CN116653315A - 一种碳纤维复合材料制件一体成型的方法及其应用 - Google Patents
一种碳纤维复合材料制件一体成型的方法及其应用 Download PDFInfo
- Publication number
- CN116653315A CN116653315A CN202310438326.1A CN202310438326A CN116653315A CN 116653315 A CN116653315 A CN 116653315A CN 202310438326 A CN202310438326 A CN 202310438326A CN 116653315 A CN116653315 A CN 116653315A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- carbon fiber
- fiber composite
- paving
- autoclave
- integrally forming
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 title claims abstract description 93
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 title claims abstract description 93
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 92
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 65
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims abstract description 56
- 230000008569 process Effects 0.000 claims abstract description 30
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 claims abstract description 15
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 claims abstract description 15
- 238000005498 polishing Methods 0.000 claims abstract description 13
- 229920005989 resin Polymers 0.000 claims description 19
- 239000011347 resin Substances 0.000 claims description 19
- 238000004321 preservation Methods 0.000 claims description 13
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 10
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 239000003822 epoxy resin Substances 0.000 claims description 7
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 7
- 229920000647 polyepoxide Polymers 0.000 claims description 7
- KXGFMDJXCMQABM-UHFFFAOYSA-N 2-methoxy-6-methylphenol Chemical compound [CH]OC1=CC=CC([CH])=C1O KXGFMDJXCMQABM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000000428 dust Substances 0.000 claims description 4
- 229920001568 phenolic resin Polymers 0.000 claims description 4
- 239000005011 phenolic resin Substances 0.000 claims description 4
- 230000035484 reaction time Effects 0.000 claims description 4
- 229920002554 vinyl polymer Polymers 0.000 claims description 4
- 229920000459 Nitrile rubber Polymers 0.000 claims description 3
- CYTYCFOTNPOANT-UHFFFAOYSA-N Perchloroethylene Chemical group ClC(Cl)=C(Cl)Cl CYTYCFOTNPOANT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229920001807 Urea-formaldehyde Polymers 0.000 claims description 3
