CN117341227A - 一种用于无人机机身的高强度碳纤维壳体成型工艺 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及无人机技术领域，尤其涉及一种用于无人机机身的高强度碳纤维壳体成型工艺。一种用于无人机机身的高强度碳纤维壳体成型工艺，包括以下步骤：备料→剪裁→涂布环氧发泡材料→贴料→合模→热压成型→脱模→整理→成品，其中，所述备料为准备同一碳纤维方向组成的碳纤维布，所述贴料为将n层单面涂布有环氧发泡材料的碳纤维布分别与m层碳纤维布贴合在一起，任意相邻贴合的两层碳纤维布的纤维方向角度不同，n为3‑6，m为8‑15。本申请提出的高强度碳纤维壳体成型工艺通过简单的工艺步骤和优化的材料组合，能够制备出高强度、外观质量优异的碳纤维壳体，满足无人机机身对强度和外观质量的要求，具有较低的成本和较高的生产效率。
Description
技术领域
本申请涉及无人机技术领域，尤其涉及一种用于无人机机身的高强度碳纤维壳体成型工艺。
背景技术
随着无人机技术的不断发展，碳纤维作为一种重要的材料在无人机机体结构中的应用逐渐增多。碳纤维以其轻质高强、耐腐蚀、高刚性和电磁透明性等优势，为无人机的性能和应用领域带来了显著提升。
碳纤维单壳体结构是指无人机的机身、机翼和尾翼等主要部件都由一个整体的碳纤维壳体构成。这种结构具有简单、高强度和较低的制造成本等优点。由于无需过多的连接件和焊接，单壳体结构能够提高无人机的结构稳定性，使得飞行性能更加可靠。然而，该结构类型的设计和制造相对较为复杂，主要采用碳纤维布湿法手糊成型工艺，存在无人机的机身壳体的强度不足和壳体外观不饱满。因此，有必要提供一种新型一种用于无人机机身的高强度碳纤维壳体成型工艺，以解决上述问题。
发明内容
为了解决上述问题，本申请提供一种用于无人机机身的高强度碳纤维壳体成型工艺，本申请通过在任意相邻贴合的两层碳纤维布的纤维方向角度不同，能够使得各层碳纤维布在热压成型时，热熔粘结，所形成的碳纤维材料强度更高，采用在碳纤维布层之间设有的环氧发泡材料，在热压成型时，环氧发泡材料中的改性热膨胀微球受热膨胀以及环氧发泡材料发泡，鼓起，能够将碳纤维布撑起，确保所形成的碳纤维材料能够与模具的型腔紧密配合，提升最终成型工件的外观质量。
采用如下技术方案：
一种用于无人机机身的高强度碳纤维壳体成型工艺，包括以下步骤：备料→剪裁→涂布环氧发泡材料→贴料→合模→热压成型→脱模→整理→成品，其中，所述备料为准备同一碳纤维方向组成的碳纤维布，所述贴料为将n层单面涂布有环氧发泡材料的碳纤维布分别与m层碳纤维布贴合在一起，任意相邻贴合的两层碳纤维布的纤维方向角度不同，n为3-6，m为8-15。
通过采用上述技术方案，备料：准备同一碳纤维方向组成的碳纤维布。该步骤的作用是为后续步骤提供碳纤维材料。剪裁：对碳纤维布进行剪裁，使其适应无人机机身的形状和尺寸。该步骤的作用是将碳纤维布切割成所需形状和尺寸。涂布环氧发泡材料：对部分碳纤维布进行涂布环氧发泡材料。该步骤的作用是为碳纤维布提供发泡层，并在后续步骤中形成强度更高的碳纤维材料。贴料：将n层单面涂布有环氧发泡材料的碳纤维布分别与m层碳纤维布贴合在一起。任意相邻贴合的两层碳纤维布的纤维方向角度不同，n为3-6，m为8-15。该步骤的作用是形成碳纤维层的多层结构，增加机身的强度和稳定性。合模：将已贴合好的碳纤维布放入模具中进行成型。该步骤的作用是使碳纤维布与模具的型腔紧密配合，保证最终成品的形状和尺寸准确。热压成型：将模具中的碳纤维布进行热压成型。该步骤的作用是通过热熔粘结，使碳纤维材料更加结实，提高强度和耐久性。脱模：从模具中取出已成型的碳纤维壳体。该步骤的作用是获得完整的碳纤维壳体。整理：对成型后的碳纤维壳体进行修整和处理，使其达到预期的外观质量。该步骤的作用是提升最终成型工件的外观质量。本申请制备的高强度碳纤维壳体成品用于无人机机身的高强度碳纤维壳体，具有优异的强度和外观质量。
