CN114347505A - 一种超厚度比复合材料制件固化温度分控方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种超厚度比复合材料制件固化温度分控方法，根据超厚度比复合材料制件的厚度变化梯度分区，并分别覆盖不同厚度的隔热层，再进行加热固化。本发明只需通过调整隔热层厚度来控制制件固化的温度梯度，并且通过单独改变某一区域的隔热层厚度，对制件进行分段控制，而不影响其余区域，达到对制件分段温控的目的；与现有技术相比，本发明温度分控方法仅需更换材料及厚度，操作简单，且不需要大量的热分布模拟数据，大量降低了制件温控试错成本，同时对于固化参数的设置要求不高；且仅通过变更隔热材料的材质或厚度，来针对性的控制某一区域的温度分布情况，对于制件的其他分区控制互不影响，具有良好的实用价值。
Description
技术领域
本发明涉及一种超厚度比复合材料制件固化温度分控方法。
背景技术
先进树脂基复合材料比强度高，重量轻，并且具有耐腐蚀、耐疲劳等优点，在航空领域的应用日渐广泛。目前大厚度构件越来越多，例如复材装甲壳、压力容器、发动机叶片等。对于大厚度制件，尤其是整体零件厚度差值较大的零件来说，固化时的温度梯度差距比较大，导致由于固化不均、或局部固化不完全导致零件变形严重。
对于控制超厚度比制件在固化中的梯度分布，现有技术是从固化过程以及工装设计上进行控制的。其中，通过工装设计上的控制，需要考虑到工装材质、工装厚度等各个方面因素；且这种控制方式需要前期进行仿真模拟来保证工装设计可以有效对温度梯度较大的区域进行矫正，而固化仿真的有限元建立比较复杂，且难以准确模拟真实的固化过程。因此，固化过程上的控制成为主要的控制方式。固化过程控制主要是通过调整升温速率、增加保温平台或者延长保温时间，来平衡固化过程中制件不同区域的温度梯度，但这种控制方式存在以下问题：
1、通过调整升温速率，使制件不同的区域或者不同的升温阶段中，升温速率尽量贴近，但对于厚度差距较大的制件，速率较难统一，需要经过多次试验摸索；同时速率的调整对于制件的所有区域都会产生影响，难以协调；
2、增加保温平台，使制件在温差较大的阶段先达到一次热平衡，但增加保温平台会延长制件的固化周期，增加固化成本；
3、调整制件固化过程中的热辐射姿态，使制件不同区域接受热辐射的状态接近，但此方式受制于制件的模具状态，例如模具厚度、模具摆放方式等。
因此，如何解决现有的温控方式需要大量试验积累，耗时长，且成本高昂等缺点成为亟待解决的问题。
发明内容
针对上述存在的问题，本发明提供一种超厚度比复合材料制件固化温度分控方法，根据超厚度比复合材料制件的厚度变化梯度分区，并分别覆盖不同厚度的隔热层，再进行加热固化，有效解决超厚度比复合材料制件固化中的梯度分布问题。具体技术方案如下：
本发明提供一种超厚度比复合材料制件固化温度分控方法，根据超厚度比复合材料制件的厚度变化梯度分区，并分别覆盖不同厚度的隔热层，再进行加热固化。
前述的超厚度比复合材料制件固化温度分控方法，具体包括如下步骤：
1）规划制件温度梯度分区：根据超厚度比复合材料制件的厚度变化特点，将超厚度比复合材料制件进行梯度分区，以此作为制件固化温度梯度分区的基础；
2）零件铺贴及封装：将用于制备超厚度比复合材料制件的预浸料按要求铺贴在模具上，并预压后采用封装材料进行封装；
3）覆盖隔热层：根据步骤1）中规划的制件温度梯度分区，分别在封装的超厚度比复合材料制件预浸料上覆盖不同厚度的隔热层；
4）固化成型：将铺放隔热层后的超厚度比复合材料制件进行加热加压，使其固化成型；
5）脱模：待超厚度比复合材料制件固化成型后，拆除隔热层以及封装材料，并将制件与模具分离即可。
前述的超厚度比复合材料制件固化温度分控方法，步骤1）中所述规划制件温度梯度分区为将超厚度比复合材料制件厚度相近的连续区域作为一个梯度分区。
优选的，前述的超厚度比复合材料制件固化温度分控方法，所述梯度分区同一区域的厚度变化不超过10mm。
