CN114131957B - 一种大尺寸rtm产品用模具及rtm产品的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明特别涉及一种大尺寸RTM产品用模具及RTM产品的制备方法，属于复合材料技术领域，包括多瓣阴模，每瓣阴模的合模缝处均铺设有抗皱蒙皮。其采用多瓣阴模以适应大尺寸产品，通过在合模缝处铺设抗皱蒙皮，一方面对合模缝之间的间隙进行封堵，防止预浸料挤压或渗透进入间隙，另一方面利用合模缝对预浸料施加向外的推挤效果，从而有效防止合模过程中合模缝间隙处产生褶皱或凹陷的情况发生。RTM产品的制备方法，其有效控制了单层预浸料的厚度和边缘的整齐度，降低后续产生褶皱和凹陷的风险。
Description
技术领域
本发明属于复合材料技术领域，特别涉及一种大尺寸RTM产品用模具及RTM产品的制备方法。
背景技术
根据飞行器产品发展趋势对防隔热材料提出了低密度性和整体性要求，在RTM成型工艺中通常产品的表面质量依靠机械加工进行保证，而机械加工会对最外层材料产生破坏，无法满足整体性要求。目前产品基本采用RTM净尺寸成型方式，产品外型面不进行机械加工，表观质量依靠RTM过程进行保证，因此产品的表观质量控制成为了净尺寸RTM成型中的关键点和难点。尤其在低密度材料体系中，其基体材料自身密度小、强度低，受压状态下极易发生形变和收缩，导致产品表面出现褶皱、凹陷等问题，这一点在大尺寸产品中的表现更为明显，产品的尺寸效应会将表观质量缺陷进一步放大，影响产品质量和材料性能。
发明内容
本申请的目的在于提供一种大尺寸RTM产品用模具及RTM产品的制备方法，解决现有技术制备大尺寸RTM产品时容易产生褶皱和凹陷的技术问题。
为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种大尺寸RTM产品用模具，包括多瓣阴模，每瓣阴模的合模缝处均铺设有抗皱蒙皮。
基于同一发明构思，本发明实施例还提供了一种RTM产品的制备方法，包括如下步骤：
S1、得到金属基体；
S2、于所述金属基体表面随型铺设并粘接石英纤维网胎，形成石英纤维针刺毡；
S3、于所述石英纤维针刺毡表面铺设预浸料；
S4、于所述预浸料表面铺设蒙皮；
S5、采用多瓣阴模预压所述蒙皮，待所述预浸料压缩至预设层厚时去除蒙皮；
S6、沿所述多瓣阴模的合模缝去除所述预浸料的余料；
S7、重复步骤S3-S6，直至所述预浸料铺设至预设总厚；
S8、合模、高温固化并脱模，得到所述大尺寸RTM产品。
可选的，控制所述石英纤维针刺毡厚度的压缩余量为10-30%。
可选的，控制所述石英纤维针刺毡的压前密度为：0.10-0.55g/cm3，所述石英纤维针刺毡的压后密度为0.2g/cm3。
可选的，控制所述预浸料厚度的压缩余量为3-4%，步骤S4中，所述蒙皮的厚度的计算公式的表达式为：
H2=H0-H1·S，
其中，H2表示所述蒙皮的厚度，H0表示所述预设总厚，H1表示所述预浸料的预设层厚，S表示所述预浸料的层数。
可选的，步骤S8中，控制所述合模间隙为：0.1-0.15mm。
可选的，所述石英纤维网胎采用B型石英纤维纱制备得到。
可选的，所述蒙皮及所述抗皱蒙皮均采用无碱玻璃纤维布浸渍酚醛树脂制备得到。
可选的，所述预浸料采用酚醛树脂浸渍2.5D石英纤维机织布制备得到。
可选的，步骤S8中，所述高温固化后，待温度降至＜60℃时进行所述脱模，并对所述大尺寸RTM产品表面及飞边进行打磨。
本发明实施例中的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