优选的，所述热压成型的工艺参数为：温度145-155℃，成型压力为100-150kg/cm2，时间为1-2h。
通过采用上述技术方案，热压成型的工艺参数对于最终成型工件的质量和性能具有重要影响。温度：在145-155℃的温度范围下，环氧发泡材料中的改性热膨胀微球会受热膨胀，环氧发泡材料也会发泡鼓起。这些膨胀的微球和发泡的材料将碳纤维布撑起，确保碳纤维材料紧密贴合模具的型腔，提升最终成型工件的外观质量。成型压力：在100-150kg/cm2的成型压力下，碳纤维布与模具之间的压力会更高，有助于形成更均匀、致密的碳纤维材料。成型压力的控制能够提高工件的抗压强度和弯曲强度。时间：热压成型的时间取决于环氧发泡材料的固化时间和碳纤维材料的热熔粘结时间。在1-2小时的时间范围内，可以确保环氧发泡材料充分固化，碳纤维材料充分熔融并形成坚固的结合。因此，通过控制热压成型的温度、成型压力和时间，可以使碳纤维壳体成型过程中的材料结合更加牢固，提高成品的强度和外观质量。
优选的，所述环氧发泡材料，包括A组分和B组分，所述A组分与所述B组分的质量比(1-3):1；其中，按质量份计，所述A组分包括以下原材料：双酚A型环氧树脂E-5180-85份、活性稀释剂3-5份、偶联剂0.5-1份、改性热膨胀微球5-8份、发泡剂0.5-1份；按质量份计，所述B组分包括以下原材料：胺类固化剂85-90份、促进剂10-15份。
通过采用上述技术方案，环氧发泡材料中的各组分在本申请中发挥不同的作用，同时也协同作用，实现最终满足成型工件的要求。双酚A型环氧树脂E-51：作为主要基体材料，具有良好的机械性能和粘结性能，为环氧发泡材料提供强度和韧性。活性稀释剂：用于调节A组分的粘度，促进树脂体系的流动性，使其在贴合碳纤维布时更加顺滑。偶联剂：起到改善环氧和改性热膨胀微球、碳纤维之间的相容性和粘结性能的作用，增强界面的粘结强度。改性热膨胀微球：通过乙烯基三乙氧基硅烷改性，提升与环氧树脂的相容性和分散性。在热压成型时，受热膨胀鼓起，使碳纤维布受力均匀，同时填充碳纤维布间隙，提高碳纤维材料的强度和外观质量。发泡剂：在热压成型时释放气体，使环氧发泡材料发泡膨胀，增加成型件的体积。胺类固化剂：与A组分中的环氧树脂反应，形成3D立体网络结构，固化环氧树脂，使成型件的力学性能得到提升。促进剂：加速胺类固化剂与环氧树脂的反应速度，缩短固化时间。各组分的协同作用：双酚A型环氧树脂与胺类固化剂反应，形成结构稳定、机械性能较高的三维网络结构。活性稀释剂和偶联剂的使用，提高树脂的流动性和碳纤维的粘结强度。改性热膨胀微球的添加，提高碳纤维材料的强度，同时填充碳纤维间隙，提高成型件的外观质量。发泡剂的使用，使环氧发泡材料在热压成型时发泡膨胀，填充模具型腔，提高成型件的外观质量。通过各组分之间的作用协同，环氧发泡材料能够满足无人机机身高强度碳纤维壳体的要求，提高成品的力学性能和外观质量。
优选的，所述活性稀释剂为环氧丙烷丙烯醚、丁基缩水甘油醚、甘油环氧树脂中的一种或多种。
优选的，所述偶联剂为N-(β一氨乙基)-γ-氨丙基三甲(乙)氧基硅烷、γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷和γ-二乙烯三胺丙烯三乙氧基硅烷按照质量比为3:1-3:4-6的组合物。