前述的超厚度比复合材料制件固化温度分控方法，步骤3）中所述覆盖不同厚度的隔热层为在超厚度比复合材料制件厚度较小的区域铺贴较少的隔热层，在超厚度比复合材料制件厚度较大的区域铺贴较多的隔热层。
优选的，前述的超厚度比复合材料制件固化温度分控方法，超厚度比复合材料制件厚度较大区域铺贴的下层隔热层与在超厚度比复合材料制件厚度较小的区域铺贴的隔热层一体设计，且隔热层的厚度根据超厚度比复合材料制件的厚度变化呈梯度变化。
前述的超厚度比复合材料制件固化温度分控方法，所述隔热层为玻璃纤维织物、隔热棉、透气毡或硅橡胶中的一种或多种组合；优选为玻璃纤维织物。
本发明的有益效果：
本发明温度分控方法只需通过调整隔热层厚度来控制制件固化的温度梯度，并且通过单独改变某一区域的隔热层厚度，对制件进行分段控制，而不影响其余区域；即该温控方式可通过调整不同区域的隔热材料，来达到对制件分段温控的目的；与现有技术相比，本发明具有以下几个优势：
1、与传统温控方法相比，本发明温度分控方法仅需更换材料及厚度，操作简单；
2、与传统温控方法相比，本发明温度分控方法不需要大量的热分布模拟数据，大量降低了制件温控试错成本；
3、与传统温控方法相比，本发明温度分控方法对于固化参数的设置要求不高；
4、与传统温控方法相比，本发明温度分控方法对于制件的分区控制互不影响，可以通过变更隔热材料的材质或厚度，来针对性的控制某一区域的温度分布情况。
附图说明
图1为本发明超厚度比复合材料制件固化温度分控方法覆盖隔热层示意图。
具体实施方式
下面将结合实施例及附图，对本发明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较佳实施例，而不是全部的实施例，亦并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用所揭示的技术内容加以变更或改型等同变化。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。
实施例1
本实施例是一种超厚度比复合材料制件固化温度分控方法，根据超厚度比复合材料制件的厚度变化梯度分区，并分别覆盖不同厚度的隔热层，再进行加热固化。因此，只需通过调整隔热层厚度来控制制件固化的温度梯度，并且通可过单独改变某一区域的隔热层厚度，对制件进行分段控制，而不影响其余区域；即该温控方式可通过调整不同区域的隔热材料，来达到对制件分段温控的目的，有效解决超厚度比复合材料制件固化中的梯度分布问题。
本实施例所述的超厚度比复合材料制件固化温度分控方法具体包括如下步骤：
1）规划制件温度梯度分区：根据超厚度比复合材料制件的厚度变化特点，将超厚度比复合材料制件进行梯度分区，规划制件温度梯度分区，以此作为制件固化温度梯度分区的基础；所述规划制件温度梯度分区为将超厚度比复合材料制件厚度相近的连续区域作为一个梯度分区，且同一区域的厚度变化不超过10mm。
2）零件铺贴及封装：将用于制备超厚度比复合材料制件的预浸料按要求铺贴在模具上，并预压后采用封装材料进行封装。
3）覆盖隔热层：根据步骤1）中规划的制件温度梯度分区，分别在步骤2）中封装的超厚度比复合材料制件预浸料上覆盖不同厚度的隔热层。具体为：在超厚度比复合材料制件厚度较小的区域铺贴较少的隔热层，在超厚度比复合材料制件厚度较大的区域铺贴较多的隔热层。且作为优选的实施方式的，超厚度比复合材料制件厚度较大区域铺贴的下层隔热层与在超厚度比复合材料制件厚度较小的区域铺贴的隔热层一体设计，且隔热层的厚度根据超厚度比复合材料制件的厚度变化呈梯度变化。铺贴的隔热层为玻璃纤维织物、隔热棉、透气毡或硅橡胶等隔热材料中的一种或多种组合；优选使用玻璃纤维织物。
例如图1所示，根据厚度变化将一超厚度比复合材料制件划分成厚度39-31mm、厚度31-23mm、厚度23-15mm的三个不同梯度分区，待用于制备该超厚度比复合材料制件的预浸料铺贴封装后，在封装材料上依次覆盖不同厚度的隔热层。在本示例中，在厚度39-31mm的梯度分区不覆盖玻璃纤维织物，在厚度31-23mm的梯度分区覆盖100层玻璃纤维织物，且该100层玻璃纤维织物也覆盖至厚度23-15mm的梯度分区，并且在厚度23-15mm的梯度分区的100层玻璃纤维织物之上再覆盖20层玻璃纤维织物，形成梯度变化。
4）固化成型：将铺放隔热层后的超厚度比复合材料制件进行加热加压，使其固化成型。本实施例所述温度分控方法对于固化参数的设置要求不高，如果需要调整固化温度只需要更换隔热层材料或调整覆盖隔热层的厚度，即可单独改变某一区域的固化温度，其对于制件的其他梯度分区温度控制不影响，也不需要大量的热分布模拟数据，大大降低了超厚度比复合材料制件温控试错的成本。
5）脱模：待超厚度比复合材料制件固化成型后，拆除隔热层以及封装材料，并将制件与模具分离即可。
总体而言，本发明温度分控方法只需通过调整隔热层厚度来控制制件固化的温度梯度，并且通过单独改变某一区域的隔热层厚度，对制件进行分段控制，而不影响其余区域；通过调整不同区域的隔热材料，来达到对制件分段温控的目的；与现有技术相比，本发明温度分控方法仅需更换材料及厚度，操作简单；且不需要大量的热分布模拟数据，大量降低了制件温控试错成本；同时对于固化参数的设置要求不高；通过变更隔热材料的材质或厚度，来针对性的控制某一区域的温度分布情况，对于制件的其他分区控制互不影响，具有良好的实用价值。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的得同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (8)
1.一种超厚度比复合材料制件固化温度分控方法，其特征在于：根据超厚度比复合材料制件的厚度变化梯度分区，并分别覆盖不同厚度的隔热层，再进行加热固化。
2.根据权利要求1所述的超厚度比复合材料制件固化温度分控方法，其特征在于：包括如下步骤：
1）规划制件温度梯度分区：根据超厚度比复合材料制件的厚度变化特点，将超厚度比复合材料制件进行梯度分区，以此作为制件固化温度梯度分区的基础；
2）零件铺贴及封装：将用于制备超厚度比复合材料制件的预浸料按要求铺贴在模具上，并预压后采用封装材料进行封装；
3）覆盖隔热层：根据步骤1）中规划的制件温度梯度分区，分别在封装的超厚度比复合材料制件预浸料上覆盖不同厚度的隔热层；
4）固化成型：将铺放隔热层后的超厚度比复合材料制件进行加热加压，使其固化成型；
5）脱模：待超厚度比复合材料制件固化成型后，拆除隔热层以及封装材料，并将制件与模具分离即可。
3.根据权利要求2所述的超厚度比复合材料制件固化温度分控方法，其特征在于：步骤1）中所述规划制件温度梯度分区为将超厚度比复合材料制件厚度相近的连续区域作为一个梯度分区。
4.根据权利要求3所述的超厚度比复合材料制件固化温度分控方法，其特征在于：所述梯度分区同一区域的厚度变化不超过10mm。
5.根据权利要求2所述的超厚度比复合材料制件固化温度分控方法，其特征在于：步骤3）中所述覆盖不同厚度的隔热层为在超厚度比复合材料制件厚度较小的区域铺贴较少的隔热层，在超厚度比复合材料制件厚度较大的区域铺贴较多的隔热层。
6.根据权利要求5所述的超厚度比复合材料制件固化温度分控方法，其特征在于：超厚度比复合材料制件厚度较大区域铺贴的下层隔热层与在超厚度比复合材料制件厚度较小的区域铺贴的隔热层一体设计，且隔热层的厚度根据超厚度比复合材料制件的厚度变化呈梯度变化。
7.根据权利要求1-6任意一项所述的超厚度比复合材料制件固化温度分控方法，其特征在于：所述隔热层为玻璃纤维织物、隔热棉、透气毡或硅橡胶中的一种或多种组合。
8.根据权利要求7任意一项所述的超厚度比复合材料制件固化温度分控方法，其特征在于：所述隔热层为玻璃纤维织物。
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