CN114103181A - 一种高导气率低吸胶复合材料真空成型方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种高导气率低吸胶复合材料真空成型方法，使用导气条，所述导气条由第一玻璃布、第二玻璃布和微粉填料制成，所述第一玻璃布和第二玻璃布的边缘相连接，所述微粉填料填充至第一玻璃布和第二玻璃布之间形成的容纳腔体内。本发明的导气条采用了一种以微粉作为填料的双层玻璃布气液分离组合，破坏了树脂体系内残留气体及挥发分与树脂熔体的气液相平衡，从而有效提高了复合材料真空成型过程中的排气效率，使复合材料内部孔隙率有效降低。

Description

一种高导气率低吸胶复合材料真空成型方法
技术领域
本发明属于树脂基复合材料真空成型领域，涉及一种高导气率低吸胶复合材料真空成型方法。
背景技术
复合材料预浸料/真空袋成型(Vacuum Bag Only技术,VBO技术)技术是一种先进的低成本的复合材料制造技术，该技术方法中预浸料的铺贴和包覆过程与热压罐成型相近，采用真空袋及抽气系统制造袋内压力场，以最大一个标准大气压的环境下实现预浸料内部的气体和挥发组分的逸出。VBO技术将复合材料固化场所转移到造价低、尺寸限制小的烘箱或固化炉中，显著降低由于目前航空航天行业的复合材料主要由热压罐技术制造带来的高成本和难以超大型制造等问题。VBO技术主要优点为：设备限制小，模具选材范围宽，操作安全简便，制品设计限制小，总体成型成本大幅降低，适于生产大尺寸和形状复杂的复合材料构件。
相比于热压罐成型能够提供足够大的外部压力以抑制空隙的生成，真空成型方法只能提供最大为一个标准大气压的压力。预浸料铺层间的空气和挥发分在高温下产生的气体难以排出，造成复合材料空隙率高、材料存在缺陷的问题。现有技术包含改性树脂基体和在成型过程中添加导气层两种方法。在树脂基体中添加少量消泡剂，能直接控制真空成型复合材料的孔隙情况，但消泡剂一般为表面活性剂，会影响复合材料层间质量，导致力学性能下降，所以这种方法一般不具备普适性。另外在预浸料铺层上添加导气玻璃丝或单层玻璃布的技术能够为复合材料固化期间产生的气体创造导气通路，但玻璃丝单纤在抽真空时会与真空袋紧密贴合，失去导气作用，而使用玻璃布作为导气通路时，单层玻璃布与真空袋同样成二维贴合，阻断导气通路，而多层玻璃布的结构会吸收大量树脂，导致复合材料质量水平下降，甚至影响到复合材料制件的整体尺寸精度和内部质量。
发明内容
本发明目的是提出一种具有更高透气率，等低的吸胶量，制件设计更为自由及内部更低孔隙率的复合材料真空成型方法。
本发明提供一种导气条，所述导气条至少由第一玻璃布、第二玻璃布和微粉填料制成，所述第一玻璃布和第二玻璃布的边缘相连接，所述微粉填料填充至第一玻璃布和第二玻璃布之间形成的容纳腔体内。
其中，所述第一玻璃布的纤维面重≤120g/m2，所述第一玻璃布的织物密度≤18根/10mm；
其中，所述第二玻璃布的纤维面重≤300g/m2，所述第二玻璃布的织物密度≥20根/10mm。
其中，所述第一玻璃布的织物结构为平纹织构；所述第二玻璃布的八枚三飞织构
其中，所述微粉填料为平均粒径＜1μm的无机填料，所述微粉填料的填充厚度＜0.5mm。
本发明提供一种复合材料真空成型方法，使用上述的导气条。
所述的复合材料真空成型方法包括如下步骤：
1)在模具的表面贴合一层隔离膜，在隔离膜上铺敷一层脱模布，在脱模布表面铺贴预浸料，形成预成型体，将导气条与预成型体的边缘紧密贴合，在预成型体上顺序铺敷一层隔离膜，一层上模具板和一层透气毡，将导气条剩余的部分跨越上模具链接于透气毡下方，得到模具-预成型体组合，所述隔离膜、预成型体、导气条和透气毡形成一个的封闭导气系统；
2)将步骤1中得到模具-预成型体组合放入真空袋中，室温抽真空；
3)待导气条的表面纤维与真空袋表面贴合后，关闭真空袋的抽气阀门，保持一定时间，确认真空完成；
4)完成预成型体的固化，脱模，得到复合材料制件。
其中，所述步骤1中的导气条的尺寸与预成型体的尺寸相适配。
其中，所述步骤3中的真空保持时间大于等于10分钟。
其中，所述的隔离膜材质为聚四氟乙烯布，厚度为0.01mm-0.50mm；所述的预浸料是中温或高温固化环氧树脂、酚醛树脂、氰酸酯树脂、苯并噁嗪树脂或双马来酰亚胺树脂中的一种；所述的透气毡材质是玻璃纤维或聚酯纤维。