本发明实施例提供的一种大尺寸RTM产品用模具，包括多瓣阴模，每瓣阴模的合模缝处均铺设有抗皱蒙皮。该大尺寸RTM产品用模具采用多瓣阴模以适应大尺寸产品，通过在合模缝处铺设抗皱蒙皮，一方面对合模缝之间的间隙进行封堵，防止预浸料挤压或渗透进入间隙，另一方面利用合模缝对预浸料施加向外的推挤效果，从而有效防止合模过程中合模缝间隙处产生褶皱或凹陷的情况发生。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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获得其它的附图。
图1是本发明实施例提供的RTM产品的制备方法的流程图；
图2和图3是现有模具使用时的状态图；
图4和图5是本发明实施例提供的大尺寸RTM产品用模具使用时的状态图。
附图标记：
1-多瓣阴模；10-抗皱蒙皮；2-金属基体。
具体实施方式
下文将结合具体实施方式和实施例，具体阐述本发明，本发明的优点和各种效果将由此更加清楚地呈现。本领域技术人员应理解，这些具体实施方式和实施例是用于说明本发明，而非限制本发明。
在整个说明书中，除非另有特别说明，本文使用的术语应理解为如本领域中通常所使用的含义。因此，除非另有定义，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属领域技术人员的一般理解相同的含义。若存在矛盾，本说明书优先。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本发明的保护范围。例如，室温可以是指10～35℃区间内的温度。
除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等，均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。
本申请实施例的技术方案为解决上述技术问题，总体思路如下：
请参照图4和图5，根据本发明一种典型的实施方式，提供了一种大尺寸RTM产品用模具，包括多瓣阴模，每瓣阴模的合模缝处均铺设有抗皱蒙皮。
该大尺寸RTM产品用模具采用多瓣阴模以适应大尺寸产品，通过在合模缝处铺设抗皱蒙皮，一方面对合模缝之间的间隙进行封堵，防止预浸料挤压或渗透进入间隙，另一方面利用合模缝对预浸料施加向外的推挤效果，从而有效防止合模过程中合模缝间隙处产生褶皱或凹陷的情况发生。
根据本发明另一种典型的实施方式，提供了一种RTM产品的制备方法，包括如下步骤：
S1、得到金属基体2；
S2、于所述金属基体2表面随型铺设并粘接石英纤维网胎，形成石英纤维针刺毡；
S3、于所述石英纤维针刺毡表面铺设预浸料；
S4、于所述预浸料表面铺设蒙皮；
S5、采用多瓣阴模1预压所述蒙皮，待所述预浸料压缩至预设层厚时去除蒙皮；
S6、沿所述多瓣阴模的合模缝去除所述预浸料的余料；
S7、重复步骤S3-S6，直至所述预浸料铺设至预设总厚；
S8、合模、高温固化并脱模，得到所述大尺寸RTM产品。
