CN114103161A - 一种大尺寸复合材料板真空灌注成型方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大尺寸复合材料板真空灌注成型方法，复合材料板为泡沫夹芯结构，其内蒙皮和/或外蒙皮为碳‑玻混杂蒙皮，泡沫夹芯上设置有若干沿竖向贯穿泡沫芯材的导流槽，且复合材料板局部具有增强区域，且增强区域的内、外蒙皮厚度远大于其他区域的内、外蒙皮厚度。通过在泡沫夹芯上设置有若干沿竖向贯穿所述泡沫芯材的导流槽以及蒙皮铺层上的导流网组合的流道设计，形成Z向浸渍主导的真空灌注成型技术，缩短树脂渗流的距离，通过流道设计解决大尺寸、变截面复合材料板液相成型的难题，使树脂在面内迅速铺展开同时向下渗漏浸润增强材料，并通过芯材的导流槽孔分散，沿厚度方向浸渍预成型体，从而实现均匀浸渍。

Description

一种大尺寸复合材料板真空灌注成型方法

技术领域

本发明涉及真空灌注技术领域，具体是一种大尺寸复合材料板真空灌注成型方法。

背景技术

对于金属材料的大尺寸构件，可以直接采用压铸焊接成型的方式进行加工，对于硬度较高的高分子材料的构件，可以采用热塑成型的方法，其工艺过程都较为简单。而对于大尺寸复合材料构件，例如气垫船上的空气导流管则属于典型的大尺寸、变截面复合材料构件，而且为轻量化截面结构往往将其设计为碳-玻混杂蒙皮/泡沫夹芯结构，泡沫夹芯厚度变化范围10～100mm，采用液相法真空灌注工艺技术成型制备的关键难点在于如何使液体树脂一步有效浸渍大尺寸、变截面碳-玻混杂夹芯结构预成型体，涉及碳纤维与玻璃纤维渗透特性差异大、树脂渗流行为复杂、均匀浸渍工艺控制困难等难题，此外，由于大尺寸、变截面厚度同时带来的固化温度控制和固化度控制的难题。

发明内容

针对上述现有技术中的不足，本发明提供一种大尺寸复合材料板真空灌注成型方法，采用Z向浸渍主导的真空灌注成型技术，缩短树脂渗流的距离，通过流道设计，解决大尺寸、变截面复合材料板液相成型的难题。

为实现上述目的，本发明提供一种大尺寸复合材料板真空灌注成型方法，所述复合材料板包括中间的泡沫夹芯以及内外两侧的内蒙皮与外蒙皮，所述内蒙皮和/或所述外蒙皮为碳-玻混杂蒙皮，所述泡沫夹芯上设置有若干沿竖向贯穿所述泡沫芯材的导流槽，且所述复合材料板具有增强区域，且所述增强区域的内、外蒙皮厚度远大于其他区域的内、外蒙皮厚度；

所述真空灌注成型方法具体为：

成型模具表面处理和检测完成后，在成型模具上逐层铺设外蒙皮增强材料、夹芯泡沫、内蒙皮增强材料、带孔隔离膜、脱模布、导流网组件；然后采用真空袋膜和密封胶带密封，连接真空系统，抽真空、检查气密性；气密性合格后，配制树脂胶液进行真空灌注，随后固化成型。

在其中一个实施例中，所述导流网组件包括第一导流网、第二导流网、第一注胶管、第二注胶管与第三注胶管；

所述第一导流网的首端覆盖所述内蒙皮增强材料的首端，所述第一导流网的尾端位于所述增强区域首端的位置；

所述第二导流网的尾端覆盖所述内蒙皮增强材料的尾端，所述第二导流网的首端覆盖在所述增强区域上，且所述第二导流网的首端与所述第一导流网的尾端之间具有留白区域；

所述第一注胶管设在所述第一导流网的尾端，所述第二注胶管设在所述第一导流网的中部，所述第三注胶管设在所述第二导流网的中部。

在其中一个实施例中，所述增强区域区域的宽度为a，所述留白的宽度为0.01a～0.03a。

在其中一个实施例中，所述成型模具包括阴模本体，所述阴模本体上设有成型模腔，所述阴模本体顶部设有若干抽气孔，各所述抽气孔沿周向环绕在所述成型模腔周围，且所述抽气孔沿竖向贯穿所述阴模本体；