本发明的优点是采用了一种以微粉作为填料的双层玻璃布气液分离组合，破坏了树脂体系内残留气体及挥发分与树脂熔体的气液相平衡，从而有效提高了复合材料真空成型过程中的排气效率，使复合材料内部孔隙率有效降低。同时基于对导气通路的设计，使用不同织物间纤维交错点的孔隙数量控制，配合微粉填料造成的微毛细管联通效应，实现了固化阶段树脂熔体的自循环，克服了导气条大量吸胶的缺点，提高了产品质量，表面光洁度和尺寸稳定性。同时，由于可以基于构件形貌进行自主设计和制备，该导气条能够满足大型复杂零部件的深度设计研发制造，给予模具极高的自由度。另外，该方法实现的树脂内循环在满足VBO成型技术的同时，也能对热压罐成型的工艺要求，提供了一种通用化，广适用，低成本的成型技术方案。
附图说明
图1是真空成型的封装组合示意图。
附图标记说明：
1.真空袋；2.透气毡；3.导气条；4.脱模布；5.隔离膜；6.上模具；7.隔离膜；8.预浸料预成型体；9.密封腻子条；10.下模板。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
本发明提供一种导气条，所述导气条是采用两种不同的玻璃布和微粉填料组合制备专用导气条，按照如下方法完成复合材料的制造：根据预浸料铺叠而成的预成型体边缘裁剪1#玻璃布与2#玻璃布，两种玻璃布的纤维面重需要控制在1#玻璃布≤120g/m2，2#玻璃布≤300g/m2，织物密度1#玻璃布≤18根/10mm，2#玻璃布≥20根/10mm，其中1#玻璃布为表面层，2#玻璃布为支撑层。在预成型体的厚度方向多裁剪至少2mm，长度方向根据模具厚度适当加长，最终长度至少多裁剪模具厚度加5mm的长度；将两种玻璃布沿边缘缝合，缝合后将微粉填料倒入导气条中，使导气条厚度增加＜0.5mm，使用小刷子清理表面层的微粉填料，使导气条能够与预成型体边缘贴合。所述1#玻璃布织物结构为平纹织构，2#玻璃布织物结构为八枚三飞织构，玻璃布织物结构但不限于平纹织构和八枚三飞织构组合，其组合特征是由织物结构造成的纤维交错点的间隔最小纤维数之差为质数。
作为进一步方案，所述的专用导气条使用的玻璃布组合至少为2层，包括1层表面层和1层支撑层，表面层织物纤维交错点密度要大于支撑层密度。
作为进一步方案，所述的导气条使用的微粉填料为气相二氧化硅，但不限于气相二氧化硅，优选是聚集体平均粒径＜1μm的无机填料。
本发明提供一种复合材料真空成型方法，包括：在模具的表面贴合一层隔离膜，在隔离膜上铺敷一层脱模布，在脱模布表面铺贴预浸料，形成预成型体，将导气条与预成型体的边缘紧密贴合，在预成型体上顺序铺敷一层隔离膜，一层上模具板和一层透气毡，将导气条剩余的部分跨越上模具链接于透气毡下方，形成一个隔离膜/预成型体与导气条/透气毡的封闭导气系统，在其边缘用密封腻子条条密封。用真空袋将完成组合的模具-封闭导气成型系统密封，并链接真空通路。室温抽真空。当观察到导气条支撑层表面纤维交错处与真空袋表面贴合后，关闭抽气阀门保持负压10分钟，如果表显真空度没有明显下降，即认为抽真空完成，按照所选用的树脂体系固化工艺完成固化，脱模得到复合材料制件。所述真空成型的封装组合示意图如图1所示。
所述的隔离膜材质为聚四氟乙烯布，厚度为0.01mm～0.50mm。
所述的预浸料是中温或高温固化环氧树脂、酚醛树脂、氰酸酯树脂、苯并噁嗪树脂或双马来酰亚胺树脂。
所述的透气毡材质是玻璃纤维但不限于玻璃纤维，包含聚酯纤维、聚酰胺66和芳纶等材质。
实施例1：
采用本发明所述的真空袋成型方法制备5mm厚复合材料平板制件，选用中材科技生产的EW100a平纹织物和SW280a八枚三飞织物，根据平板制件设计厚度进行裁剪，EW100a纤维面重为100g/m2，SW280a纤维面重为285g/m2，织物密度EW100a为15根/10mm，SW280a为20根/10mm，其中EW100a为表面层，SW280a为支撑层。在预成型体的厚度方向多裁剪2mm，长度方向多裁剪8mm的长度。
将两种玻璃布导气条沿边缘缝合，选用气相二氧化硅作为微粉填料，缝合后将微粉填料倒入导气条中，使导气条厚度增加＜0.5mm，使用小刷子清理表面层的微粉填料，使导气条能够与预成型体边缘贴合。
在模具的表面贴合一层隔离膜，在隔离膜上铺敷一层脱模布，在脱模布表面铺贴
Figure BDA0003378406270000051
1203/EW301F/38预浸料，铺层顺序为[45/0-45/90]4s，形成预成型体，将导气条与预成型体的边缘紧密贴合，在预成型体上顺序铺敷一层隔离膜，一层上模具板和一层透气毡，将导气条剩余的部分跨越上模具链接于透气毡下方，形成一个隔离膜/预成型体与导气条/透气毡的封闭导气系统，在其边缘用密封腻子条条密封。