通过采用上述技术方案，偶联剂在环氧发泡材料中的作用是提高双酚A型环氧树脂与改性热膨胀微球、碳纤维之间的相容性和粘结强度。在本申请中，偶联剂使用的是N-(β一氨乙基)-γ-氨丙基三甲(乙)氧基硅烷、γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷和γ-二乙烯三胺丙烯三乙氧基硅烷，以质量比为3:1-3:4-6的组合物。促进树脂体系的流动性，有助于环氧树脂在贴合碳纤维布时更加顺滑。改善环氧树脂与碳纤维之间的相容性，提高它们之间的粘结强度。提高碳纤维与树脂的界面相互作用，增强碳纤维与树脂之间的粘结能力。偶联剂与双酚A型环氧树脂及其他组分共同作用，改善树脂体系的流动性，有利于树脂充分渗透和浸润碳纤维，提高树脂与碳纤维的贴合度和粘结强度。偶联剂与改性热膨胀微球共同作用，提高热膨胀微球与环氧树脂的相容性和分散性，确保热膨胀微球能够均匀分布在树脂中，并在热压成型时鼓起，撑起碳纤维布，提高成型件的外观质量。通过偶联剂与其他组分的作用协同，环氧发泡材料能够满足无人机机身高强度碳纤维壳体的要求，提高成品的力学性能和外观质量。
优选的，所述改性热膨胀微球的平均粒径为10μm-25μm，所述改性热膨胀微球的起始发泡温度为105℃-115℃，所述改性热膨胀微球的最大发泡温度为145℃-155℃。
通过采用上述技术方案，所述改性热膨胀微球在本申请中的作用及协同作用如下：作为环氧发泡材料中的发泡剂，改性热膨胀微球在受热时能够通过膨胀产生气泡，促使材料膨胀和发泡，形成泡孔结构。改性热膨胀微球具有较轻的密度，可以在发泡过程中降低材料的密度，增加材料的孔隙率，从而降低材料的密度，提高发泡材料的轻量化性能。作为发泡材料中的一种填料，改性热膨胀微球能够增加材料的体积，降低材料的密度，并且还可以改变发泡材料的热膨胀性能，提高材料的热膨胀率和热膨胀温度。改性热膨胀微球与双酚A型环氧树脂E-51通过乙烯基三乙氧基硅烷改性后，提高了它们之间的相容性和分散性。相容性的提高使得热膨胀微球能够均匀分散在环氧发泡材料中，使得发泡孔隙分布均匀。改性热膨胀微球受热膨胀以及环氧发泡材料发泡时，能够鼓起并撑起碳纤维布，确保碳纤维材料能够与模具的型腔紧密配合，提高最终成型工件的外观质量。通过偶联剂、热膨胀微球和其他组分的协同作用，该环氧发泡材料能够提供高机械强度、均匀泡孔分布和较高的发泡密度，非常适合应用于无人机机身的高强度碳纤维壳体，提升外观质量和强度性能。
优选的，所述改性热膨胀微球制备方法为：按质量份计，将10份乙烯基三乙氧基硅烷，100份乙醇、200份水混合，加入200-250份热膨胀微球充分搅拌，加热到50℃，回流50min,将处理后的热膨胀微球进行抽滤，烘干并粉碎、研磨、过筛，得到颗粒粒径为10-25μm的改性热膨胀微球。
优选的，所述发泡剂为偶氮二异戊腈、偶氮二甲酰胺和N,N-二亚硝基五次甲基四胺中的一种。
优选的，所述胺类固化剂为1，6-己二胺、异佛尔酮二胺和1,3-环己基二甲胺中的一种；所述促进剂为2-苯基咪唑、2-乙基-4-甲基咪唑和二乙烯三胺中的一种。
优选的，所述环氧发泡材料的制备方法，采用上述一种用于无人机机身的高强度碳纤维壳体成型工艺中环氧发泡材料的原料，包括以下步骤：
S101、A组分的制备：按照质量份数，将双酚A型环氧树脂E-51加入到反应釜中，升温至50℃，加入活性稀释剂、偶联剂、改性热膨胀微球和发泡剂，搅拌1-2小时，混合均匀，冷却得到A组分，即可得到A组分；
S102、B组分的制备：按照质量份数，将胺类固化剂加入反应釜中，使反应釜温度保持40℃，再加入促进剂，搅拌1-2小时，混合均匀后,静置得到B组分；