该制备方法通过上述八个步骤进行大尺寸RTM产品的制备，以解决其易产生褶皱或凹陷的问题，具体地，通过步骤S1和S2，利用金属基体作为阳模，于金属基体上制备纤维针刺毡，利用纤维针刺毡形成后续预浸料的贴附基层，通过步骤S3至S6，一层一层地将预浸料铺设于纤维针刺毡上，并通过多瓣阴模1预压蒙皮，间接预压预浸料，使预浸料从铺设厚度压缩至预设层厚，而后去除蒙皮，并将压缩至预设层厚的余料去除，从而有效控制了单层预浸料的厚度和边缘的整齐度，降低后续产生褶皱和凹陷的风险，通过步骤S7，得到多层厚度均匀、边缘平整且贴附平整的预浸料，通过步骤S8固化得到所述大尺寸RTM产品。需要说明的是，通过步骤S5，利用多瓣阴模1的抗皱蒙皮10，一方面对合模缝之间的间隙进行封堵，防止预浸料挤压或渗透进入间隙，另一方面利用合模缝对预浸料施加向外的推挤效果，从而有效防止合模过程中合模缝间隙处产生褶皱或凹陷的情况发生，结合上述其他步骤，从多方面控制了褶皱和凹陷的产生几率，从而有效地提升了产品的表面性能。
作为一种可选的实施方式，控制所述石英纤维针刺毡厚度的压缩余量为10-30%。
上述控制条件的机理在于：10-30%厚度压缩余量能够有效保证金属基体2表面铺设的材料与多瓣阴模1的贴合程度，同时避免由于压缩量过大导致产生褶皱。
作为一种可选的实施方式，控制所述石英纤维针刺毡的压前密度为：0.10-0.55g/cm3，所述石英纤维针刺毡的压后密度为0.2 g/cm3。
上述控制条件的机理在于：
（1）石英纤维针刺毡属于蓬松结构织物，通过改变单位体积内的纤维含量和针刺密度能够对石英纤维针刺毡的密度在0.10-0.55g/cm3范围内进行调控，以适应不同密度要求的产品。
（2）石英纤维针刺毡的密度越低，其蓬松度和柔软度越好，可压缩量越大，但强度和硬度越低，反之，密度越高，毡子的硬度越大、强度越高、压缩量越小，因此需要选取较为合适的密度。
（3）由于在注胶前需在石英纤维针刺毡外层铺设工艺蒙皮，蒙皮自身密度较大，存在有一定重量，因此将蒙皮铺设于石英针刺毡上时，若石英针刺毡密度过低则结构较为蓬松，强度、硬度较低，则无法为蒙皮提供足够的承载力，导致石英针刺毡在蒙皮自身重量下自然压缩导致偏离理论尺寸，使内层厚度不足，导致最终产品在铺设外层预浸料后与模具贴合不充分，出现褶皱、凹陷等问题。上述密度是在当前产品密度指标约束下能够有效保证产品表观质量的最适合密度。
作为一种可选的实施方式，控制所述预浸料厚度的压缩余量为3-4%，步骤S4中，所述蒙皮的厚度的计算公式的表达式为：
H2=H0-H1·S，
其中，H2表示所述蒙皮的厚度，H0表示所述预设总厚，H1表示所述预浸料的预设层厚，S表示所述预浸料的层数。
上述步骤的设置原因在于：利用上述公式制备得到的蒙皮始终与对应的预浸料层数和厚度对应，从而使铺设完成的预浸料正好压缩至对应的预设层厚（即单层预设层厚乘以层数后的厚度），同时使预浸料的余料正好为所要去除的余量，从而有效预防后续制备过程中产生褶皱和凹陷。
作为一种可选的实施方式，步骤S8中，控制所述合模间隙为：0.1-0.15mm。
上述控制条件的机理在于：若合模间隙＞0.15mm，则存在产品与模具贴合不充分的情况，导致固化后产品尺寸偏离理论值，或在表面形成台阶状的缺陷；若间隙＜0.1mm，则存在模具局部干涉的情况，导致模具局部安装不到位，继而形成局部缺陷。
作为一种可选的实施方式，所述石英纤维网胎采用B型石英纤维纱制备得到。
一般而言：石英纤维纱指采用二氧化硅为原料、通过高温拉伸等相关工艺使材料变为纱线状，之后将多根单纱捻合成股而形成的束装纱线。石英纤维纱按照质量品级从高到低通常依次分为A、B、C、D四型，等级越高其纤维结构越好、缺陷越少、强度越高、价格越昂贵、生产越困难，其中A型为最高等级。
上述制备方法的机理在于：石英纤维针刺毡所采用的B型石英纤维纱SiO2含量≥99.95%，具备良好的耐烧蚀性能和耐腐蚀性能，同时具备良好的拉伸强度和韧性，并且价格适中，生产效率较高。