用真空袋将完成组合的模具-封闭导气成型系统密封，并链接真空通路。室温抽真空。当观察到导气条支撑层表面纤维交错处与真空袋表面贴合后，关闭抽气阀门保持负压10分钟，如果表显真空度没有明显下降，即认为抽真空完成，按照所选用的树脂体系固化工艺完成固化，脱模得到复合材料制件。经测定，成型预浸料孔隙率小于1％，复合材料树脂含量复合标准要求，导气条吸胶极少。
实施例2：
采用本发明所述的真空袋成型方法制备5mm厚复合材料U型板材制件，选用中材科技生产的EW105C四枚织物和EW301F-127八枚三飞织物，根据平板制件设计厚度进行裁剪，EW105C纤维面重为110g/m2，EW301F-127纤维面重为285g/m2，织物密度EW105C为18根/10mm，EW301F-127为20根/10mm，其中EW105C为表面层，EW301F-127为支撑层。在预成型体的厚度方向多裁剪2mm，长度方向多裁剪8mm的长度。
将两种玻璃布导气条沿边缘缝合，选用气相二氧化硅作为微粉填料，缝合后将微粉填料倒入导气条中，使导气条厚度增加＜0.5mm，使用小刷子清理表面层的微粉填料，使导气条能够与预成型体边缘贴合。
在模具的表面贴合一层隔离膜，在隔离膜上铺敷一层脱模布，在脱模布表面铺贴3218Z/SW280a预浸料，铺层顺序为[0,90]8s，形成预成型体，将导气条与预成型体的边缘紧密贴合，在预成型体上顺序铺敷一层隔离膜，一层上模具板和一层透气毡，将导气条剩余的部分跨越上模具链接于透气毡下方，形成一个隔离膜/预成型体与导气条/透气毡的封闭导气系统，在其边缘用密封腻子条条密封。
用真空袋将完成组合的模具-封闭导气成型系统密封，并链接真空通路。室温抽真空。当观察到导气条支撑层表面纤维交错处与真空袋表面贴合后，关闭抽气阀门保持负压10分钟，如果表显真空度没有明显下降，即认为抽真空完成，按照所选用的树脂体系固化工艺完成固化，脱模得到复合材料制件。经测定，成型预浸料孔隙率小于1％，复合材料树脂含量复合标准要求，导气条吸胶极少。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种导气条，其特征在于，所述导气条由第一玻璃布、第二玻璃布和微粉填料制成，所述第一玻璃布和第二玻璃布的边缘相连接，所述微粉填料填充至第一玻璃布和第二玻璃布之间形成的容纳腔体内。
2.根据权利要求1所述的导气条，其特征在于，所述第一玻璃布的纤维面重≤120g/m2，所述第一玻璃布的织物密度≤18根/10mm。
3.根据权利要求1所述的导气条，其特征在于，所述第二玻璃布的纤维面重≤300g/m2，所述第二玻璃布的织物密度≥20根/10mm。
4.根据权利要求1所述的导气条，其特征在于，所述第一玻璃布的织物结构为平纹织构；所述第二玻璃布的八枚三飞织构。
5.根据权利要求1-4任一所述的导气条，其特征在于，所述微粉填料为平均粒径＜1μm的无机填料，所述微粉填料的填充厚度＜0.5mm。
6.一种复合材料真空成型方法，其特征在于，使用权利要求1-5任一所述的导气条。
7.根据权利要求6所述的复合材料真空成型方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)在模具的表面贴合一层隔离膜，在隔离膜上铺敷一层脱模布，在脱模布表面铺贴预浸料，形成预成型体，将导气条与预成型体的边缘紧密贴合，在预成型体上顺序铺敷一层隔离膜，一层上模具板和一层透气毡，将导气条剩余的部分跨越上模具链接于透气毡下方，得到模具-预成型体组合，所述隔离膜、预成型体、导气条和透气毡形成一个的封闭导气系统；
2)将步骤1中得到模具-预成型体组合放入真空袋中，室温抽真空；
3)待导气条的表面纤维与真空袋表面贴合后，关闭真空袋的抽气阀门，保持一定时间，确认真空完成；
4)完成预成型体的固化，脱模，得到复合材料制件。
8.根据权利要求7所述复合材料真空成型方法，其特征在于，所述步骤1中的导气条的尺寸与预成型体的尺寸相适配。
9.根据权利要求7所述复合材料真空成型方法，其特征在于，所述步骤3中的真空保持时间大于等于10分钟。
10.根据权利要求7-9任一所述复合材料真空成型方法，其特征在于，所述的隔离膜材质为聚四氟乙烯布，厚度为0.01mm-0.50mm；所述的预浸料是中温或高温固化环氧树脂、酚醛树脂、氰酸酯树脂、苯并噁嗪树脂或双马来酰亚胺树脂中的一种；所述的透气毡材质是玻璃纤维或聚酯纤维。
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