S103、将制备的A、B组分按质量比(1-3):1混合均匀，得到环氧发泡材料，并将其单面涂布在碳纤维布表面。
综上所述，本申请的有益技术效果：
1.操作简单、成本低：工艺步骤简单明了，只需进行碳纤维布的剪裁、涂布环氧发泡材料、贴料、热压成型等几个步骤，不需要复杂的设备和工艺控制，降低了生产成本。
2.高强度碳纤维壳体：通过该成型工艺制备的碳纤维壳体，由于碳纤维布之间的热熔粘结，以及任意相邻贴合的两层碳纤维布的纤维方向角度不同，增强了壳体的强度，能够承受更大的载荷，提高了无人机机身的强度和稳定性。
3.外观质量优异：采用环氧发泡材料，特别是改性热膨胀微球的特性，通过发泡、鼓起的作用，能够撑起碳纤维布，确保碳纤维材料与模具的型腔紧密配合，消除空隙和气泡，提高最终成型工件的外观质量，使其表面平整光滑。
4.本申请的环氧发泡材料在机械强度、泡孔分布均匀性、发泡密度、相容性和分散性等方面进行了优化，能够有效提升无人机机身的高强度碳纤维壳体的强度和外观质量，满足无人机对壳体的高强度要求。通过控制A组分与B组分的质量比，以及优化原材料配方，可以得到机械强度高的环氧发泡材料。在无人机机身中使用该材料制备碳纤维壳体，可以增加整体结构的强度和稳定性，提高抗拉、抗压等力学性能。经过调整配方和工艺条件，使得环氧发泡材料的发泡密度达到大于430g/cm3，强度足够高，可以增加碳纤维壳体的强度和稳定性。
具体实施方式
下面将结合实施例对本申请的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本申请，而不应视为限制本申请的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
实施例1
一种用于无人机机身的高强度碳纤维壳体成型工艺，包括以下步骤：备料→剪裁→涂布环氧发泡材料→贴料→合模→热压成型→脱模→整理→成品，其中，所述备料为准备同一碳纤维方向组成的碳纤维布，所述贴料为将n层单面涂布有环氧发泡材料的碳纤维布分别与m层碳纤维布贴合在一起，任意相邻贴合的两层碳纤维布的纤维方向角度不同，n为3，m为8；热压成型的工艺参数为：温度145℃，成型压力为100kg/cm2，时间为2h。
环氧发泡材料，包括A组分和B组分，所述A组分与所述B组分的质量比1:1；其中，按质量份计，所述A组分包括以下原材料：双酚A型环氧树脂E-51 80份、环氧丙烷丙烯醚3份、偶联剂0.5份、改性热膨胀微球5份、偶氮二异戊腈0.5份；按质量份计，所述B组分包括以下原材料：1，6-己二胺85份、2-苯基咪唑15份，偶联剂为N-(β一氨乙基)-γ-氨丙基三甲(乙)氧基硅烷、γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷和γ-二乙烯三胺丙烯三乙氧基硅烷按照质量比为3:1:4的组合物，改性热膨胀微球的平均粒径为10μm，改性热膨胀微球的起始发泡温度为105℃，改性热膨胀微球的最大发泡温度为145℃。
所述改性热膨胀微球制备方法为：按质量份计，将10份乙烯基三乙氧基硅烷，100份乙醇、200份水混合，加入200份热膨胀微球充分搅拌，加热到50℃，回流50min,将处理后的热膨胀微球进行抽滤，烘干并粉碎、研磨、过筛，得到颗粒粒径为10μm的改性热膨胀微球。
环氧发泡材料的制备方法，采用上述一种用于无人机机身的高强度碳纤维壳体成型工艺中环氧发泡材料的原料，包括以下步骤：
