CN115042452A - 一种蜂窝夹芯树脂基复合材料的成型方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种蜂窝夹芯树脂基复合材料的成型方法，该成型方法对蜂窝芯四周的蜂窝格进行挤压以使蜂窝芯周边区域密度加大，提高该区域蜂窝法线方向和与法线垂直的方向的压缩强度，可制得外观和强度都更优的产品；此外，在铺贴外蒙皮预浸料之前，先铺贴一层预制好的外蒙皮，预制好的蒙皮虽然很薄，但相对软性的预浸料有较好的刚性，能承受真空压力和热压罐一般的压力，保证在固化过程中，非模具面蒙皮不会凹陷于蜂窝格内，使产品有一个较平整的表面，不需要大量的后处理工作。

Description

一种蜂窝夹芯树脂基复合材料的成型方法
技术领域
本发明涉及复合材料成型技术领域，尤其是一种蜂窝夹芯树脂基复合材料的成型方法。
背景技术
“三明治”结构在树脂基复合材料中已经应用非常广泛，是由内、外两层树脂基复合材料蒙皮+夹芯材料组成，夹芯材料目前应用广泛的有：聚氨酯泡沫、交联PVC泡沫、PMI泡沫、PET泡沫、铝蜂窝、芳纶蜂窝、塑料蜂窝、轻木(巴沙木)等，其中铝蜂窝、芳纶蜂窝以密度低，制得的复合材料质量轻、比模量高已经广泛应用于航空航天、卫星通信、轨道交通等领域。
传统的高性能蜂窝夹芯树脂基复合材料产品成型方法一般分两种：第一是将内、外蒙皮预先成型，然后通过热压罐或压机等热压设备将蒙皮与蜂窝芯胶粘。成型效率较低，成本较高。另外一种是将预浸料与蜂窝夹芯直接共固化，虽然提高了成型效率，但是蒙皮表面会形成凹陷，表面质量比较差，后期需要大量的表面修整工作来完善表面。
发明内容
本发明提供一种蜂窝夹芯树脂基复合材料的成型方法，用于克服现有技术中成型效率较低、成本较高，以及蒙皮表面会形成凹陷等缺陷。
为实现上述目的，本发明提出一种蜂窝夹芯树脂基复合材料的成型方法，包括以下步骤：
S1：选用单面模具，对磨具进行预处理；
S2：根据设计的铺贴方向，在预处理后的模具上铺贴内蒙皮预浸料，铺完第一层内蒙皮预浸料后进行一次预压实，然后继续铺贴内蒙皮预浸料；
S3：铺贴树脂胶膜，然后在模具的四周壁面依次铺贴树脂胶膜和发泡胶膜；
S4：铺贴蜂窝芯，挤压蜂窝芯四周的蜂窝格，并将挤压后的蜂窝格与所述发泡胶膜粘接在一起，预压实；
S5：铺贴树脂胶膜，然后铺贴一层预制好的外蒙皮，预压实；
S6：根据设计的铺贴方向，在预制好的外蒙皮上铺贴外蒙皮预浸料；
S7：预压实，固化，自然冷却后脱模，后处理，得到蜂窝夹芯树脂基复合材料。
与现有技术相比，本发明的有益效果有：
1、本发明提供的蜂窝夹芯树脂基复合材料的成型方法，对蜂窝芯四周的蜂窝格进行挤压以使蜂窝芯周边区域密度加大，提高该区域蜂窝法线方向和与法线垂直的方向的压缩强度，从而提高该区域整体的压缩强度；而且在固化过程中，预浸料和树脂胶膜中的树脂软化后，即使蜂窝芯滑移，其本身因为压缩产生的张力，在侧向也能避免蜂窝芯与预浸料蒙皮脱层。因为增加了蜂窝芯在两个方向的压缩强度，可制得外观和强度都更优的产品。
2、本发明提供的蜂窝夹芯树脂基复合材料的成型方法，在铺贴外蒙皮预浸料之前，先铺贴一层预制好的外蒙皮，预制好的蒙皮虽然很薄，但相对软性的预浸料有较好的刚性，能承受真空压力和热压罐一般的压力，保证在固化过程中，非模具面蒙皮不会凹陷于蜂窝格内，使产品有一个较平整的表面，不需要大量的后处理工作。虽然双面刚性模也能避这个凹陷问题，但是需另外准备一面模具或工装，繁琐且增加成本，而且双面刚性模也会带来压力分布问题，给模具设计工作带来一定难度和较大工作量。
