CN1775498A

CN1775498A - 层合板的高能聚焦超声－高压水罐成型工艺

Info

Publication number: CN1775498A
Application number: CN 200510122910
Authority: CN
Inventors: 刘浏; 汪炜; 刘正埙
Original assignee: Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
Current assignee: Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
Priority date: 2005-12-07
Filing date: 2005-12-07
Publication date: 2006-05-24

Abstract

一种层合板的高能聚焦超声－高压水罐成型工艺，其工艺步骤：a将裁剪预浸料，铺放在模具上，与各种辅助材料组合后，封装于硅橡胶真空袋中，放入高压水罐；b真空袋与高压水罐的真空系统连接，安放热电偶；c关闭水罐，向高压水罐内注满去气水；d调节高压水罐中的水压，提供固化过程中所需的压实复合材料毛坯的压力。开动安装在高压水罐内三轴运动平台上的高能聚焦超声系统，向下发出的超声穿过硅橡胶及其他辅助材料，其聚焦区域作用于某一位置深度的预浸料，加热树脂直至使其固化。e高压水罐放水，开罐，取出模具，获得所需层压板制件。该工艺设备投资小，固化时间短，生产效率高，大大降低了制造成本。

Description

层合板的高能聚焦超声-高压水罐成型工艺

一、技术领域

本发明的层合板的高能聚焦超声-高压水罐成型工艺，是一种涉及制造树脂基先进复合材料层合板制件的高能聚焦超声-高压水罐成型工艺，属复合材料制造工艺领域。

二、背景技术

热压罐成型工艺是制造航空航天用高性能树脂基先进复合材料构件的主要方法。热压罐是一个带整体加热系统的大型压力容器，由罐体系统、真空系统、鼓风系统、加热系统、加压系统、冷却系统、控制系统及附件等组成，通过改变罐内气体的温度、压力来提供固化所需的温度、升温速率、压力，并控制真空袋内的真空度。

热压罐成型工艺过程大体是：①模具制备；②预浸料裁剪和铺放；③用真空袋封装预浸料和模具；④模具在热压罐中固化；⑤出罐与脱模。固化时，按热压罐固化工艺规范，热压罐中的气体升温、加压、保温、降温、降压，最终使预浸料树脂固化。

热压罐法的优点在于其使用性广，低温低压、高温高压成型均可，能满足几乎所有树脂基复合材料的成型要求。成型工艺稳定可靠。其缺点也很多，热压罐是压力容器，结构复杂，投资极大。热压罐成型过程中，压力、温度是两个主要调节参数。精确加压比较容易。而升温，主要靠罐内加热设备加热罐内气体，再利用风扇强制气体流动，使罐内温度均匀。精确控制温度很困难。高温气体将热量由构件表面向内部传递，加热树脂，直至固化，一般要数十到数百小时，耗能很高。导致先进复合材料制造成本极高，而这是造成复合材料价格昂贵的主要原因之一。

电子束固化相对热压罐固化，成本可降低25-65％，生产效率非常高。但其设备投资依旧非常大，对辐射防护要求高，固化时无法调节压力。

高能超声经聚焦后，形成一个聚焦区域。在该区域内，能量密度很高，热效应明显。聚焦超声最合适的传播媒介是去气水。医学上将高能超声透过人体皮肤，聚焦于体内癌变部位，经0.2-2秒连续照射，使病灶区升温65-80℃，杀死癌细胞。将高能超声聚焦于树脂，很短时间内聚焦区域内的树脂即升温固化。

三、发明内容

本发明提供一种成型工艺简单、稳定、可靠、投资少、成本低的制造树脂基先进复合材料层合板制件的高能聚焦超声-高压水罐成型工艺。

本发明用高压水罐取代热压罐，在其中设置高能聚焦超声装置，超声聚焦区域照射并扫描复合材料层合板毛坯，加热固化树脂，所需固化压力通过调节罐内去气水水压获得。本成型工艺具有以下步骤：

a、如同热压罐成型工艺，裁剪预浸料，铺放在模具上，与各种辅助材料组合后，封装于硅橡胶真空袋中，放入高压水罐；

b、真空袋与高压水罐的真空系统连接，安放热电偶；

c、关闭水罐，向高压水罐内注满去气水；

d、调节高压水罐中的水压，提供固化过程中所需的压实复合材料毛坯的压力，开动安装在高压水罐内三轴运动平台上的高能聚焦超声系统，向下发出的超声穿过硅橡胶及其他辅助材料，其聚焦区域作用于某一位置深度的预浸料，加热树脂直至使其固化。对复合材料层压板制件整体的加热固化方式有两种。一种参考热压罐固化工艺，高能聚焦超声作用于某处预浸料，使其中的树脂升温；三轴运动平台在空间运动，使超声聚焦区域依次扫描所有预浸料，使所有树脂达到同一温度；经过若干次该过程，使树脂按指定温度变化曲线逐步升温，直至到达固化温度。一种参考电子束固化工艺，用高能聚焦超声连续辐照某一区域，使该区域内的树脂升温固化，再移动至下一区域，使该区域的树脂升温固化。