- DHKHKXVYLBGOIT-UHFFFAOYSA-N acetaldehyde Diethyl Acetal Natural products CCOC(C)OCC DHKHKXVYLBGOIT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 125000002777 acetyl group Chemical class [H]C([H])([H])C(*)=O 0.000 claims description 3
- 229920001084 poly(chloroprene) Polymers 0.000 claims description 3
- 239000004814 polyurethane Substances 0.000 claims description 3
- 229920002635 polyurethane Polymers 0.000 claims description 3
- GZCGUPFRVQAUEE-SLPGGIOYSA-N aldehydo-D-glucose Chemical compound OC[C@@H](O)[C@@H](O)[C@H](O)[C@@H](O)C=O GZCGUPFRVQAUEE-SLPGGIOYSA-N 0.000 claims description 2
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 claims 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 12
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 9
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 5
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 5
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 description 4
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 4
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 4
- 239000003292 glue Substances 0.000 description 4
- 229920001187 thermosetting polymer Polymers 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 239000004744 fabric Substances 0.000 description 3
- 238000007689 inspection Methods 0.000 description 3
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 3
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 3
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 3
- XQUPVDVFXZDTLT-UHFFFAOYSA-N 1-[4-[[4-(2,5-dioxopyrrol-1-yl)phenyl]methyl]phenyl]pyrrole-2,5-dione Chemical compound O=C1C=CC(=O)N1C(C=C1)=CC=C1CC1=CC=C(N2C(C=CC2=O)=O)C=C1 XQUPVDVFXZDTLT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000004593 Epoxy Substances 0.000 description 2
- 235000015842 Hesperis Nutrition 0.000 description 2
- 235000012633 Iberis amara Nutrition 0.000 description 2
- 238000002679 ablation Methods 0.000 description 2
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 2
- IISBACLAFKSPIT-UHFFFAOYSA-N bisphenol A Chemical compound C=1C=C(O)C=CC=1C(C)(C)C1=CC=C(O)C=C1 IISBACLAFKSPIT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000009954 braiding Methods 0.000 description 2
- 238000003763 carbonization Methods 0.000 description 2
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 2
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 2
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 2
- 238000009659 non-destructive testing Methods 0.000 description 2
- 239000004745 nonwoven fabric Substances 0.000 description 2