S101、A组分的制备：按照质量份数，将双酚A型环氧树脂E-51加入到反应釜中，升温至50℃，加入环氧丙烷丙烯醚、偶联剂、改性热膨胀微球和偶氮二异戊腈，搅拌1小时，混合均匀，冷却得到A组分，即可得到A组分；
S102、B组分的制备：按照质量份数，将1，6-己二胺加入反应釜中，使反应釜温度保持40℃，再加入2-苯基咪唑，搅拌1小时，混合均匀后,静置得到B组分；
S103、将制备的A、B组分按质量比1:1混合均匀，得到环氧发泡材料，并将其单面涂布在碳纤维布表面。
实施例2
一种用于无人机机身的高强度碳纤维壳体成型工艺，包括以下步骤：备料→剪裁→涂布环氧发泡材料→贴料→合模→热压成型→脱模→整理→成品，其中，所述备料为准备同一碳纤维方向组成的碳纤维布，所述贴料为将n层单面涂布有环氧发泡材料的碳纤维布分别与m层碳纤维布贴合在一起，任意相邻贴合的两层碳纤维布的纤维方向角度不同，n为6，m为15；热压成型的工艺参数为：温度155℃，成型压力为150kg/cm2，时间为1h。
环氧发泡材料，包括A组分和B组分，所述A组分与所述B组分的质量比3:1；其中，按质量份计，所述A组分包括以下原材料：双酚A型环氧树脂E-5185份、丁基缩水甘油醚5份、偶联剂1份、改性热膨胀微球8份、偶氮二甲酰胺1份；按质量份计，所述B组分包括以下原材料：异佛尔酮二胺90份、2-乙基-4-甲基咪唑10份，偶联剂为N-(β一氨乙基)-γ-氨丙基三甲(乙)氧基硅烷、γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷和γ-二乙烯三胺丙烯三乙氧基硅烷按照质量比为3:3:6的组合物，改性热膨胀微球的平均粒径为25μm，改性热膨胀微球的起始发泡温度为115℃，改性热膨胀微球的最大发泡温度为155℃。
所述改性热膨胀微球制备方法为：按质量份计，将10份乙烯基三乙氧基硅烷，100份乙醇、200份水混合，加入250份热膨胀微球充分搅拌，加热到50℃，回流50min,将处理后的热膨胀微球进行抽滤，烘干并粉碎、研磨、过筛，得到颗粒粒径为25μm的改性热膨胀微球。
环氧发泡材料的制备方法，采用上述一种用于无人机机身的高强度碳纤维壳体成型工艺中环氧发泡材料的原料，包括以下步骤：
S101、A组分的制备：按照质量份数，将双酚A型环氧树脂E-51加入到反应釜中，升温至50℃，加入丁基缩水甘油醚、偶联剂、改性热膨胀微球和偶氮二甲酰胺，搅拌2小时，混合均匀，冷却得到A组分，即可得到A组分；
S102、B组分的制备：按照质量份数，将异佛尔酮二胺加入反应釜中，使反应釜温度保持40℃，再加入2-乙基-4-甲基咪唑，搅拌2小时，混合均匀后,静置得到B组分；
S103、将制备的A、B组分按质量比3:1混合均匀，得到环氧发泡材料，并将其单面涂布在碳纤维布表面。
实施例3
一种用于无人机机身的高强度碳纤维壳体成型工艺，包括以下步骤：备料→剪裁→涂布环氧发泡材料→贴料→合模→热压成型→脱模→整理→成品，其中，所述备料为准备同一碳纤维方向组成的碳纤维布，所述贴料为将n层单面涂布有环氧发泡材料的碳纤维布分别与m层碳纤维布贴合在一起，任意相邻贴合的两层碳纤维布的纤维方向角度不同，n为5，m为11；热压成型的工艺参数为：温度150℃，成型压力为120kg/cm2，时间为1.5h。