作为一种可选的实施方式，所述蒙皮及所述抗皱蒙皮均采用无碱玻璃纤维布浸渍酚醛树脂制备得到。
上述制备方法的机理在于：无碱玻璃纤维预浸布具有良好的柔性，能够与模具充分贴合，保证蒙皮尺寸和外形的契合度，与模具和内层材料的贴合更为紧密，更有利于内层材料的定型；并且固化后的无碱玻璃纤维布预浸布具有适合的硬度、强度和柔韧性，在合模时能够对缝隙位置的石英纤维针刺毡提供足够的压缩力，同时良好的柔韧性能够保证合模时蒙皮随工装下压角度变化而发生相应变形，同时保证过程中蒙皮不发生褶皱或破裂，也能过有效避免蒙皮因自身硬度过大导致变形后、对针刺毡形成局部过量压缩而形成凹陷的情况。
作为一种可选的实施方式，所述预浸料采用酚醛树脂浸渍2.5D石英纤维机织布制备得到。
一般而言：2.5D指一种纺织的结构形式，常见布料通常为2D织物，3D织物是在2D织物平面X、Y两个方向之外，增加了垂直于二维平面的Z向连接结构，而2.5D则介于2D结构和3D结构之间，织物在X、Y方向的纱线外，在层间额外增加纤维束，并与上下层纱线进行连接。石英纤维机织布就是采用上述纺织方式采用石英纤维纱线为原料编织成型的布料。
上述制备方法的机理在于：浸渍采用刷涂浸渍的方式，并在刷涂过程中采用压辊对胶液进行挤压，保证胶液刷涂均匀和充分浸润。刷涂后可在30-60℃范围内进行晾置或烘干，获得适合的胶液粘度。
作为一种可选的实施方式，步骤S8中，所述高温固化后，待温度降至＜60℃时进行所述脱模，并对所述大尺寸RTM产品表面及飞边进行打磨。
上述控制条件的机理在于：若脱模高温＞60℃，则树脂材料自身温度较高，环境温度与材料温度存在较大温差，此时脱模后材料内层和外层所处温度环境不同，材料内、外部分的收缩情况不一致，材料内部形成内应力而导致变形的产生，并且外层在快速的温度变化下表层树脂易产生开裂。同时，快速冷却改变了树脂中溶剂气体的散发速率，导致其空隙结构的形成过程发生变化，同时过快的溶剂挥发速率导致形成微观孔隙结构的坍塌而影响材料性能。
下面将结合实施例、对照例及实验数据对本申请的软质镀锡板及其制备方法进行详细说明。
实施例1
一种大尺寸RTM产品用模具，包括多瓣阴模1，每瓣阴模1的合模缝处均铺设有抗皱蒙皮10。
一种RTM产品的制备方法，包括如下步骤：
S1、选取伺服舱（长度3m，直径1m）作为金属基体2。
S2、采用B型石英纤维纱制备得到石英纤维网胎，于所述金属基体2表面随型铺设并粘接石英纤维网胎，形成石英纤维针刺毡，并控制所述石英纤维针刺毡自然状态下厚度为18.5mm，厚度的压缩余量为10%，控制所述石英纤维针刺毡的压前密度为：0.4g/cm3，所述石英纤维针刺毡的压后密度为0.2g/cm3。
S3、采用酚醛树脂浸渍2.5D石英纤维机织布制备预浸料，于所述石英纤维针刺毡表面铺设预浸料，控制所述预浸料厚度的压缩余量为3-4%，预浸料层数S为3，预浸料预设层厚H1为2mm，预设总厚H0为6mm，算得三层蒙皮的厚度分别为5.8mm、3.8mm和1.8mm。
S4、采用无碱玻璃纤维布浸渍酚醛树脂制备蒙皮，于所述预浸料表面铺设蒙皮。
S5、采用上述多瓣阴模1预压所述蒙皮，待所述预浸料压缩至预设层厚（即2mm）时去除蒙皮。
S6、沿所述多瓣阴模1的合模缝去除所述预浸料的余料。
S7、重复步骤S3-S6三次。
S8、控制所述合模间隙为0.1mm进行合模，控制温度为100-160℃进行高温固化，待温度降至＜60℃时进行脱模，并对所述大尺寸RTM产品表面及飞边进行打磨，得到所述大尺寸RTM产品。
附图2-5的详细说明：
如图2和3所示，为现有模具使用时的状态图，由图可知，现有的模具在合模缝处容易产生褶皱和凹陷。
如图4和图5所示，为本发明实施例提供的大尺寸RTM产品用模具使用时的状态图，由图可知，抗皱蒙皮能够有效改善合模缝处容易产生褶皱和凹陷的问题。
本发明实施例中的一个或多个技术方案，至少还具有如下技术效果或优点：
（1）本发明实施例提供的大尺寸RTM产品用模具，采用多瓣阴模以适应大尺寸产品，通过在合模缝处铺设抗皱蒙皮，一方面对合模缝之间的间隙进行封堵，防止预浸料挤压或渗透进入间隙，另一方面利用合模缝对预浸料施加向外的推挤效果，从而有效防止合模过程中合模缝间隙处产生褶皱或凹陷的情况发生。
（2）本发明实施例提供的RTM产品的制备方法，通过上述八个步骤进行大尺寸RTM产品的制备，以解决其易产生褶皱或凹陷的问题，具体地，通过步骤S1和S2，利用金属基体作为阳模，于金属基体上制备纤维针刺毡，利用纤维针刺毡形成后续预浸料的贴附基层，通过步骤S3至S6，一层一层地将预浸料铺设于纤维针刺毡上，并通过多瓣阴模1预压蒙皮，间接预压预浸料，使预浸料从铺设厚度压缩至预设层厚，而后去除蒙皮，并将压缩至预设层厚的余料去除，从而有效控制了单层预浸料的厚度和边缘的整齐度，降低后续产生褶皱和凹陷的风险，通过步骤S7，得到多层厚度均匀、边缘平整且贴附平整的预浸料，通过步骤S8固化得到所述大尺寸RTM产品。
最后，还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (8)
1.一种大尺寸RTM产品的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、得到金属基体；
S2、于所述金属基体表面随型铺设并粘接石英纤维网胎，形成石英纤维针刺毡；
S3、于所述石英纤维针刺毡表面铺设预浸料；
S4、于所述预浸料表面铺设蒙皮；
S5、采用多瓣阴模预压所述蒙皮，待所述预浸料压缩至预设层厚时去除蒙皮，每瓣阴模的合模缝处均铺设有抗皱蒙皮；
S6、沿所述多瓣阴模的合模缝去除所述预浸料的余料；
S7、重复步骤S3-S6，直至所述预浸料铺设至预设总厚；
S8、合模、高温固化并脱模，得到所述大尺寸RTM产品。
2.根据权利要求1所述的RTM产品的制备方法，其特征在于，控制所述石英纤维针刺毡厚度的压缩余量为10-30%。
3.根据权利要求1所述的RTM产品的制备方法，其特征在于，控制所述预浸料厚度的压缩余量为3-4%，步骤S4中，所述蒙皮的厚度的计算公式的表达式为：
H2=H0-H1·S，
其中，H2表示所述蒙皮的厚度，H0表示所述预设总厚，H1表示所述预浸料的预设层厚，S表示所述预浸料的层数。
4.根据权利要求1所述的RTM产品的制备方法，其特征在于，步骤S8中，控制所述合模间隙为：0.1-0.15mm。
5.根据权利要求1所述的RTM产品的制备方法，其特征在于，所述石英纤维网胎采用B型石英纤维纱制备得到。
6.根据权利要求1所述的RTM产品的制备方法，其特征在于，所述蒙皮及所述抗皱蒙皮均采用无碱玻璃纤维布浸渍酚醛树脂制备得到。
7.根据权利要求1所述的RTM产品的制备方法，其特征在于，所述预浸料采用酚醛树脂浸渍2.5D石英纤维机织布制备得到。
8.根据权利要求1所述的RTM产品的制备方法，其特征在于，步骤S8中，所述高温固化后，待温度降至＜60℃时进行所述脱模，并对所述大尺寸RTM产品表面及飞边进行打磨。
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