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为实施例1得到的蜂窝夹芯树脂基复合材料的结构图；
图2为实施例1蜂窝夹芯树脂基复合材料成型过程中的带模纵向剖视图。
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。
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。
无特殊说明，所使用的药品/试剂均为市售。
本发明提出一种蜂窝夹芯树脂基复合材料的成型方法，包括以下步骤：
S1：选用单面模具，对磨具进行预处理。
S2：根据设计的铺贴方向，在预处理后的模具上铺贴内蒙皮预浸料，铺完第一层内蒙皮预浸料后进行一次预压实，然后继续铺贴内蒙皮预浸料。
S3：铺贴树脂胶膜，然后在模具的四周壁面依次铺贴树脂胶膜和发泡胶膜。
四周壁面，即最终产品的厚度方向，也就是纵向。
利用发泡胶膜良好的粘性，同时也利用其受热膨胀的特性，使蜂窝芯更好的和蒙皮粘接，减小蜂窝和蒙皮漏粘脱层的几率。
S4：铺贴蜂窝芯，挤压蜂窝芯四周的蜂窝格，并将挤压后的蜂窝格与所述发泡胶膜粘接在一起，预压实。
S5：铺贴树脂胶膜，然后铺贴一层预制好的外蒙皮，预压实。
S6：根据设计的铺贴方向，在预制好的外蒙皮上铺贴外蒙皮预浸料。
S7：预压实，固化，自然冷却后脱模，后处理，得到蜂窝夹芯树脂基复合材料。
本发明只采用单面模具，预先成型一层蒙皮(远离模具一面的蒙皮)，该层蒙皮用现有模具成型即可，不需另外开模具，极大的降低了成本。然后将其他预浸料铺层及蜂窝芯及树脂胶膜共固化，可以采用热压罐成型也可以直接用烘箱固化，极大的提高了生产效率。
因为蜂窝在侧向强度很低，传统的成型方法在侧边(厚度方向)容易出现蒙皮与蜂窝脱层，塌陷等现象。所有本发明在铺层蜂窝芯铺层过程中将拉伸好的蜂窝四周挤压，挤压区域一般为从四周边缘指中心的10mm区域。然后在厚度方向通过发泡胶条与预浸料接触连接，极大提高了制品厚度方向的质量，避免了厚度方向蜂窝与蒙皮的脱层及塌陷现象。
模具，材质主要有钢、铝，还有树脂基复合材料常用的玻璃钢模具、碳纤维模具。模具还分阴模和阳膜，根据产品特点及要求，在产品设计阶段会考虑使用阴模还是阳膜。阴模还是阳膜的选择在本发明的技术方案中没有差别。
预浸料为树脂基复合材料，树脂在常温或低温下没有流动性，但又未完全固化，只是处于缓慢固化过程中的一种中间态。但在加热后又能完全固化变硬，达到一定的力学强度。
预浸料铺贴方向，指的是预浸料中纤维方向与参考方向(一般取模具某个平面中的一个方向)的角度。这样做主要是设计时，需考虑到纤维增强材料的各向异性特性结合产品实际工况，需要承受的载荷情况及产品固化过程中和固化后的一些应力情况。
发泡胶膜类似树脂胶模，常温下是具有一定厚度，在加热过程中会以一定比例膨胀发泡。作用主要是起到粘接和填补缝隙的作用。发泡胶膜常温下就有较大的粘性，利于铺层过程中蜂窝和其他材料的连接。
优选地，在步骤S1中，对磨具进行预处理具体为：
用清洗剂将模具擦拭干净；
室温干燥后；
在模具上打脱模剂，重复5遍，每遍间隔15min，最后一遍等待30min。
清洗剂为丙酮、酒精等。
预处理以去污除尘。
优选地，在步骤S2中，内蒙皮预浸料的层数根据需要选择，每铺贴3～4层内蒙皮预浸料进行一次预压实，以保证预浸料与模具，预浸料层与层之间贴合紧密。
内蒙皮预浸料在铺贴前先根据产品数模下料，用自动裁切机切割需要的尺寸，也可用手工裁剪。
每层预浸料根据设计好的方向铺贴，可手工定位也可以借助激光定位仪等设备定位。借助压板，压辊等工具使预浸料与模具贴合紧密，避免架空。如果气温较低、预浸料较硬，可借助热风枪加热预浸料，使预浸料更好的铺贴。
优选地，所有预压实具体为：
在铺贴好的内蒙皮预浸料上按照脱模布、隔离膜、透气毡、真空袋膜的顺序铺放真空辅材，并用密封胶条密封真空袋膜，抽真空，保压以实现预压实，然后取下真空辅材。
真空袋膜是一种塑料、尼龙制成的软性薄膜，保住模具或者贴在模具法兰上，用来将产品密封在模具里。隔离膜也是一种塑料薄膜，一般铺放在产品面和透气毡(与吸胶毡是同一种材料)之间，用来将透气毡从模具上分离。隔离膜有打孔和不打孔两种，带孔隔离膜可以是产品中多余的树脂透过被透气毡吸收，可以降低产品的树脂含量。透气毡是一种疏松软性的材料，可以吸收多余树脂也能使抽真空过程透气，防止真空袋膜跟产品贴合太紧，憋气，影响产品的压实。密封胶条主要作用是密封真空袋膜，使产品处在一个完全密封的空间。所有上述的真空辅材都有一定的最高耐温指标，一般根据固化温度参数来选择。
抽真空、保压，指的是利用真空辅材及真空泵提供的真空将全部产品铺层压实在模具上，以便于送入烘箱或热压罐加热及加压固化。保压指的是产品空间内真空负压抽到-0.1mpa后，关闭真空泵，间隔一定时间，根据真空表显示的读数来判定产品空间内真空度的情况，是否漏气。真空度如能保持-0.1mpa或者接近，表示不漏气，密封性良好，这对产品是非常有利的。反之，如果漏气严重对产品质量会有很大影响，更严重可能导致产品报废。
优选地，在步骤S4中，铺贴蜂窝芯具体为：
将按要求尺寸裁剪好的蜂窝芯，先从模具中间区域铺贴，再逐步往模具四周铺，利用热风枪加热步骤S3铺贴的树脂胶模以使蜂窝芯与树脂胶模粘接在一起。
优选地，所述内蒙皮预浸料的层数等于预制好的外蒙皮层数+外蒙皮预浸料层数。
优选地，在步骤S7中，所述固化的温度为80～120℃，时间为5～8h，真空度为-0.1MPa。
优选地，在步骤S7中，所述后处理具体为：
将脱模后的制件切除飞边，打磨表面，按实际需求进行后续的表面涂装工序。
优选地，所述内蒙皮预浸料和所述外蒙皮预浸料均是指热固性树脂或者热塑性树脂与纤维增强材料预先复合浸渍制成的软性片材。
优选地，所述蜂窝芯为铝蜂窝或者芳纶蜂窝。
本发明夹芯采用的是蜂窝芯，但不局限于蜂窝夹芯，其他类型芯材，如PVC泡沫、PVC泡沫、PMI泡沫、PU泡沫、轻木等夹芯材料同样适用于本发明的技术方案。
实施例1
本实施例提供一种蜂窝夹芯树脂基复合材料的成型方法，包括以下步骤：
S1：选用单面模具，将模具用丙酮、酒精等清洗剂擦拭干净，去污除尘。室温干燥后，在模具上打脱模剂，打5遍，每遍间隔15min，最后一遍等待30min再进行下一步。
S2：根据设计的铺贴方向，在预处理后的模具上铺贴内蒙皮预浸料，铺完第一层内蒙皮预浸料后进行一次预压实，预压实具体为：在铺贴好的内蒙皮预浸料上按照脱模布、隔离膜、透气毡、真空袋膜的顺序铺放真空辅材，并用密封胶条密封真空袋膜，抽真空使真空度小于-0.09mpa，保压15min以实现预压实，然后取下真空辅材。
然后继续铺贴内蒙皮预浸料。内蒙皮预浸料的层数为2层。层数不多，因此无需再进行预压实。
S3：铺贴树脂胶膜，然后在模具的四周壁面依次铺贴树脂胶膜和发泡胶膜；
S4：将按要求尺寸裁剪好的蜂窝芯，先从模具中间区域铺贴，再逐步往模具四周铺，利用热风枪加热步骤S3铺贴的树脂胶模以使蜂窝芯与树脂胶模粘接在一起，挤压蜂窝芯四周的蜂窝格，并将挤压后的蜂窝格与所述发泡胶膜粘接在一起，预压实；
S5：铺贴树脂胶膜，然后铺贴一层预制好的外蒙皮，预压实；
S6：根据设计的铺贴方向，在预制好的外蒙皮上铺贴一层外蒙皮预浸料；
S7：在铺贴好的外蒙皮预浸料上按照脱模布、隔离膜、透气毡、真空袋膜的顺序铺放真空辅材，并用密封胶条密封真空袋膜，抽真空使真空度小于-0.09mpa，保压15min以实现预压实以实现预压实，然后取下真空辅材。
将模具整体推入烘箱或热压罐，准备固化。按照预浸料厂家提供的固化工艺参数设定烘箱温度及加温时间。继续接入真空泵，带真空加热固化。固化的温度为100℃，时间为6h，真空度为-0.1MPa。
模具在烘箱或热压罐自然冷却到60℃以下，将模具从烘箱或热压罐推出，自然冷却至室温后脱模。
将脱模后的制件切除飞边，打磨表面；按技术要求进行后续的表面涂装工序，得到蜂窝夹芯树脂基复合材料，如图1和2所示。
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 (10)

1.一种蜂窝夹芯树脂基复合材料的成型方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：选用单面模具，对磨具进行预处理；
S2：根据设计的铺贴方向，在预处理后的模具上铺贴内蒙皮预浸料，铺完第一层内蒙皮预浸料后进行一次预压实，然后继续铺贴内蒙皮预浸料；
S3：铺贴树脂胶膜，然后在模具的四周壁面依次铺贴树脂胶膜和发泡胶膜；
S4：铺贴蜂窝芯，挤压蜂窝芯四周的蜂窝格，并将挤压后的蜂窝格与所述发泡胶膜粘接在一起，预压实；
S5：铺贴树脂胶膜，然后铺贴一层预制好的外蒙皮，预压实；
S6：根据设计的铺贴方向，在预制好的外蒙皮上铺贴外蒙皮预浸料；
S7：预压实，固化，自然冷却后脱模，后处理，得到蜂窝夹芯树脂基复合材料。
2.如权利要求1所述的成型方法，其特征在于，在步骤S1中，对磨具进行预处理具体为：
用清洗剂将模具擦拭干净；
室温干燥后；
在模具上打脱模剂，重复5遍，每遍间隔15min，最后一遍等待30min。
3.如权利要求1所述的成型方法，其特征在于，在步骤S2中，所述内蒙皮预浸料的层数根据需要选择，每铺贴3～4层内蒙皮预浸料进行一次预压实。
4.如权利要求1或3所述的成型方法，其特征在于，所有所述预压实具体为：
在铺贴好的内蒙皮预浸料上按照脱模布、隔离膜、透气毡、真空袋膜的顺序铺放真空辅材，并用密封胶条密封真空袋膜，抽真空，保压以实现预压实，然后取下真空辅材。
5.如权利要求1所述的成型方法，其特征在于，在步骤S4中，铺贴蜂窝芯具体为：
将按要求尺寸裁剪好的蜂窝芯，先从模具中间区域铺贴，再逐步往模具四周铺，利用热风枪加热步骤S3铺贴的树脂胶模以使蜂窝芯与树脂胶模粘接在一起。
6.如权利要求1所述的成型方法，其特征在于，所述内蒙皮预浸料的层数等于预制好的外蒙皮层数+外蒙皮预浸料层数。
7.如权利要求1所述的成型方法，其特征在于，在步骤S7中，所述固化的温度为80～120℃，时间为5～8h，真空度为-0.1MPa。
8.如权利要求1所述的成型方法，其特征在于，在步骤S7中，所述后处理具体为：
将脱模后的制件切除飞边，打磨表面，按实际需求进行后续的表面涂装工序。
9.如权利要求1所述的成型方法，其特征在于，所述内蒙皮预浸料和所述外蒙皮预浸料均是指热固性树脂或者热塑性树脂与纤维增强材料预先复合浸渍制成的软性片材。
10.如权利要求1所述的成型方法，其特征在于，所述蜂窝芯为铝蜂窝或者芳纶蜂窝。
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