- 238000004806 packaging method and process Methods 0.000 description 2
- 239000000123 paper Substances 0.000 description 2
- 229920003192 poly(bis maleimide) Polymers 0.000 description 2
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 2
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 description 2
- 239000012945 sealing adhesive Substances 0.000 description 2
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 2
- 238000007711 solidification Methods 0.000 description 2
- 230000008023 solidification Effects 0.000 description 2
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 2
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 description 1
- 241000519995 Stachys sylvatica Species 0.000 description 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 239000003513 alkali Substances 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000007664 blowing Methods 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 238000001723 curing Methods 0.000 description 1
- XLJMAIOERFSOGZ-UHFFFAOYSA-M cyanate Chemical compound [O-]C#N XLJMAIOERFSOGZ-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 238000007723 die pressing method Methods 0.000 description 1
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 1
- 238000010030 laminating Methods 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 239000003973 paint Substances 0.000 description 1
- -1 polyethylene Polymers 0.000 description 1
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 description 1
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 1
- 238000001028 reflection method Methods 0.000 description 1
- 230000008439 repair process Effects 0.000 description 1
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 1
- 238000003892 spreading Methods 0.000 description 1
- 230000007480 spreading Effects 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 125000000391 vinyl group Chemical group [H]C([*])=C([H])[H] 0.000 description 1
- 238000011179 visual inspection Methods 0.000 description 1
- 239000003039 volatile agent Substances 0.000 description 1
- 239000002759 woven fabric Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C70/00—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
- B29C70/04—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
- B29C70/28—Shaping operations therefor
- B29C70/30—Shaping by lay-up, i.e. applying fibres, tape or broadsheet on a mould, former or core; Shaping by spray-up, i.e. spraying of fibres on a mould, former or core
