式，层内方向的纤维混杂蒙皮功能可设计性更多样化。然而，层内方向纤维混杂时，连续纤维铺层变为断续纤维铺层，且由于纤维的物理性质（如热膨胀系数）不一致，过渡区两种材料在高温下可能会形成重叠(搭接)或者空隙(对接)，造成表面突起或凹陷质量问题，甚至会引起零件的翘曲变形。此外，层间铺叠的时候，两种材料容易形成相互污染。
发明内容
本发明旨在解决现有技术中复合材料混杂蒙皮的层间混杂制件存在的上述问题，提出一种复合材料混杂蒙皮成型方法，通过对搭接尺寸设计、错位设计和软模应用，能够有效解决由于纤维的物理性质不一致，造成表面突起或凹陷质量问题。
为了实现上述发明目的，本发明的技术方案如下：
一种复合材料混杂蒙皮成型方法，其特征在于，包括如下步骤：
A、沿工装表面全铺一层预浸料A，并从预浸料A的中间沿纤维方向向两边擀压，随后依次放上有孔隔离膜、无孔隔离膜、透气毡和真空袋，抽真空预压；
B、在铺放的第n层（n＞1）功能层上铺放两种不同的预浸料A和预浸料B，根据以下公式确定预浸料A和预浸料B的铺放间隙∆L：
∆L=(LAαA+LBαB )×∆T×(1±10%)；
其中，
LA和LB分别代表预浸料A和预浸料B沿搭接或对接方向长度的一半；
αA和αB分别为预浸料A和预浸料B的热膨胀系数；
∆T为固化温度平台与常温的差值；
C、当∆L为正值时，预浸料A和预浸料B采用对接方式，间隔区域的长度为∆L；当∆L为负值时，采用搭接方式；
D、在(n+1)层上按照步骤C确定的铺放方式继续铺叠预浸料A和预浸料B，再次计算铺放间隙∆L，对接或搭接位置与上一层错开至少10mm；
E、重复步骤D，至少间隔5层后开始重复之前几层的错开排列；
F、预浸料铺叠完毕后，依次放置可剥层、吸胶材料、有孔隔离膜、软模、无孔隔离膜、透气毡和真空袋，进罐固化。
所述预浸料A和预浸料B中的纤维增强体可以为碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维或亚麻纤维，树脂基体包括环氧树脂、双马树脂、酚醛树脂和聚酰亚胺树脂。
在铺放预浸料A时，提前在预浸料B 的铺放区域铺放保护膜进行保护；在铺放预浸料B时，提前在预浸料A的铺放区域用保护膜进行保护，在铺放下一层时再抽掉对应铺放区域的保护膜。
所述软模由两层及以上的预浸料A或预浸料B固化而形成，软模放置于预浸料A和预浸料B的搭接或对接区，其长度不小于5∆L。
在第一层预浸料A铺叠前，测量预浸料树脂含量，当树脂含量低于32%时,对工装进行预热，预热温度不低于40℃，预热时间不少于10min。
综上所述，本发明具有以下优点：
1、本发明所述方法能够解决面向层间的复合材料混杂蒙皮表面质量问题。通过对搭接尺寸设计、错位设计和软模应用，能够有效解决由于纤维的物理性质（如热膨胀系数）不一致，造成表面突起或凹陷质量问题，通过保护膜等方法能够有效解决表面污染问题，进而实现混杂蒙皮的制造；
2、本发明通过两种预浸料的错位铺放，能够避免受力时的应力集中，保证成型后复合材料的表面不凸起；
3、本发明通过在预浸料的搭接或对接区放置软模，保证复合材料成型后的表面平整，避免凸起或凹陷等内部质量问题；
4、本发明在预浸料的铺叠过程中，在铺叠下一层预浸料前，使用保护膜进行保护，避免两种材料相互污染，实现混杂蒙皮的制造。
附图说明
图1为本发明预浸料铺叠的截面示意图；
图2为软模放置位置的示意图；
图中：
