一种适用于Ω型结构复合材料的热隔膜预成型方法与流程

xiaoxiao2023-3-27  58


一种适用于
ω
型结构复合材料的热隔膜预成型方法
技术领域
1.本发明属于复合材料成型技术领域,具体涉及一种适用于ω型结构复合材料的热隔膜预成型方法。


背景技术:

2.碳纤维增强树脂基复合材料具有密度低、强度模量高的特点,从而相比于其他传统金属材料具有突出的比强度、比模量优势,从而成为飞行器结构中实现轻量化的材料结构首选。在航空复合材料结构中,采用蒙皮加长桁结构是主流的增强形式,而ω长桁是应用最为广泛的一种。ω型结构,又称为帽型结构,能够显著提升蒙皮结构的刚性和强度。
3.传统的ω型长桁采用手工铺贴,但由于结构上存在凹凸外形型面导致铺放成型效率和质量稳定性相对较低,成为众多航空复合材料结构应用拓展的制约。通常航空机构上的ω型尺寸在几十mm量级,结构特点叠加铺带头和铺丝头的尺寸因素,目前已经广泛采用的自动铺带成型工艺和自动铺丝成型工艺难以直接实现其中90
°
和45
°
铺层铺贴成型。采用自动铺放预浸料与热隔膜预成型相结合,是未来有望解决成型效率及质量稳定性的重要技术途径。由于ω型的结构特点,热隔膜预成型时,预浸料叠层料片需要同时完成两组方向不同的弯折变形,成型过程中料片极易发生架桥问题,存在较大的成型质量稳定性风险。


技术实现要素:

4.本发明主要针对目前ω型结构复合材料热隔膜预成型时易出现料片架桥,而成型质量稳定性难以满足应用需求的问题,通过优化设计成型工装、封装方式,从机理上消除该结构热隔膜成型的缺陷产生因素,实现ω型结构的高效且可控的热隔膜预成型。
5.本发明采用的技术方案如下:
6.一种适用于ω型结构复合材料的热隔膜预成型方法,包括以下步骤:
7.对ω型结构复合材料的热隔膜预成型工装的成型面进行磨砂处理;
8.在预浸料料片叠层的与热隔膜预成型工装的接触面一侧设置减阻膜;
9.将对成型面进行磨砂处理后的热隔膜预成型工装和设置减阻膜后的预浸料料片叠层放置于热隔膜预成型装备中,进行热隔膜预成型。
10.进一步地,所述磨砂处理通过机械方法、化学方法或电化学方法进行。
11.进一步地,通过所述减阻膜降低预浸料料片叠层弯折变形时与热隔膜预成型工装之间的滑动摩擦阻力,从而避免料片的架桥效应。
12.进一步地,通过所述磨砂面在热隔膜预成型过程中保持气体传输通道而不形成封闭空间,从而将热隔膜预成型的真空压力充分施加到ω型阴模拐角的圆角区,以保障预浸料料片叠层能够充分贴合成型工装型面。
13.进一步地,所述热隔膜预成型工装的材质为金属、木材或聚合物。
14.进一步地,所述预浸料料片叠层的增强体为碳纤维、玻璃纤维或芳纶纤维。
15.进一步地,所述预浸料料片叠层的基体树脂为环氧树脂、双马树脂、聚酰亚胺树
脂、或酚醛树脂。
16.进一步地,所述预浸料料片叠层采用的预浸料为单向预浸料或织物预浸料。
17.进一步地,所述预浸料料片叠层采用的预浸料的铺贴工艺为手工铺贴、自动铺带工艺或自动铺丝工艺。
18.本发明还提供一种根据上述方法制备的ω型结构复合材料。
19.本发明的有益效果如下:
20.1.通过成型工装型面处理及料片叠层封装方式设计,在不改变成型设备、成型技术路线的情况下快捷有效地消除料片架桥问题;
21.2.热隔膜预成型中预浸料叠层料片的弯折变形过程,避免了与预成型工装型面的粘滞摩擦,通过滑动摩擦消除了料片变形程中皱褶缺陷的产生;
22.3.预浸料叠层料片与热隔膜预成型工装型面之间在热隔膜预成型过程中保持有效的气体通道,能够确保预浸料料片充分贴合成型工装型面,保障了热隔膜预成型的成型质量。
附图说明
23.图1是热隔膜预成型工装的表面状态及料片叠层封装设计的示意图。
24.图2是ω型结构热隔膜预成型过程示意图。
25.图3是ω型结构热隔膜预成型后状态示意图。
具体实施方式
26.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂,下面通过具体实施例和附图,对本发明做进一步详细说明。
27.本发明所提的ω型结构复合材料的热隔膜预成型方法,是指通过成型工装成型面的处理及预浸料叠层封装设计,避免了料片叠层与工装型面形成密闭空腔导致真空成型压力失效,消除了料片叠层与工装成型面的粘滞摩擦,彻底解决料片与成型工装之间的架桥问题,从而获得ω型结构复合材料预成型体的可控制备方法。
28.图1所示为ω型结构热隔膜预成型工装及料片叠层的封装示意图。成型工装1在ω型结构的成型面上进行磨砂处理,磨砂处理可以通过机械方法、化学方法或电化学方法进行。预浸料料片叠层的封装上,在预浸料料片叠层2与成型工装1的接触面一侧加放一层减阻膜3。
29.将采用成型面磨砂处理的ω型结构预成型工装及料片叠层封装设计优化的预浸料叠层放置于热隔膜预成型装备中,进行加热升温至合适的成型温度。然后进行热隔膜预成型,在真空压力作用下,隔膜材料会带动料片及减阻膜弯折变形。如图2所示,料片边缘会首先接触ω型成型工装的型面。传统的热隔膜预成型过程中,预浸料中树脂的粘度在成型温度(一般60-80℃)时粘度较高,预浸料叠层边缘与成型工装型面接触后,发生粘滞摩擦的阻力很大,使得料片叠层的变形难度大从而出现料片的架桥效应。同时,料片与模具面之间容易形成封闭空间,从而造成热隔膜预成型的真空成型压力失效,使得ω型阴模拐角的圆角区更难以贴合模具型面,造成预浸料叠层料片预成型质量偏离。
30.而采用本方法中的设计,热隔膜预成型时,由于工装成型型面上的磨砂处理,料片
叠层与成型工装型面接触,由于磨砂面从而保障气体传输通道而不形成封闭空间,能够将热隔膜预成型的真空压力充分施加到ω型阴模拐角的圆角区。同时,预浸料料片叠层与成型工装型面接触部分是减阻膜,能够有效降低料片叠层弯折变形时与工装之间的滑动摩擦阻力,从而避免料片的架桥效应,从而保障预浸料料片叠层能够充分贴合成型工装型面,保障预成型质量。
31.如图3所示为ω型结构热隔膜预成型后的状态,由于成型工装型面状态的处理及预浸料叠层料片封装的设计,实现了料片与预成型工装型面的完全贴合,获得成型质量可控的ω型结构预成型体。
32.预成型工装可以采用但不限于金属材质、木材、聚合物等;预浸料的增强体包括但不限于碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维等,预浸料的基体树脂包括但不限于环氧树脂、双马树脂、聚酰亚胺树脂、酚醛树脂等,预浸料的形式包括但不限于单向预浸料、织物预浸料等;预浸料的铺贴工艺包括手工铺贴、自动铺带工艺、自动铺丝工艺等。
33.本发明在,减阻膜的材料为聚乙烯、聚丙烯、聚烯烃共聚物、聚四氟乙烯等薄膜材料等,可将减阻膜作为第一层与预浸料一同铺贴制备成叠层中,依靠叠层预浸料中的树脂实现减阻膜粘附;可以在完成预浸料叠层铺贴后,采用比预浸料叠层尺寸略大的减阻膜铺展后与预浸料叠层一同进行真空预压实,通过形成减阻膜与预浸料叠层之间的真空状态实现减阻膜的粘附。
34.其中,减阻膜也可以替代为具有与预浸料叠层低摩擦系数的材料作为工装材质,减阻膜也可以粘附在工装型面上实现;磨砂处理可以采用成型面部分带有内部气体通道的工装,如在工装型面部分采用密布微孔连通到内部通道,以保证热隔膜预成型过程的气体通道畅通。
35.以上公开的本发明的具体实施例,其目的在于帮助理解本发明的内容并据以实施,本领域的普通技术人员可以理解,在不脱离本发明的精神和范围内,各种替换、变化和修改都是可能的。本发明不应局限于本说明书的实施例所公开的内容,本发明的保护范围以权利要求书界定的范围为准。