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C70/00—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
- B29C70/04—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
- B29C70/28—Shaping operations therefor
- B29C70/54—Component parts, details or accessories; Auxiliary operations, e.g. feeding or storage of prepregs or SMC after impregnation or during ageing
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T50/00—Aeronautics or air transport
- Y02T50/40—Weight reduction
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Composite Materials (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Laminated Bodies (AREA)
- Road Paving Structures (AREA)
Abstract
本申请提供一种碳纤维复合材料制件一体成型的方法及其应用，方法包括：将碳纤维预浸料分别铺贴在第一模具以及第二模具上，并使用胶黏剂固定，得到第一铺层组以及第二铺层组；将第一铺层组以及第二铺层组放入热压罐进行第一次固化处理，得到第一中间件以及第二中间件；将第一中间件以及第二中间件脱模以及打磨处理；将多个第一中间件以及第二中间件按照预设顺序组装到第三模具中；将碳纤维预浸料铺贴至第三模具中的预设区域，并使用胶黏剂固定，得到毛坯件；将毛坯件放入热压罐进行第二次固化处理；将第二次固化处理后的毛坯件脱模以及打磨处理得到碳纤维复合材料制件。本申请采用了共胶接和共固化工艺相结合，有效缓解制件一致性较差的问题。
Description
技术领域
本申请涉及碳纤维复合材料技术领域，尤其涉及一种碳纤维复合材料制件一体成型的方法及其应用。
背景技术
碳纤维增强树脂基复合材料在航空、航天、航天器及导弹领域获得广泛应用。碳纤维复合材料具有较高的比强度和比高度，具有金属无法比拟的独特优势，改性环氧树脂的碳纤维复合材料的比强度可高出铝合金10倍，比刚度高出铝合金4倍，应用在飞机材料中，可使飞机的结构重量大幅度减少。
碳纤维多向编织碳化制成的碳纤维复合材料具有材料热导好、膨胀系数小、比热容大、辐射系数大，有很好的抗热震性能及抗烧蚀能力等特性，也可应用在民用火箭的支撑结构件中。在使用模压法制件时，在制件预型和铺贴过程中由于模具间隙的控制难度较大，从而导致制件重量控制较难，制件一致性较差的问题。
发明内容
本申请提供了一种碳纤维复合材料制件一体成型的方法及其应用，以解决使用模压法制备碳纤维复合材料制件一致性较差的问题。
第一方面，本申请提供一种碳纤维复合材料制件一体成型的方法，包括：
将碳纤维预浸料分别铺贴在第一模具以及第二模具上，并使用胶黏剂固定，得到第一铺层组以及第二铺层组；
将所述第一铺层组以及第二铺层组放入热压罐进行第一次固化处理，得到第一中间件以及第二中间件；
将所述第一中间件以及所述第二中间件脱模以及打磨处理；
将多个所述第一中间件以及第二中间件按照预设顺序组装到第三模具中；
将碳纤维预浸料铺贴至所述第三模具中的预设区域，并使用胶黏剂固定，得到毛坯件；
将所述毛坯件放入热压罐进行第二次固化处理；
将第二次固化处理后的所述毛坯件脱模以及打磨处理得到碳纤维复合材料制件。
在一种可能实现方式中，将碳纤维预浸料分别铺贴在第一模具以及第二模具上之前，所述方法还包括：使用风枪清除所述第一模具以及第二模具表面的灰尘，以及使用丙酮清洁所述第一模具以及第二模具上的污渍。
在一种可能实现方式中，所述胶黏剂为环氧树脂、酚醛树脂、脲醛树脂、聚胺酯、聚乙烯醇缩醛、过氯乙烯树脂、氯丁橡胶、丁腈橡胶中的一种或多种组合。
在一种可能实现方式中，第一次固化处理的第一工艺温度为150～200℃，反应时间为2～5h。
在一种可能实现方式中，第二次固化处理的第二工艺温度为160～250℃，反应时间为2～4h。
在一种可能实现方式中，在将多个所述第一中间件以及第二中间件按照预设顺序组装到第三模具步骤中，所述第一中间件和所述第二中间件形成一个中空圆柱体，所述中空圆环体的中空区域为预设区域。
在一种可能实现方式中，在得到第一铺层组以及第二铺层组之后，所述方法还包括：
分别在所述第一铺层组以及第二铺层组表面上粘着隔离膜，并放置到平板工装上封装真空袋。
在一种可能实现方式中，在所述热压罐进行固化处理包括：
在所述热压罐的温度达到85～90℃时，保温50～70min；
在保温50～100min后，对所述热压罐继续升温，在热压罐的温度达到第一工艺温度或第二工艺温度时，保温70～200min；
在保温70～200min后，随炉保压降至室温。
在一种可能实现方式中，其特征在于，所述热压罐的升温速率小于或等于1℃/min，所述热压罐的降温速率小于或等于1℃/min。
第二方面，本申请提供一种碳纤维复合材料制件一体成型的方法的应用，用于制备火箭多级发动机中最后一级发动机的支撑结构件的应用。