e、高压水罐放水，开罐，取出模具，获得所需层压板制件。

本发明具有的积极效果有；

a、设备投资少。在承受相同压力的情况下，在常温下工作的高压水罐的造价远小于在内部结构复杂、要在高温下长时间工作的热压罐；

b、树脂升温快，固化时间短，耗能远少于热压罐。由于高能聚焦超声强烈的热效应，树脂升温固化所需时间很短，相应的能耗也远少于热压罐。

c、可对复合材料毛坯进行局部固化；

d、层压板制件制造成本大大降低。

四、附图说明

图1为高压水罐罐体示意图。

图2为高压水罐示意图。

图中标号名称：1、高能聚焦超声电源；2、高压水罐罐体；3、真空系统；4、高能聚焦超声发射头；5、三坐标运动平台；6、小车；7、层合板毛坯；8、热电偶。

五、具体实施方式

图1与图2是高压水罐罐体及高压水罐组成示意图。即在高压水罐内，层合板毛坯7装夹在小车6上，小车固定。高能聚焦超声发射头4安装在一个可进行X、Y、Z三轴运动的三坐标运动平台5上，三坐标运动平台5按指令运动。

下面结合上述附图，举两个实施例，叙述本发明的具体实施方式：

实施方式一

如同热压罐成型工艺，将预浸料铺放在模具上，与各种辅助材料组合后，经过预处理，封装于硅橡胶真空袋中，放入高压水罐。真空袋与高压水罐的真空系统连接，安放热电偶，并完成其他辅助动作。关闭水罐，向高压水罐内注满去气水。固化过程中所需的压实复合材料毛坯的压力由去气水水压提供。开动安装在高压水罐内三坐标运动平台上的高能聚焦超声系统，向下发出的超声穿过硅橡胶及其他辅助材料，其聚焦区域作用于某一部分的预浸料。三坐标运动平台在空间运动，使超声聚焦区域依次扫描所有预浸料，使全部树脂升温至同一温度；经过若干次该过程，使全部树脂按指定温度变化曲线逐步升温，直至到达固化温度。待全部树脂固化后，高压水罐放水，开罐，取出模具，获得所需层压板制件。

实施方式二

如同热压罐成型工艺，将预浸料铺放在模具上，与各种辅助材料组合后，经过预处理，封装于硅橡胶真空袋中，放入高压水罐。真空袋与高压水罐的真空系统连接，安放热电偶，并完成其他辅助动作。关闭水罐，向高压水罐内注满去气水。固化过程中所需的压实复合材料毛坯的压力由去气水水压提供。开动安装在高压水罐内三坐标运动平台上的高能聚焦超声系统，向下发出的超声穿过硅橡胶及其他辅助材料，其聚焦区域连续作用于某一部分的预浸料，加热树脂直至使其固化。随后，聚焦区域移至下一区域，加热该处树脂直至固化。重复上述过程，直到所有树脂固化。为保证复合材料层压板制件内所有树脂固化，应对复合材料层压板制件进行多次扫描。高压水罐放水，开罐，取出模具，获得所需层压板制件。

Claims

1、一种层合板的高能聚焦超声-高压水罐成型工艺，其特征在于具有以下步骤：a如同热压罐成型工艺，裁剪预浸料，铺放在模具上，与各种辅助材料组合后，封装于硅橡胶真空袋中，放入高压水罐；b真空袋与高压水罐的真空系统连接，安放热电偶；c关闭水罐，向高压水罐内注满去气水；d调节高压水罐中的水压，提供固化过程中所需的压实复合材料毛坯的压力，开动安装在高压水罐内三轴运动平台上的高能聚焦超声系统，向下发出的超声穿过硅橡胶及其他辅助材料，其聚焦区域作用于某一位置深度的预浸料，加热树脂直至使其固化，对复合材料层压板制件整体的加热固化方式有两种：一种参考热压罐固化工艺，高能聚焦超声作用于某处预浸料，使其中的树脂升温；三轴运动平台在空间运动，使超声聚焦区域依次扫描所有预浸料，使所有树脂达到同一温度；经过若干次该过程，使树脂按指定温度变化曲线逐步升温，直至到达固化温度；一种参考电子束固化工艺，用高能聚焦超声连续辐照某一区域，使该区域内的树脂升温固化，再移动至下一区域，使该区域的树脂升温固化；e高压水罐放水，开罐，取出模具，获得所需层压板制件。