技术特征:
1.一种适用于ω型结构复合材料的热隔膜预成型方法,其特征在于,包括以下步骤:对ω型结构复合材料的热隔膜预成型工装的成型面进行磨砂处理;在预浸料料片叠层与热隔膜预成型工装的接触面一侧设置减阻膜;将对成型面进行磨砂处理后的热隔膜预成型工装和设置减阻膜后的预浸料料片叠层放置于热隔膜预成型装备中,进行热隔膜预成型。2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述磨砂处理通过机械方法、化学方法或电化学方法进行。3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,通过所述减阻膜降低预浸料料片叠层弯折变形时与热隔膜预成型工装之间的滑动摩擦阻力,从而避免料片的架桥效应。4.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,通过所述磨砂面在热隔膜预成型过程中保持气体传输通道而不形成封闭空间,从而将热隔膜预成型的真空压力充分施加到ω型阴模拐角的圆角区,以保障预浸料料片叠层能够充分贴合成型工装型面。5.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述热隔膜预成型工装的材质为金属、木材或聚合物。6.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述预浸料料片叠层的增强体为碳纤维、玻璃纤维或芳纶纤维。7.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述预浸料料片叠层的基体树脂为环氧树脂、双马树脂、聚酰亚胺树脂、或酚醛树脂。8.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述预浸料料片叠层采用的预浸料为单向预浸料或织物预浸料。9.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述预浸料料片叠层采用的预浸料的铺贴工艺为手工铺贴、自动铺带工艺或自动铺丝工艺。10.根据权利要求1~9中任一项所述方法制备的ω型结构复合材料。

技术总结
本发明涉及一种适用于Ω型结构复合材料的热隔膜预成型方法。该方法包括:对Ω型结构复合材料的热隔膜预成型工装的成型面进行磨砂处理;在预浸料料片叠层的与热隔膜预成型工装的接触面一侧设置减阻膜;将对成型面进行磨砂处理后的热隔膜预成型工装和设置减阻膜后的预浸料料片叠层放置于热隔膜预成型装备中,进行热隔膜预成型。本发明主要针对目前Ω型结构复合材料热隔膜预成型时易出现料片架桥,而成型质量稳定性难以满足应用需求的问题,通过优化设计成型工装、封装方式,从机理上消除了该结构热隔膜成型的缺陷产生因素,实现了Ω型结构的高效且可控的热隔膜预成型。结构的高效且可控的热隔膜预成型。结构的高效且可控的热隔膜预成型。


技术研发人员:陈超 张帅 倪敏轩 郭长龙 刘秀 唐中华 嵇培军 王希 孙萌萌
受保护的技术使用者:海鹰空天材料研究院(苏州)有限责任公司
技术研发日:2022.09.01
技术公布日:2023/1/6

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