由以上技术方案可知，本申请提供一种碳纤维复合材料制件一体成型的方法及其应用，所述方法包括：将碳纤维预浸料分别铺贴在第一模具以及第二模具上，并使用胶黏剂固定，得到第一铺层组以及第二铺层组；将所述第一铺层组以及第二铺层组放入热压罐进行第一次固化处理，得到第一中间件以及第二中间件；将所述第一中间件以及所述第二中间件脱模以及打磨处理；将多个所述第一中间件以及第二中间件按照预设顺序组装到第三模具中；将碳纤维预浸料铺贴至所述第三模具中的预设区域，并使用胶黏剂固定，得到毛坯件；将所述毛坯件放入热压罐进行第二次固化处理；将第二次固化处理后的所述毛坯件脱模以及打磨处理得到碳纤维复合材料制件。本申请采用了共胶接和共固化工艺相结合，有效缓解在由于模具间隙的控制难度较大，制件一致性较差的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，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他的附图。
图1为本申请实施例提供的碳纤维复合材料制件示意图；
图2为本申请实施例提供的第一模具示意图；
图3为本申请实施例提供的第二模具示意图；
图4为本申请实施例提供的第三模具示意图；
图5为本申请实施例提供的碳纤维复合材料成型毛坯件的实物图；
图6为本申请实施例提供的碳纤维复合材料成型制件的实物图。
具体实施方式
下面将详细地对实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下实施例中描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。仅是与权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的系统和方法的示例。
由于碳纤维复合材料密度小重量轻，可以用在自重较大的设备上减轻重量，节约大量的能源损耗。因为碳纤维板的强度非常高，可以承载更大的压力，强过钢板好几倍，加上不错的耐疲劳、耐酸碱、抗氧化等特性，使得碳纤维增强树脂基复合材料在航空、航天、航天器及导弹领域获得广泛应用。碳纤维复合材料不仅具有较高的比强度，还具有较高的比高度，具有金属无法比拟的独特优势，改性环氧树脂的碳纤维复合材料的比强度可高出铝合金10倍，比刚度高出铝合金4倍，应用在飞机材料中，可使飞机的结构重量大幅度减少。
碳纤维多向编织碳化制成的碳纤维复合材料具有材料热导好、膨胀系数小、比热容大、辐射系数大，有很好的抗热震性能及抗烧蚀能力等特性，也可应用在民用火箭的支撑结构件中。在使用模压法制件时，在制件预型和铺贴过程中由于模具间隙的控制难度较大，从而导致制件重量控制较难，制件一致性较差的问题。
基于此，本申请提供了一种碳纤维复合材料制件一体成型的方法及其应用，以解决使用模压法制备碳纤维复合材料制件一致性较差的问题。
如图1所示，本申请提供的碳纤维复合材料制件一体成型的方法由三种铺层组组成即第一铺层组，第二铺层组以及中间铺层组，其中第一铺层组铺贴在第一模具上，第二铺层组铺贴在第二模具上，将第一铺层组以及第二铺层组分别热压罐固化后得到第一中间件以及第二中间件，中间铺层组则铺贴在第一中间件以及第二中间件结合形成的中空圆柱体的中空区域，第二次热压罐固化处理后得到一体成型的碳纤维复合材料制件。
本申请提供的碳纤维复合材料制件一体成型的方法，包括以下步骤：
步骤1：将碳纤维预浸料分别铺贴在第一模具以及第二模具上，并使用胶黏剂固定，得到第一铺层组以及第二铺层组；其中，所述第一模具的形状不同于所述第二模具；在一种可能实现的形式中，所述第一模具的形状为扇形结构，所述第二模具的形状为梯形结构；
在将碳纤维预浸料分别铺贴在第一模具以及第二模具上之前，需要使用风枪清除所述第一模具以及第二模具表面的灰尘，以及使用丙酮清洁所述第一模具以及第二模具上的污渍，避免表面留有污渍影响成型。
其中，碳纤维预浸料为树脂在未固化之前预先和纤维结合在一起，并保持一定的储存期，在储存期内可以随时进行铺层设计、成型，是制作碳纤维复合材料的中间材料。碳纤维预浸料是碳纤维丝束经过展纱(或碳纤维编织布)，在压力和温度的作用下，和预先涂敷在离型纸上的树脂，进行结合，然后冷却、覆膜、卷取等工艺加工而成的中间品复合材料，又叫做碳纤维预浸布。
碳纤维预浸料的组成部分可为：底部是一层离型纸，中间为成品预浸料，表面再覆盖一层聚乙烯薄膜，其中中间的成品预浸料又由树脂和纤维组成。
预浸料为预先用树脂浸润好纤维，在后面工艺中铺叠、成型，加热固化。所以预浸料的树脂是未经固化的树脂，多以热固性树脂为主。热固性树脂有很多种，在一种可能实现方式中，所述碳纤维预浸料包括预浸料溶剂以及纤维布，其中所述预浸料溶剂为环氧树脂、酚醛树脂、双马来酰亚胺树脂、乙烯基树酯中的一种或多种组合。
碳纤维预浸料中以环氧树脂最多、应用最广泛，在一些耐高温的场合会用到双马、氰酸树脂。预浸料溶剂通常选取环氧固化剂，环氧固化剂系聚醚胺改性固化剂。它具有色浅、可使用时间长、韧性好、表干速度快、漆膜表面不发黏、高光泽等优点。固化物的韧性及耐机械性能优良。在25℃的实验环境中，配合环氧当量180～190的双酚A型树脂，可使用时间(100g/25℃)为45分钟；薄膜干燥时间为3.6小时；固化时间仅需要10小时，便于成型。
在一种可能实现方式中，所述胶黏剂为环氧树脂、酚醛树脂、脲醛树脂、聚胺酯、聚乙烯醇缩醛、过氯乙烯树脂、氯丁橡胶，丁腈橡胶中的一种或多种组合。
按需要照设计的铺层方式进行铺层，最后再进行预压实处理。
根据实际需求，分别在第一模具以及第二模具表面铺贴预浸料，每个铺贴组铺贴5-6层。
预浸料铺贴完成后，在预浸料表面依次铺贴隔离膜、撕下层、透气毡、真空袋等真空辅助材料，进行抽真空排气处理。
可选取隔离膜作为背衬，且四周各边均大于修补材料约100mm；将配置好的胶液的一半均匀涂布在隔离膜上。
将已制作的无孔隔离膜、第一铺层组或第二铺层组、透气毡作为整体放置到平板工装上，封装真空袋，抽真空2至3分钟，并放置到平板工装上封装真空袋。