1、玻璃纤维预浸料，2、碳纤维预浸料，3、软模。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。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，都属于本发明保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“竖直”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“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；可以是直接相连，也可以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。
实施例1
本发明提供了一种复合材料混杂蒙皮成型方法，包括以下步骤：
A、沿工装表面全铺一层预浸料A，并从预浸料A的中间沿纤维方向向两边擀压，随后依次放上有孔隔离膜、无孔隔离膜、透气毡和真空袋，抽真空预压；
B、在铺放的第n层（n＞1）功能层上铺放两种不同的预浸料A和预浸料B，根据以下公式确定预浸料A和预浸料B的铺放间隙∆L：
∆L=(LAαA+LBαB )×∆T×(1±10%)；
其中，
LA和LB分别代表预浸料A和预浸料B沿搭接或对接方向长度的一半；
αA和αB分别为预浸料A和预浸料B的热膨胀系数；
∆T为固化温度平台与常温的差值；
C、当∆L为正值时，预浸料A和预浸料B采用对接方式，间隔区域的长度为∆L；当∆L为负值时，采用搭接方式；
D、在(n+1)层上按照步骤C确定的铺放方式继续铺叠预浸料A和预浸料B，再次计算铺放间隙∆L，对接或搭接位置与上一层错开至少10mm；
E、重复步骤D，至少间隔5层后开始重复之前几层的错开排列；
F、预浸料铺叠完毕后，依次放置可剥层、吸胶材料、有孔隔离膜、软模、无孔隔离膜、透气毡和真空袋，进罐固化。
优选的，预浸料A和预浸料B中的纤维增强体可以为碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维或亚麻纤维等，树脂基体包括环氧树脂、双马树脂、酚醛树脂、聚酰亚胺树脂等。
优选的，在铺放预浸料A时，提前在预浸料B 的铺放区域铺放保护膜进行保护；同样在铺放预浸料B时，提前在预浸料A的铺放区域用保护膜进行保护，铺叠后抽掉。
优选的，软模由两层及以上的预浸料A或预浸料B固化而形成，如图2所示，软模放置于预浸料的搭接或对接区，其长度不小于5∆L。放置软模可以保证复合材料成型后的表面平整，避免凸起或凹陷等内部质量问题。
优选的，在第一层预浸料A铺叠前，测量预浸料树脂含量，当树脂含量低于32%时,对工装进行预热，预热温度不低于40℃，预热时间不少于10min。
实施例2
本发明提供了一种复合材料混杂蒙皮成型方法，包括如下步骤：
步骤一、对工装进行预热，预热温度为80℃，时间为20min，升温速率为0.5~1℃/min；
步骤二、在工装表面刷涂脱模剂，然后铺叠一层玻璃纤维预浸料1，采用擀压板从中间向两侧擀压，挤出气泡；
步骤三、依次放置有孔隔离膜、无孔隔离膜、透气毡和真空袋，抽真空预压10min以上，真空压强保持在-0.85Bar~-1Bar；使第一层玻璃纤维预浸料1与工装贴合；
步骤四、在第二层铺放玻璃纤维预浸料1和碳纤维预浸料2。
铺放玻璃纤维预浸料1后，表面放置无孔隔离膜，尺寸与玻璃纤维预浸料1保持一致，公差为（-1，0）mm；在同一层铺放碳纤维预浸料2，碳纤维预浸料2的纤维方向与玻璃纤维预浸料1的纤维方向一致。碳纤维预浸料2与玻璃纤维预浸料1留有拼缝间隙，拼缝间隙为0.8~1mm，在碳纤维预浸料2表面铺放一层无孔隔离膜。这里的无孔隔离膜起保护作用，防止同层铺放另一侧预浸料时出现相互污染。
步骤五、在第三层铺放玻璃纤维预浸料1和碳纤维预浸料2。其中玻璃纤维预浸料1比第二层玻璃纤维预浸料1短15mm，碳纤维预浸料2比第二层碳纤维预浸料2长15mm，此时按照式（1）再次计算铺放间隙∆L。撕开上一层玻璃纤维预浸料1表面的无孔隔离膜，铺放玻璃纤维预浸料1，表面放置无孔隔离膜。撕开上一层碳纤维预浸料2表面的无孔隔离膜，铺放碳纤维预浸料2，碳纤维预浸料2的纤维方向与玻璃纤维预浸料1的纤维方向一致。碳纤维预浸料2与玻璃纤维预浸料1留有拼缝间隙，拼缝间隙为0.8~1mm，在碳纤维预浸料2表面铺放一层无孔隔离膜。拼缝位置与上一层拼缝位置隔开15mm，依次铺叠至第9层，至少间隔五层可以重复前几层的错开排列，如图1所示，错开式排布可以提高成型后复合材料的力学性能。
步骤六、放置可剥层、吸胶材料、有孔隔离膜、软模3、无孔隔离膜、透气毡和真空袋，进罐固化。
软模3的制造过程如下：取两层碳纤维预浸料2，长度为20mm，宽度与预浸料宽度一致。表面放置金属压板、有孔隔离膜、透气毡和真空袋，随后组装封袋。
虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了详细地描述，但不应理解为对本专利的保护范围的限定。在权利要求书所描述的范围内，本领域技术人员不经创造性劳动即可做出的各种修改和变形仍属本专利的保护范围。

Claims (5)

1.一种复合材料混杂蒙皮成型方法，其特征在于，包括如下步骤：
A、沿工装表面全铺一层预浸料A，并从预浸料A的中间沿纤维方向向两边擀压，随后依次放上有孔隔离膜、无孔隔离膜、透气毡和真空袋，抽真空预压；
B、在铺放的第n层（n＞1）功能层上铺放两种不同的预浸料A和预浸料B，根据以下公式确定预浸料A和预浸料B的铺放间隙∆L：
∆L=(LAαA+LBαB )×∆T×(1±10%)；
其中，
LA和LB分别代表预浸料A和预浸料B沿搭接或对接方向长度的一半；
αA和αB分别为预浸料A和预浸料B的热膨胀系数；
∆T为固化温度平台与常温的差值；
C、当∆L为正值时，预浸料A和预浸料B采用对接方式，间隔区域的长度为∆L；当∆L为负值时，采用搭接方式；
D、在(n+1)层上按照步骤C确定的铺放方式继续铺叠预浸料A和预浸料B，再次计算铺放间隙∆L，对接或搭接位置与上一层错开至少10mm；
E、重复步骤D，至少间隔5层后开始重复之前几层的错开排列；
F、预浸料铺叠完毕后，依次放置可剥层、吸胶材料、有孔隔离膜、软模、无孔隔离膜、透气毡和真空袋，进罐固化。
2.根据权利要求1所述的一种复合材料混杂蒙皮成型方法，其特征在于，所述预浸料A和预浸料B中的纤维增强体可以为碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维或亚麻纤维，树脂基体包括环氧树脂、双马树脂、酚醛树脂和聚酰亚胺树脂。
3.根据权利要求1所述的一种复合材料混杂蒙皮成型方法，其特征在于，在铺放预浸料A时，提前在预浸料B 的铺放区域铺放保护膜进行保护；在铺放预浸料B时，提前在预浸料A的铺放区域用保护膜进行保护，在铺放下一层时再抽掉对应铺放区域的保护膜。
4.根据权利要求1所述的一种复合材料混杂蒙皮成型方法，其特征在于，所述软模由两层及以上的预浸料A或预浸料B固化而形成，软模放置于预浸料A和预浸料B的搭接或对接区，其长度不小于5∆L。
5.根据权利要求1所述的一种复合材料混杂蒙皮成型方法，其特征在于，在第一层预浸料A铺叠前，测量预浸料树脂含量，当树脂含量低于32%时,对工装进行预热，预热温度不低于40℃，预热时间不少于10min。
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