所述真空灌注成型方法具体为：

阴模本体表面清理、封孔、抛光、涂刷脱模剂，检测型面和模具气密性，检查加热系统和真空通道系统，监测温湿度；

在成型模腔内依次铺设外蒙皮增强材料、夹芯泡沫、内蒙皮增强材料、带孔隔离膜、脱模布、导流网组件；

在阴模本体上铺设真空袋膜，使得真空袋膜覆盖成型模腔与每一抽气孔，抽气孔用半透膜进行封口处理；

将每一抽气孔连接抽真空装置，并将密封的成型模腔抽至真空、检查气密性；

通过导流网组件注入树脂，随后固化成型。

在其中一个实施例中，所述通过导流网组件注入树脂，具体为：

首先通过第一注胶管注入树脂；

当树脂浸至第二注胶管时，开始通过第二注胶管注入树脂；

当树脂浸至第三注胶管时，开始通过第三注胶管注入树脂。

在其中一个实施例中，在树脂浸进过程中，通过抽真空装置对不同的抽气孔进行抽气，以控制树脂浸进的方向与速度。

在其中一个实施例中，所述固化成型的过程为：

打开成型模具上的加热系统或将注胶完成后的成型模具放入烘箱，将烘箱温度以1～3℃/min的升温速率从室温升至60～70℃后保温1.5～3小时后，再以1～2℃/min的升温速率从室温升至85～95℃后保温1.5～3小时，随后自然降温至室温后拆袋脱模。

本发明提供的一种大尺寸复合材料板真空灌注成型方法，通过在泡沫夹芯上设置有若干沿竖向贯穿泡沫芯材的导流槽以及蒙皮铺层上的导流网组件的流道设计，形成Z向浸渍主导的真空灌注成型技术，缩短树脂渗流的距离，通过流道设计解决大尺寸、变截面复合材料板液相成型的难题，使树脂在面内迅速铺展开同时向下渗漏浸润增强材料，并通过芯材的导流槽孔分散，沿厚度方向浸渍预成型体，从而实现均匀浸渍。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，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示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明实施例中铺层结构示意图；

图2为本发明实施例中泡沫芯材的剖视图；

图3为本发明实施例中真空灌注成型方法的流程示意图。

附图标号：

泡沫夹芯10、导流槽101、增强区域102；

阴模本体20、抽气孔201；

脱模布301、真空袋膜302；

第一导流网401、第二导流网402、第一注胶管403、第二注胶管404、第三注胶管405、留白406。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

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的一部分实施例，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。

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接，还可以是物理连接或无线通信连接；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或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

另外，本发明各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

本实施例公开了一种大尺寸复合材料板真空灌注成型方法，该复合材料板为双曲面结构，且包括中间的泡沫夹芯10以及内外两侧的内蒙皮与外蒙皮。其中，内蒙皮和/或外蒙皮为碳-玻混杂蒙皮，泡沫夹芯10上设置有若干沿竖向贯穿泡沫芯材的导流槽101，且泡沫夹芯10局部具有增强区域102，即图1所示；且增强区域102的内蒙皮厚度远大于泡沫夹芯10其他区域的内蒙皮厚度。具体地，内蒙皮与外蒙皮均是通过至少一层玻璃纤维层与至少一层碳纤维层层叠组成，且增强区域102上的碳纤维层的层数远多于玻璃纤维的层数。进一步具体地，泡沫夹芯10以增强区域102的边缘为界限断开分为多段，即泡沫夹芯10由若干泡沫单元件组成，相邻的泡沫单元件之间具有与导流槽宽度相等的间隔，且每一个增强区域103都对应一独立的泡沫单元件，以使得增强区域103边缘处的树脂胶液能够快速的Z向浸渍，以使得增强区域102内、外蒙皮浸渍速度与其他区域保持相同。

本实施例中，该复合材料板的真空灌注成型方法具体为：在成型模具上逐层铺设外蒙皮增强材料、夹芯泡沫10、内蒙皮增强材料、带孔隔离膜、脱模布301、导流网组件、真空袋膜302后进行真空灌注，随后固化成型。其中，成型模具包括阴模本体20，阴模本体20上设有成型模腔，阴模本体20顶部设有若干抽气孔201，各抽气孔201沿周向环绕在成型模腔周围，且抽气孔201沿竖向贯穿阴模本体20。

本实施例中，导流网组件包括第一导流网401、第二导流网402、第一注胶管403、第二注胶管404、第三注胶管405与导气管。第一导流网401的首端覆盖内蒙皮的首端，第一导流网401的尾端位于增强区域102首端的位置，第二导流网402的尾端覆盖内蒙皮的尾端，第二导流网402的首端覆盖在增强区域102上，且第二导流网402的首端与第一导流网401的尾端之间具有留白406区域，该留白406即对应上述泡沫单元件的断开位置。第一注胶管403设在第一导流网401的尾端，第二注胶管404设在第一导流网401的中部，第三注胶管405设在第二导流网402的中部，导气管盘绕在第一导流网401与第二导流网402上。需要注意的是，图2中左侧的一端为首端，右侧的一端为尾端，且图2所示的仅为铺层的示意图，并非实际的铺层结构图。

基于上述成型模具与导流网组件的结构设计，参考图3，本实施例中复合材料板的真空灌注成型方法具体为：

步骤1，阴模本体表面清理、封孔、抛光、涂刷脱模剂，检测型面和模具气密性，检查加热系统和真空通道系统，监测温湿度；

步骤2，在在阴模本体20的成型模腔内依次铺设外蒙皮增强材料、夹芯泡沫10、内蒙皮增强材料、带孔隔离膜、脱模布301，并使得脱模布301覆盖成型模腔与每一抽气孔201，抽气孔用半透膜进行封口处理；

步骤3，在内蒙皮上按导流网组件的结构设计分别铺设第一导流网401与第二导流网402，并在第一导流网401与第二导流网402之间留出留白406区域，其中，增强区域102区域的宽度为a，留白406区域的宽度为0.01a～0.03a；

步骤4，铺设第一注胶管403、第二注胶管404与第三注胶管405，铺设导气管，导气管用脱模布包覆且固定，其中，第一注胶管403、第二注胶管404与第三注胶管405上的注胶孔均为位于中部位置；

步骤5，对阴模本体上预设的抽气孔用半透膜进行封口处理，确保抽气孔的气道畅通，并用吸胶毡或其它导气网连通导气管和各个抽气孔；在阴模本体20上铺设真空袋膜302，使得真空袋膜302覆盖成型模腔与每一抽气孔201，并用密封胶带与之共同密封形成密封成型模腔，确保成型模腔包覆增强材料预成型体和抽气孔、导气管、注胶管等辅助材料与辅助通道；

步骤6，将每一抽气孔201连接抽真空装置，并通过抽真空装置与抽气孔201将密封成型模腔抽至真空、检查气密性，气密性合格则进行下一步；否则，检查密封系统，再抽真空和检查气密性；

步骤7，配制树脂胶液、脱泡、静置，气密性合格后，首先通过第一注胶管403注入树脂，当树脂浸至第二注胶管404时，开始通过第二注胶管404注入树脂，当树脂浸至第三注胶管405时，开始通过第三注胶管405注入树脂，直至树脂胶液完全浸渍增强材料，这一过程中，通过抽真空装置对不同的抽气孔201进行抽气，以控制树脂浸进的方向与速度，第一导流网401、第二导流网402使树脂在面内迅速铺展开同时向下渗漏浸润增强材料，并通过泡沫芯材的导流槽101孔分散，沿厚度方向浸渍预成型体，从而实现均匀浸渍；

步骤8，将注胶完成后，封闭第一注胶管403、第二注胶管404与第三注胶管405，持续抽真空。打开成型模具加热系统或将成型模具放入烘箱固化成型，固化完成后进行脱模、修边、检测等后处理，最终得到制品。其中，固化过程具体为：

打开成型模具加热系统或将注胶完成后的成型模具放入烘箱，将烘箱温度以1～3℃/min的升温速率从室温升至60～70℃后保温1.5～3小时后，再以1～2℃/min的升温速率从室温升至85～95℃后保温1.5～3小时，随后自然降温至室温后拆袋脱模。

作为优选地实施方式，还可以在阴模本体20的侧部沿周向设置若干观察孔，以对树脂的浸进过程进行实时监控，进一步保障均匀浸渍。

本实施例中，在通过蒙皮铺层上的导流网组件以及泡沫芯材上的导流槽101完成流道设计的基础上，通过工艺控制保证树脂在凝胶前均匀浸渍预成型体。真空灌注工艺的操作窗口，取决于树脂基体的粘度特性，浸渍过程中控制树脂粘度小于1000mPa.s，浸渍时间必须小于树脂凝胶时间。本实施例中通过第一注胶管403、第二注胶管404与第三注胶管405的多级注胶管设计，并通过控制各级注胶管的开启和关闭时间表，控制树脂流动和浸渍速度，保证浸渍均匀、充分。通过导流网间距，引导树脂沿厚度方向渗透，控制树脂流动方向，结合流道设计实现Z向主导的浸渍方式。

需要注意的是，在树脂浸进与固化成型的过程中，还必须考虑成型缺陷防避，重点是浸渍缺陷和固化缺陷两方面。浸渍缺陷主要有干区、空洞、缺胶、白斑、半干斑、干丝、局部富胶、气泡等，固化缺陷主要有不固化、固化不均、固化度低等。本实施例中对于浸渍缺陷的防避，除了流道设计和工艺控制外，还采取树脂脱泡处理、静置处理、局部引流等措施；而对于固化缺陷的防避，首先需要根据树脂体系的固化特性制定合理的固化制度，并通过模具加热系统控制固化温度和时间，实现充分、均匀固化。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (7)

1.一种大尺寸复合材料板真空灌注成型方法，其特征在于，所述复合材料板包括中间的泡沫夹芯以及内外两侧的内蒙皮与外蒙皮，所述内蒙皮和/或所述外蒙皮为碳-玻混杂蒙皮，所述泡沫夹芯上设置有若干沿竖向贯穿所述泡沫芯材的导流槽，且所述复合材料板具有增强区域，且所述增强区域的内、外蒙皮厚度远大于其他区域的内、外蒙皮厚度；

所述真空灌注成型方法具体为：

成型模具表面处理和检测完成后，在成型模具上逐层铺设外蒙皮增强材料、夹芯泡沫、内蒙皮增强材料、带孔隔离膜、脱模布、导流网组件；然后采用真空袋膜和密封胶带密封，连接真空系统，抽真空、检查气密性；气密性合格后，配制树脂胶液进行真空灌注，随后固化成型。

2.根据权利要求1所述大尺寸复合材料板真空灌注成型方法，其特征在于，所述导流网组件包括第一导流网、第二导流网、第一注胶管、第二注胶管与第三注胶管；

所述第一导流网的首端覆盖所述内蒙皮增强材料的首端，所述第一导流网的尾端位于所述增强区域首端的位置；

所述第二导流网的尾端覆盖所述内蒙皮增强材料的尾端，所述第二导流网的首端覆盖在所述增强区域上，且所述第二导流网的首端与所述第一导流网的尾端之间具有留白区域；

所述第一注胶管设在所述第一导流网的尾端，所述第二注胶管设在所述第一导流网的中部，所述第三注胶管设在所述第二导流网的中部。

3.根据权利要求2所述大尺寸复合材料板真空灌注成型方法，其特征在于，所述增强区域的宽度为a，所述留白的宽度为0.01a～0.03a。

4.根据权利要求2或3所述大尺寸复合材料板真空灌注成型方法，其特征在于，所述成型模具包括阴模本体，所述阴模本体上设有成型模腔，所述阴模本体顶部设有若干抽气孔，各所述抽气孔沿周向环绕在所述成型模腔周围，且所述抽气孔沿竖向贯穿所述阴模本体；

所述真空灌注成型方法具体为：

阴模本体表面清理、封孔、抛光、涂刷脱模剂，检测型面和模具气密性，检查加热系统和真空通道系统，监测温湿度；

在成型模腔内依次铺设外蒙皮增强材料、夹芯泡沫、内蒙皮增强材料、带孔隔离膜、脱模布、导流网组件；

在阴模本体上铺设真空袋膜，使得真空袋膜覆盖成型模腔与每一抽气孔，抽气孔用半透膜进行封口处理；

将每一抽气孔连接抽真空装置，并将密封模腔真空袋膜抽至真空、检查气密性；

通过导流网组件注入树脂，随后固化成型。

5.根据权利要求4所述大尺寸复合材料板真空灌注成型方法，其特征在于，所述通过导流网组件注入树脂，具体为：

首先通过第一注胶管注入树脂；

当树脂浸至第二注胶管时，开始通过第二注胶管注入树脂；

当树脂浸至第三注胶管时，开始通过第三注胶管注入树脂。

6.根据权利要求5所述大尺寸复合材料板真空灌注成型方法，其特征在于，在树脂浸渍过程中，通过抽真空装置对不同的抽气孔进行抽气，以控制树脂浸渍的方向与速度。

7.根据权利要求4所述大尺寸复合材料板真空灌注成型方法，其特征在于，所述固化成型的过程为：

打开成型模具上的加热系统或将注胶完成后的成型模具放入烘箱，将烘箱温度以1～3℃/min的升温速率从室温升至60～70℃后保温1.5～3小时后，再以1～2℃/min的升温速率从室温升至85～95℃后保温1.5～3小时，随后自然降温至室温后拆袋脱模。

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