绝大部分情况下隔离膜与层压制品直接接触，并把层压制品和无脱模性的透气毡隔离开。隔离膜可根据固化温度、压力、制件的复杂程度以及树脂体系而选择的。隔离膜有孔的是可去除嵌入到层压板里的空气和挥发物。
透气毡一般选用芳纶透气毡，由于170度是其软化点，熔点大于240度，可以经历短时的200度以下的高温，便于碳纤维复合材料的修补。
在一些实施方式中，脱模布可被用作第一道隔离产品以及其他真空辅助材料。脱模布不会粘在产品上，在固化成型后很容易撕离，可以达到230度左右，便于成型。
在一种可能实现方式中，在封装真空袋过程中，所述抽真空的压力为-0.08～-0.05MPa，抽真空时间为10～20min。
步骤2：将所述第一铺层组以及第二铺层组放入热压罐进行第一次固化处理；
将碳纤维预浸料按铺层要求铺放于模具上，将毛坯密封在真空袋后放置于碳纤维热压罐中。在真空状态下，经过热压罐设备升温、加压、保温、降温和卸压等程序，利用热压罐内同时提供的均匀温度和均布压力实现固化，从而可以形成表面与内部质量高、形状复杂的碳纤维复合材料制件。用热压罐的一个重要原因是向预浸料提供足够的压力，以此抑制孔隙的生成，所以做出来的产品性能好，能够作为结构件使用。
固化是每个碳纤维制品的必要步骤，是将预浸料中的热固性树脂在固定工艺条件下进行加温加压，形成的比较稳固的三维网状结构的过程。对于热固性碳纤维复合材料来说，一旦进行固化，所有因为铺层或者固化过程中产生的缺陷都是不可改变的，因此在进行热压罐固化的时候，严格控制工艺参数是很重要的。
在一种可能实现方式中，将所述第一铺层组以及第二铺层组放入热压罐进行第一次固化处理包括：
在所述热压罐的温度达到85～90℃时，保温50～100min；
在保温50-70min后，对所述热压罐继续升温，在所述热压罐的温度达到150～200℃时，保温70-200min；
在保温70-200min后，随炉保压降至室温，得到第一中间件或第二中间件。
在一种可能实现方式中，所述热压罐的升温速率小于或等于1℃/min，所述热压罐的降温速率小于或等于1℃/min。
在一种可能实现方式中，所述热压罐固化处理的起始真空压力大于或等于-0.08MPa，在固化处理过程中真空压力为0.68～0.72MPa。
步骤3：将第一中间件以及所述第二中间件脱模以及打磨处理；
步骤4：将多个所述第一中间件以及第二中间件按照预设顺序组装到第三模具中；所述第三模具的形状不同于第一模具以及第二模具，在一种可能实现方式中，所述第三模具的形状为六角形；在一种可能实现方式中，所述预设顺序为间隔放置，即第一中间件左右两侧分别为第二中间件，第二中间件同理。
待第一中间件以及第二中间件在第三模具组合到位后，在第一中间件以及第二中间件的接缝处进行加捻处理，确保连接处不出现缺失和空隙等缺陷。
步骤5：将碳纤维预浸料铺贴至所述第三模具中的预设区域，并使用胶黏剂固定，得到毛坯件；在第三模具中所述第一中间件和所述第二中间件形成一个中空圆柱体，所述中空圆环体的中空区域为预设区域；
步骤6：将所述毛坯件放入热压罐进行第二次固化处理；
在一种可能实现方式中，放入热压罐进行第二次固化处理包括：
在所述热压罐的温度达到85～90℃时，保温50～100min；
在保温50-70min后，对所述热压罐继续升温，在所述热压罐的温度达到160～250℃时，保温70-140min；
在保温70-140min后，随炉保压降至室温。所述升温速率、降温速率，真空压力与第一固化处理相同。
步骤7：将第二次固化处理后的所述毛坯件脱模以及打磨处理得到碳纤维复合材料制件。
本申请采用了共胶接和共固化工艺相结合的办法，使用成型工艺成熟的热压罐成型工艺，制件表面质量较高，制件尺寸精度较高。热压罐成型工艺一次通过无损检测的成功率较高，制件一致性较高。
第二方面，本申请提供一种碳纤维复合材料制件一体成型的方法的应用，用于制备火箭多级发动机中最后一级发动机的支撑结构件的应用。
实施例
首先对制件进行分体设计，划分制件铺层区域设计分区域铺贴，将制件铺层划分为周边八个铺层组(即四个第一铺层组，四个第二铺层组)和中心铺层组，共九个铺层组，并对每一个铺层组进行铺层设计，设定每一层的铺层边界。
根据制件铺层进行模具的分瓣设计，设计组合模具，第一模具、第二模具以及第三模具设计如图2、图3和图4所示。
用风枪吹干净灰尘等残留物，使用无纺布蘸取丙酮擦拭第一模具以及第二模具，直至无纺布表面无明显污渍。
领取与零件铺层信息匹配的T300编织布预浸料和T700单向带。
首先进行周边八个铺层组的铺贴，每个铺层组需要贴5～6层，在铺贴过程中为确保层间气泡排除干净，需要进行真空排气。在预浸料表面依次铺贴隔离膜、撕下层、透气毡、真空袋等真空辅助材料，进行抽真空排气处理，具体步骤如下：
在零件表面依次铺贴撕下层，无孔隔离膜，透气毡，真空袋，无孔隔离膜边缘比零件边缘大至少25mm，但不能覆盖真空嘴部位；在零件对角余量区各连接至少一支热电偶，模胎长度大于2m时，放置3支或以上；工装四周粘贴密封胶带，使用真空袋进行制袋，真空袋必须覆盖所有制袋材料；抽真空至少-0.080Mpa，时间至少15min；保证隔离膜、透气毡、真空袋与零件表面紧密贴合，不能架桥，不能绷紧，必须随形，并多次检查真空袋的密封性，如有发现漏气、泄气现象，检查漏气位置，用密封胶带粘贴，最终保证抽真空时整个作业系统的密封性。
制件放置入热压罐内进行成型固化。
真空制袋后，零件热压罐固化处理：
把组合好的制件送入热压罐内，接通真空管路和热电偶，做真空泄漏检查，检查合格后，关闭罐门，进行固化。真空泄漏检查合格后，固化开始时真空压力应达到-0.08MPa以上，开始升温加压，加压至0.7Mpa。
第一次固化处理：零件温度升至90℃时，保温60min后，继续升温至125℃时，保温90min；其中，升温速率小于或等于1℃/min。
随炉保压降温(降温速率小于或等于1℃/min)，当罐内模胎温度降常温时卸压出罐。