环氧发泡材料，包括A组分和B组分，所述A组分与所述B组分的质量比2:1；其中，按质量份计，所述A组分包括以下原材料：双酚A型环氧树脂E-51 83份、甘油环氧树脂4份、偶联剂0.7份、改性热膨胀微球7份、N,N-二亚硝基五次甲基四胺0.7份；按质量份计，所述B组分包括以下原材料：1,3-环己基二甲胺88份、二乙烯三胺13份，偶联剂为N-(β一氨乙基)-γ-氨丙基三甲(乙)氧基硅烷、γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷和γ-二乙烯三胺丙烯三乙氧基硅烷按照质量比为3:2:5的组合物，改性热膨胀微球的平均粒径为15μm，改性热膨胀微球的起始发泡温度为110℃，改性热膨胀微球的最大发泡温度为150℃。
所述改性热膨胀微球制备方法为：按质量份计，将10份乙烯基三乙氧基硅烷，100份乙醇、200份水混合，加入230份热膨胀微球充分搅拌，加热到50℃，回流50min,将处理后的热膨胀微球进行抽滤，烘干并粉碎、研磨、过筛，得到颗粒粒径为15μm的改性热膨胀微球。
环氧发泡材料的制备方法，采用上述一种用于无人机机身的高强度碳纤维壳体成型工艺中环氧发泡材料的原料，包括以下步骤：
S101、A组分的制备：按照质量份数，将双酚A型环氧树脂E-51加入到反应釜中，升温至50℃，加入甘油环氧树脂、偶联剂、改性热膨胀微球和N,N-二亚硝基五次甲基四胺，搅拌1.5小时，混合均匀，冷却得到A组分，即可得到A组分；
S102、B组分的制备：按照质量份数，将1,3-环己基二甲胺加入反应釜中，使反应釜温度保持40℃，再加入二乙烯三胺，搅拌1.5小时，混合均匀后,静置得到B组分；
S103、将制备的A、B组分按质量比2:1混合均匀，得到环氧发泡材料，并将其单面涂布在碳纤维布表面。
对比例1
与实施例3相同，不同之处在于：在环氧发泡材料中，采用等量的未改性热膨胀微球代替本申请制备的改性热膨胀微球。
对比例2
与实施例3相同，不同之处在于：在环氧发泡材料中，采用等量的N-(β一氨乙基)-γ-氨丙基三甲(乙)氧基硅烷代替偶联剂为N-(β一氨乙基)-γ-氨丙基三甲(乙)氧基硅烷、γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷和γ-二乙烯三胺丙烯三乙氧基硅烷按照质量比为3:2:5的组合物。
对比例3
与实施例3相同，不同之处在于：在环氧发泡材料中，采用等量的γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷代替偶联剂为N-(β一氨乙基)-γ-氨丙基三甲(乙)氧基硅烷、γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷和γ-二乙烯三胺丙烯三乙氧基硅烷按照质量比为3:2:5的组合物。
对比例4
与实施例3相同，不同之处在于：在环氧发泡材料中，采用等量的γ-二乙烯三胺丙烯三乙氧基硅烷代替偶联剂为N-(β一氨乙基)-γ-氨丙基三甲(乙)氧基硅烷、γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷和γ-二乙烯三胺丙烯三乙氧基硅烷按照质量比为3:2:5的组合物。
性能测试
将实施例1-3和对比例1-4制备获得的环氧发泡材料进行性能测试，其结果如表1所示。
压缩强度：按照GB/T8813-2008进行测试；
发泡密度：按照GB/T6343-1995进行测试。
表1
| 压缩强度/MPa | 发泡密度/g/cm3 | |
| 实施例1 | 25.6 | 435.5 |
| 实施例2 | 27.3 | 456.7 |
| 实施例3 | 26.8 | 463.2 |
| 对比例1 | 20.1 | 387.5 |
| 对比例2 | 22.6 | 402.3 |
| 对比例3 | 23.1 | 398.6 |
| 对比例4 | 22.3 | 395.3 |
从表1可知，实施例1-3制得的环氧发泡材料具有较好的发泡密度和压缩强度，发泡密度在435.5-463.2g/cm3之间，压缩强度在25.6-27.3MPa之间。
从表1可知，实施例3和对比例1制得的环氧发泡材料的性能对比分析，改性热膨胀微球在受热时能够通过膨胀产生气泡，促使材料膨胀和发泡，形成泡孔结构。改性热膨胀微球具有较轻的密度，可以在发泡过程中降低材料的密度，增加材料的孔隙率，从而降低材料的密度，提高发泡材料的轻量化性能。作为发泡材料中的一种填料，改性热膨胀微球能够增加材料的体积，降低材料的密度，并且还可以改变发泡材料的热膨胀性能，提高材料的热膨胀率和热膨胀温度。改性热膨胀微球与双酚A型环氧树脂E-51通过乙烯基三乙氧基硅烷改性后，提高了它们之间的相容性和分散性。相容性的提高使得热膨胀微球能够均匀分散在环氧发泡材料中，使得发泡孔隙分布均匀。改性热膨胀微球受热膨胀以及环氧发泡材料发泡时，能够鼓起并撑起碳纤维布，确保碳纤维材料能够与模具的型腔紧密配合，提高最终成型工件的外观质量。通过偶联剂、热膨胀微球和其他组分的协同作用，该环氧发泡材料能够提供高机械强度、均匀泡孔分布和较高的发泡密度，非常适合应用于无人机机身的高强度碳纤维壳体，提升外观质量和强度性能。
从表1可知，实施例3和对比例2-4制得的环氧发泡材料的性能对比分析，采用偶联剂为N-(β一氨乙基)-γ-氨丙基三甲(乙)氧基硅烷、γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷和γ-二乙烯三胺丙烯三乙氧基硅烷按照质量比为3:2:5的组合物，利用它们之间的协同作用，进而提升环氧发泡材料的综合性能。
以上实施例仅用以解释说明本申请的技术方案而非对其限制，尽管上述实施例对本申请进行了具体的说明，相关技术人员应当理解，依然可对本申请的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本申请精神和范围的任何修改和等同替换，其均应涵盖在本申请的保护范围之中。
Claims (10)
1.一种用于无人机机身的高强度碳纤维壳体成型工艺，其特征在于，包括以下步骤：备料→剪裁→涂布环氧发泡材料→贴料→合模→热压成型→脱模→整理→成品，其中，所述备料为准备同一碳纤维方向组成的碳纤维布，所述贴料为将n层单面涂布有环氧发泡材料的碳纤维布分别与m层碳纤维布贴合在，一起任意相邻贴合的两层碳纤维布的纤维方向角度不同，n为3-6，m为8-15。
2.根据权利要求1所述一种用于无人机机身的高强度碳纤维壳体成型工艺，其特征在于，所述热压成型的工艺参数为：温度145-155℃，成型压力为100-150kg/cm2，时间为1-2h。
3.根据权利要求1所述一种用于无人机机身的高强度碳纤维壳体成型工艺，其特征在于，所述环氧发泡材料，包括A组分和B组分，所述A组分与所述B组分的质量比（1-3）:1；其中，按质量份计，所述A组分包括以下原材料：双酚A型环氧树脂E-51 80-85份、活性稀释剂3-5份、偶联剂0.5-1份、改性热膨胀微球5-8份、发泡剂0.5-1份；按质量份计，所述B组分包括以下原材料：胺类固化剂85-90份、促进剂10-15份。
4.根据权利要求3所述一种用于无人机机身的高强度碳纤维壳体成型工艺，其特征在于，所述活性稀释剂为环氧丙烷丙烯醚、丁基缩水甘油醚、甘油环氧树脂中的一种或多种。
5.根据权利要求3所述一种用于无人机机身的高强度碳纤维壳体成型工艺，其特征在于，所述偶联剂为N(β一氨乙基)γ氨丙基三甲(乙)氧基硅烷、γ(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷和γ二乙烯三胺丙烯三乙氧基硅烷按照质量比为3:1-3:4-6的组合物。
6.根据权利要求3所述一种用于无人机机身的高强度碳纤维壳体成型工艺，其特征在于，所述改性热膨胀微球的平均粒径为10μm-25μm，所述改性热膨胀微球的起始发泡温度为105℃-115℃，所述改性热膨胀微球的最大发泡温度为145℃-155℃。
7.根据权利要求3所述一种用于无人机机身的高强度碳纤维壳体成型工艺，其特征在于，所述改性热膨胀微球制备方法为：按质量份计，将10份乙烯基三乙氧基硅烷，100份乙醇、200份水混合，加入200-250份热膨胀微球充分搅拌，加热到50℃，回流50min,将处理后的热膨胀微球进行抽滤，烘干并粉碎、研磨、过筛，得到颗粒粒径为10-25μm的改性热膨胀微球。
8.根据权利要求3所述一种用于无人机机身的高强度碳纤维壳体成型工艺，其特征在于，所述发泡剂为偶氮二异戊腈、偶氮二甲酰胺和N,N-二亚硝基五次甲基四胺中的一种。
9.根据权利要求3所述一种用于无人机机身的高强度碳纤维壳体成型工艺，其特征在于，所述胺类固化剂为1，6己二胺、异佛尔酮二胺和1 ,3环己基二甲胺中的一种；所述促进剂为2苯基咪唑、2乙基4甲基咪唑和二乙烯三胺中的一种。
10.根据权利要求3所述一种用于无人机机身的高强度碳纤维壳体成型工艺，其特征在于，所述环氧发泡材料的制备方法，采用权利要求3-9任一所述一种用于无人机机身的高强度碳纤维壳体成型工艺中环氧发泡材料的原料，包括以下步骤：
S101、A组分的制备：按照质量份数，将双酚A型环氧树脂E-51加入到反应釜中，升温至50℃，加入活性稀释剂、偶联剂、改性热膨胀微球和发泡剂，搅拌1-2小时，混合均匀，冷却得到A组分，即可得到A组分；
S102、B组分的制备：按照质量份数，将胺类固化剂加入反应釜中，使反应釜温度保持40℃，再加入促进剂，搅拌1-2小时，混合均匀后,静置得到B组分；
S103、将制备的A、B组分按质量比（1-3）:1混合均匀，得到环氧发泡材料，并将其单面涂布在碳纤维布表面。
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|---|---|---|---|
| CN202311566022.XA CN117341227A (zh) | 2023-11-22 | 2023-11-22 | 一种用于无人机机身的高强度碳纤维壳体成型工艺 |
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN113977991A (zh) * | 2021-11-16 | 2022-01-28 | 山东恒源兵器科技股份有限公司 | 一种碳纤维机翼内发泡成型方法 |
-
2023
- 2023-11-22 CN CN202311566022.XA patent/CN117341227A/zh active Pending
Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| CN113977991A (zh) * | 2021-11-16 | 2022-01-28 | 山东恒源兵器科技股份有限公司 | 一种碳纤维机翼内发泡成型方法 |
| CN113977991B (zh) * | 2021-11-16 | 2024-05-24 | 山东恒源兵器科技股份有限公司 | 一种碳纤维机翼内发泡成型方法 |
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