待冷却至室温，揭去产品表面覆盖物，不得留有残留；清理表面胶瘤、毛边；将零件脱模，严禁损伤零件；打磨、修平修补区域外露面。
将八个铺层组模具按照图4组合到位。模具组合到位后，在八个筋板铺层组的接缝处进行加捻处理，确保连接处不出现缺陷和空隙等缺陷。
待成型工装按照附图4组合到位后，进行中间铺层组的铺贴，铺层组需要贴5～6层，在铺贴过程中为确保层间气泡排除干净，需要进行真空排气。在预浸料表面依次铺贴隔离膜、撕下层、透气毡、真空袋等真空辅助材料，进行抽真空排气处理，处理方式与上述方式相同，不再赘述。
第二次固化处理：零件温度升至90℃时，保温60min后，继续升温至125℃时，保温90min；其中，升温速率小于或等于1℃/min。
待制件毛坯件固化完成后进行脱模，脱模后碳纤维复合材料成型毛坯件如图5所示。
制件毛坯件脱模完成后进行数控加工，数控加工使用专业的复合材料数控机床进行，制件加工完成后完成的制件如图6所示；
制件数控加工完成后，进行脉冲反射法进行无损检测，无损检测可分为三种方式，即目测、超声或X射线无损检测。当碳纤维制品固化成型后，首先需要对外表进行目测、看看是否存在白斑、缺胶、集胶等问题，而内部检测通常采用超声或X射线无损检测，可以根据材料不同的密度来显示不同的存在形态，也可对内部的密集空隙和分层进行检测。无损检测显示制件完全符合GJB2895-1997A级要求，制件合格。
由以上技术方案可知，本申请提供一种碳纤维复合材料制件一体成型的方法及其应用，所述方法包括：将碳纤维复合材料分别铺贴在第一模具以及第二模具上，并使用胶黏剂固定，得到第一铺层组以及第二铺层组；其中，所述第一模具不同于所述第二模具；将所述第一铺层组以及第二铺层组放入热压罐进行第一次固化处理，得到第一中间件以及第二中间件；将所述第一中间件以及所述第二中间件脱模以及打磨处理；将多个所述第一中间件以及第二中间件按照预设顺序组装到第三模具中；所述第三模具不同于第一模具以及第二模具；将碳纤维复合材料铺贴至所述第三模具中的预设区域，并使用胶黏剂固定，得到毛坯件；将所述毛坯件放入热压罐进行第二次固化处理；将第二次固化处理后的所述毛坯件脱模以及打磨处理得到碳纤维复合材料制件。本申请采用了共胶接和共固化工艺相结合，有效缓解在由于模具间隙的控制难度较大，制件一致性较差的问题。
本申请提供的实施例之间的相似部分相互参见即可，以上提供的具体实施方式只是本申请总的构思下的几个示例，并不构成本申请保护范围的限定。对于本领域的技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下依据本申请方案所扩展出的任何其他实施方式都属于本申请的保护范围。
Claims (10)
1.一种碳纤维复合材料制件一体成型的方法，其特征在于，包括：
将碳纤维预浸料分别铺贴在第一模具以及第二模具上，并使用胶黏剂固定，得到第一铺层组以及第二铺层组；
将所述第一铺层组以及第二铺层组放入热压罐进行第一次固化处理，得到第一中间件以及第二中间件；
将所述第一中间件以及所述第二中间件脱模以及打磨处理；
将多个所述第一中间件以及第二中间件按照预设顺序组装到第三模具中；
将碳纤维预浸料铺贴至所述第三模具中的预设区域，并使用胶黏剂固定，得到毛坯件；
将所述毛坯件放入热压罐进行第二次固化处理；
将第二次固化处理后的所述毛坯件脱模以及打磨处理得到碳纤维复合材料制件。
2.根据权利要求1所述的碳纤维复合材料制件一体成型的方法，其特征在于，将碳纤维预浸料分别铺贴在第一模具以及第二模具上之前，所述方法还包括：使用风枪清除所述第一模具以及第二模具表面的灰尘，以及使用丙酮清洁所述第一模具以及第二模具上的污渍。
3.根据权利要求1所述的碳纤维复合材料制件一体成型的方法，其特征在于，所述胶黏剂为环氧树脂、酚醛树脂、脲醛树脂、聚胺酯、聚乙烯醇缩醛、过氯乙烯树脂、氯丁橡胶、丁腈橡胶中的一种或多种组合。
4.根据权利要求1所述的碳纤维复合材料制件一体成型的方法，其特征在于，第一次固化处理的第一工艺温度为150～200℃，反应时间为2～5h。
5.根据权利要求4所述的碳纤维复合材料制件一体成型的方法，其特征在于，第二次固化处理的第二工艺温度为160～250℃，反应时间为2～4h。
6.根据权利要求4所述的碳纤维复合材料制件一体成型的方法，其特征在于，在将多个所述第一中间件以及第二中间件按照预设顺序组装到第三模具步骤中，所述第一中间件和所述第二中间件形成一个中空圆柱体，所述中空圆环体的中空区域为预设区域。
7.根据权利要求5所述的碳纤维复合材料制件一体成型的方法，其特征在于，在得到第一铺层组以及第二铺层组之后，所述方法还包括：
分别在所述第一铺层组以及第二铺层组表面上粘着隔离膜，并放置到平板工装上封装真空袋。
8.根据权利要求5所述的碳纤维复合材料制件一体成型的方法，其特征在于，在所述热压罐进行固化处理包括：
在所述热压罐的温度达到85～90℃时，保温50～70min；
在保温50～100min后，对所述热压罐继续升温，在热压罐的温度达到第一工艺温度或第二工艺温度时，保温70～200min；
在保温70～200min后，随炉保压降温至室温。
9.根据权利要求8所述的碳纤维复合材料制件一体成型的方法，其特征在于，所述热压罐的升温速率小于或等于1℃/min，所述热压罐的降温速率小于或等于1℃/min。
10.根据权利要求1-9任一项所述的碳纤维复合材料制件一体成型的方法的应用，其特征在于，用于制备火箭多级发动机中最后一级发动机的支撑结构件的应用。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310438326.1A CN116653315A (zh) | 2023-04-21 | 2023-04-21 | 一种碳纤维复合材料制件一体成型的方法及其应用 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310438326.1A CN116653315A (zh) | 2023-04-21 | 2023-04-21 | 一种碳纤维复合材料制件一体成型的方法及其应用 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN116653315A true CN116653315A (zh) | 2023-08-29 |
Family
ID=87717951
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202310438326.1A Pending CN116653315A (zh) | 2023-04-21 | 2023-04-21 | 一种碳纤维复合材料制件一体成型的方法及其应用 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN116653315A (zh) |
-
2023
- 2023-04-21 CN CN202310438326.1A patent/CN116653315A/zh active Pending
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7419627B2 (en) | Co-cured vacuum-assisted resin transfer molding manufacturing method | |
| CA2838357C (en) | Method and system of making composite structures having gap fillers with chopped fiber material | |
| EP3088152B1 (en) | Method for manufacturing composite parts and form | |
| US20060027314A1 (en) | Mould | |
| EP0904929B1 (en) | Method for forming a caul plate during moulding of a part | |
| US7097731B2 (en) | Method of manufacturing a hollow section, grid stiffened panel | |
| US20100038030A1 (en) | Advanced composite aerostructure article having a braided co-cured fly away hollow mandrel and method for fabrication | |
| US20140166208A1 (en) | Preforming pre-preg | |
| CN107521124A (zh) | 碳纤维双面板加筋结构件及其制造方法 | |
| US7374715B2 (en) | Co-cured resin transfer molding manufacturing method | |
| US20190039264A1 (en) | Method for manufacturing a preform, a preform, and a composite article | |
| EP2569142A1 (en) | Method of making a composite sandwich structure and sandwich structure made thereby | |
| JP6025841B2 (ja) | マスターレスのレイアップマンドレルツール | |
| CN109774190A (zh) | 一种碳纤维复合材料多通接头的制造方法 | |
| US20160075105A1 (en) | Automotive vehicle exterior laminate component and method of forming same | |
| CN107081917A (zh) | 一种大曲率复合材料泡沫夹层结构成型工艺方法 | |
| CN116278050A (zh) | 一种蜂窝型复合材料的加工方法 | |
| US5252165A (en) | Method of making contoured fiber reinforced body | |
| US10814566B2 (en) | Stiffened panels | |
| CN116373358A (zh) | 一种碳纤维复合材料的修补方法 | |
| CN116653315A (zh) | 一种碳纤维复合材料制件一体成型的方法及其应用 | |
| US9944062B2 (en) | Composite aircraft manufacturing tooling and methods using articulating mandrels | |
| US20210094240A1 (en) | Method and apparatus for fabrication of composite tooling | |
| US6352609B1 (en) | Composite tooling process for curing materials at elevated temperatures | |
| CN112829337A (zh) | 一种舱段净尺寸成型方法、成型工装以及舱段 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |