一種樹脂基復合材料增強肋的成型方法
【專利摘要】本發明涉及一種樹脂基復合材料增強肋的成型方法，特別適合于最大外形尺寸在500mm以下的增強肋，屬于碳纖維增強樹脂基復合材料結構成型【技術領域】。本發明所述的樹脂基復合材料增強肋成型方法簡便易行，所用成型模具簡單易的，并具備不同產品尺寸的適應能力，所得產品外表光滑美觀；本發明所述方法，特別適合于系列增強肋的成型，且數量越多、優點越突顯。可以連續制造若干相同的模具組合，同時用于結構相異的多個增強肋成型，快速滿足同一結構體系的不同需要。
【專利說明】一種樹脂基復合材料增強肋的成型方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種樹脂基復合材料增強肋的成型方法，特別適合于最大外形尺寸在500mm以下的增強肋，屬于碳纖維增強樹脂基復合材料結構成型【技術領域】。
【背景技術】
[0002]隨著結構技術的飛速發展，樹脂基復合材料的使用率不斷增加，應用形式也有了巨大擴展，從簡單的面板、圓管到支撐梁、角盒，甚至異型件等。但是這些不同外形制件的成型方法，特別是快速成型方法卻成了制約樹脂基復合材料進一步推廣使用的障礙。
[0003]為了解決樹脂基復合材料的成型問題，特別是異型件的成型，提出了許多解決思路，例如氣囊成型法、液態成型法、軟模成型法等等。以軟模成型法為例，其基本過程是，先將材料在鋪層模具表面制成設計形狀，再轉移至固化模具通過加熱或常溫固化，脫模后經過輔助加工獲得制品最終外形。
[0004]但是上述方法只是針對固定尺寸產品，且模具設計復雜、制造周期長。而對于增強肋這種靈活形式，在基本形狀不變的前提下外形尺寸可以有多種變化，且同一結構系統中，同時存在多個不同尺寸的增強肋零件。在規定的研制周期內，這些異型件成型方法都難以滿足快速成型要求。
【發明內容】
[0005]本發明的目的是為了克服現有技術的不足，提出一種樹脂基復合材料增強肋的成型方法，該方法采取鋪層模具與固化模具相統一的方案，并在此基礎上實現同一模具可兼容多種產品尺寸，從而使增強肋的生產變的簡單、快捷。
[0006]本發明的目的是通過以下技術方案實現的。
[0007]本發明的方法采用對模-熱壓罐成型方法制備纖維增強樹脂基復合材料增強肋結構；在封裝好的熱壓罐系統內有高溫高壓氣體，隨著溫度的升高，高壓氣體將壓力傳遞到產品固化模具上，進而對產品施加穩定壓力，產品內的樹脂基體在高溫高壓作用下發生化學反應，最后固化成型。
[0008]本發明的一種樹脂基復合材料增強肋的成型方法，待成型的增強肋包括主體和豎筋；主體的橫截面為L形；豎筋位于主體的中部；豎筋用于進一步提高該增強肋的剛度，且與主體之間增強纖維連續，從而充分發揮豎筋的力學作用；
[0009]該成型方法的步驟為:
[0010]I)制備成型模具:成型模具包括對模A、對模B和定位銷；對模A和對模B的側面用于成型增強肋主體，而對模A和對模B的上表面用于成型豎筋；對模A和對模B均為長方體，對模A包括側面a、側面b和上表面C，側面a和側面b相垂直，即側面a和側面b組成L形面；對模B包括側面d、側面e和上表面f ;側面d和側面e相垂直，即側面d和側面e組成L形面；對模A和對模B均為硬模，對模A和對模B通過定位銷裝配在一起組成成型模具，對模A的側面a和對模B的側面d組成成型模具的側面ad，對模A的側面b和對模B的側面e組成成型模具的側面be，側面ad和側面be相垂直,即側面ad和側面be組成與增強肋的主體的橫截面的尺寸一致的L形面；且該成型模具既是鋪層模具，又是固化模具；對模A的上表面c和對模B的上表面f用于成型豎筋；
[0011]對模A和對模B組成的外形尺寸與待成型的增強肋的外形尺寸一致，滿足同一結構系統中最大尺寸增強肋需求；
[0012]在對模A的上表面c和對模B的上表面f用雙面膠帶粘貼娃膠板,娃膠板用于框定豎筋的外形，即硅膠板所框定的外形尺寸與豎筋的外形尺寸一致；
[0013]2)制備碳纖維單向無緯布預浸料，并將部分碳纖維預浸料裁成寬度為l_5mm窄條，并加捻待用，上述預浸料的膠質量含量為35%-45% ；
[0014]3)將步驟I)制備的對模A的上表面c朝上放置在工作平臺上，在對模A的側面a、側面b和上表面c的硅膠板上鋪疊步驟2)制備的碳纖維預浸料，鋪疊厚度為待成型的增強肋厚度的1/2 ；
[0015]將步驟I)制備的對模B的上表面f朝上放置在工作平臺上，在對模B的側面d、側面e和上表面f的硅膠板上鋪疊步驟2)制備的碳纖維預浸料，鋪疊厚度為待成型的增強肋厚度的1/2 ；
[0016]將對模A、對模B連同鋪層，借助定位銷，裝配在一起；在側面a和側面d相連的部位填充步驟2)制備的加捻后的窄條；在側面b和側面e相連的部位填充步驟2)制備的加捻后的窄條；
[0017]填充后，在側面ad和側面be上鋪疊步驟2)制備的碳纖維預浸料，鋪疊厚度為待成型的增強肋厚度的1/2 ；
[0018]鋪層完成后，在鋪層的表面依次鋪放帶孔隔離膜、吸膠紙、透氣氟布及透氣氈，并用真空袋膜和密封膠條封裝，放入熱壓罐內進行吸膠預壓；吸膠預壓溫度為65-85°C，吸膠預壓壓力為0.2-0.35MPa ;吸膠預壓的時間為15_30min ；
[0019]泄壓、降溫至室溫后，除去真空袋膜、透氣氈、透氣氟布、吸膠紙、帶孔隔離膜，得到產品與成型模具的組合體；
[0020]4)將步驟3)得到的組合體L形輪廓外立面鋪疊未硫化橡膠片，再整體依次鋪放透氣氟布及透氣氈；鋪放完成后整體使用真空袋膜和密封膠條封裝，然后放入熱壓罐內固化成型，固化成型溫度為150-170°C，固化成型壓力為0.5-0.6MPa，固化成型時間l_3h，泄壓、降溫至室溫后，除去真空袋膜、透氣氈、透氣氟布、橡膠片、定位銷，最后將對模A、對模B分離，得到樹脂基復合材料增強肋。
[0021]有益效果
[0022]本發明所述的樹脂基復合材料增強肋成型方法簡便易行，所用成型模具簡單易的，并具備不同產品尺寸的適應能力，所得產品外表光滑美觀；原因如下:(1)相較增強肋比較復雜的結構而言，整個成型方案中只包含模具設計與加工、預浸料制備、鋪疊、預吸膠、固化等樹脂基復合材料基本成型手段，可以方便的實現產品成型。(2)產品成型模具直接囊括鋪層、固化的功能，且主要由兩半構造簡單的對模組成，無論加工還是使用都相對簡單。(3 )產品成型模具在設計時便考慮了尺寸的適應性，且對模上面用于成形豎筋，其輪廓主要由粘貼的硅膠板決定，因此模具能對增強肋豎筋外形的變化有一定的適應性。(4)對模采用硬模設計，鋪層時產品外表面緊貼硬模；固化過程中產品受硬模尺寸的約束，致使所形成的產品表面光滑；若模具設計為弧面形式，增強肋外表就能夠實現形狀準確的弧面結構。
[0023]本發明所述方法，特別適合于系列增強肋的成型，且數量越多、優點越突顯。可以連續制造若干相同的模具組合，同時用于結構相異的多個增強肋成型，快速滿足同一結構體系的不同需要。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0024]圖1為本發明待成型的增強肋結構示意圖；
[0025]圖2為本發明成型模具的結構示意圖；
[0026]圖3為本發明填充窄條時鋪層與模具狀態示意圖。
【具體實施方式】
[0027]下面結合附圖和實施例對本發明作進一步說明。
[0028]一種樹脂基復合材料增強肋的成型方法，待成型的增強肋包括主體和豎筋；主體的橫截面為L形；豎筋呈直角三角形位于主體的中部；該成型方法的步驟為:
[0029]I)制備成型模具:成型模具包括對模A、對模B和定位銷；對模A和對模B均為長方體，對模A包括側面a、側面b和上表面C，側面a和側面b相垂直組成L形面；對模B包括側面d、側面e和上表面f ;側面d和側面e相垂直組成L形面；對模A和對模B均為硬模，對模A的側面a和對模B的側面d組成成型模具的側面ad，對模A的側面b和對模B的側面e組成成型模具的側面be，側面ad和側面be相垂直組成與增強肋的主體的橫截面的尺寸一致的L形面；對模A的上表面c和對模B的上表面f用于成型豎筋；
[0030]在對模A的上表面c和對模B的上表面f分別用雙面膠帶粘貼硅膠板，對模A上的硅膠板、對模A的側面a以及對模A的側面b所框定的外形尺寸與豎筋的外形尺寸一致；對模B上的硅膠板、對模B的側面d以及對模B的側面e所框定的外形尺寸與豎筋的外形尺寸一致；
[0031]2)制備碳纖維單向無緯布預浸料，并將其中一部分碳纖維預浸料裁成寬度為l-5mm的窄條，并加捻待用；
[0032]3)將步驟I)制備的對模A的上表面c朝上放置在工作平臺上，在對模A的側面a、側面b和上表面c的硅膠板上鋪疊步驟2)制備的碳纖維預浸料，鋪疊厚度為待成型的增強肋厚度的1/2 ；
[0033]將步驟I)制備的對模B的上表面f朝上放置在工作平臺上，在對模B的側面d、側面e和上表面f的硅膠板上鋪疊步驟2)制備的碳纖維預浸料，鋪疊厚度為待成型的增強肋厚度的1/2 ；
[0034]將對模A、對模B連同鋪層，借助定位銷，裝配在一起；在側面a和側面d相連的部位填充步驟2)制備的加捻后的窄條；在側面b和側面e相連的部位填充步驟2)制備的加捻后的窄條；
[0035]填充后，在側面ad和側面be上鋪疊步驟2)制備的碳纖維預浸料，鋪疊厚度為待成型的增強肋厚度的1/2 ；
[0036]鋪層完成后，在鋪層的表面依次鋪放帶孔隔離膜、吸膠紙、透氣氟布及透氣氈，并用真空袋膜和密封膠條封裝，放入熱壓罐內進行吸膠預壓；[0037]泄壓、降溫至室溫后，除去真空袋膜、透氣氈、透氣氟布、吸膠紙、帶孔隔離膜，得到產品與成型模具的組合體；
[0038]4)將步驟3)得到的組合體L形輪廓外立面鋪疊未硫化橡膠片，再整體依次鋪放透氣氟布及透氣氈；鋪放完成后整體使用真空袋膜和密封膠條封裝，然后放入熱壓罐內固化成型；
[0039]泄壓、降溫至室溫后，除去真空袋膜、透氣氈、透氣氟布、橡膠片、定位銷，最后將對模A、對模B分離，得到樹脂基復合材料增強肋。
[0040]步驟2)中的預浸料的膠質量含量為35%_45%。
[0041]步驟3)中吸膠預壓溫度為65-85°C，吸膠預壓壓力為0.2-0.35MPa ;吸膠預壓的時間為 15-30min。
[0042]步驟4)中固化成型溫度為150_170°C，固化成型壓力為0.5-0.6MPa，固化成型時間 l_3h0
[0043]實施例
[0044]一種用于樹脂基復合材料增強肋快速成型方法，如圖1所示，待成型的增強肋主體的橫截面為L形；中部的豎筋用于進一步提高該增強肋的剛度，并要求與主體之間增強纖維盡量連續，充分發揮豎筋的力學作用；產品壁厚3mm，采用碳纖維增強環氧樹脂預浸無緯布對稱鋪疊成準各向同性，產品主體外表面為圓弧面。
[0045]該成型方法的步驟為:
[0046]I)制備成型模具:如圖2，成型模具包括對模A、對模B和定位銷；對模A和對模B的側面用于成型增強肋主體，而對模A和對模B的上表面用于成型豎筋；對模A和對模B均為長方體，對模A包括側面a、側面b和上表面C，側面a和側面b相垂直,即側面a和側面b組成L形面；對模B包括側面d、側面e和上表面f ;側面d和側面e相垂直，即側面d和側面e組成L形面；對模A和對模B均采用45號鋼，對模A和對模B通過定位銷裝配在一起組成成型模具，對模A的側面a和對模B的側面d組成成型模具的側面ad，對模A的側面b和對模B的側面e組成成型模具的側面be，側面ad和側面be相垂直,即側面ad和側面be組成與增強肋的主體的橫截面的尺寸一致的L形面；且該成型模具既是鋪層模具，又是固化模具；對模A的上表面c和對模B的上表面f用于成型豎筋；
[0047]對模A和對模B組成的外形尺寸與待成型的增強肋的外形尺寸一致，滿足同一結構系統中最大尺寸增強肋需求；
[0048]在對模A的上表面c和對模B的上表面f用雙面膠帶粘貼娃膠板,娃膠板用于框定豎筋的外形，即硅膠板的外形尺寸與豎筋的外形尺寸一致；
[0049]2)制備碳纖維單向無緯布預浸料，并將部分碳纖維預浸料裁成寬度為3mm窄條，并加捻待用，碳纖維單向無緯布預浸料的膠質量含量為38% ；
[0050]3)將步驟I)制備的對模A的上表面c朝上放置在工作平臺上，在對模A的側面a、側面b和上表面c的硅膠板上鋪疊步驟2)制備的碳纖維預浸料，鋪疊厚度為1.5mm ；
[0051]將步驟I)制備的對模B的上表面f朝上放置在工作平臺上，在對模B的側面d、側面e和上表面f的硅膠板上鋪疊步驟2)制備的碳纖維預浸料，鋪疊厚度為1.5mm ；
[0052]將對模A、對模B連同鋪層，借助定位銷，裝配在一起；在側面a和側面d相連的部位填充步驟2)制備的加捻后的窄條；在側面b和側面e相連的部位填充步驟2)制備的加捻后的窄條，如圖3所示；
[0053]填充后，在側面ad和側面be上再鋪疊步驟2)制備的碳纖維預浸料，鋪疊厚度為1.5mm ；
[0054]鋪層完成后，在鋪層的表面依次鋪放帶孔隔離膜、吸膠紙、透氣氟布及透氣氈，并用真空袋膜和密封膠條封裝，放入熱壓罐內進行吸膠預壓；吸膠預壓溫度為70°C，吸膠預壓壓力為0.3MPa ;吸膠預壓的時間為20min ；
[0055]泄壓、降溫至室溫后，除去真空袋膜、透氣氈、透氣氟布、吸膠紙、帶孔隔離膜，得到產品與成型模具的組合體；
[0056]4)將步驟3)得到的組合體L形輪廓外立面鋪疊未硫化橡膠片，再整體依次鋪放透氣氟布及透氣氈；鋪放完成后整體使用真空袋膜和密封膠條封裝，然后放入熱壓罐內固化成型，固化成型溫度為160°C，固化成型壓力為0.55MPa，固化成型時間3h，泄壓、降溫至室溫后，除去真空袋膜、透氣氈、透氣氟布、橡膠片、定位銷，最后將對模A、對模B分離，得到樹脂基復合材料增強肋。
[0057]本發明說明書中未作詳細描述的內容屬于本領域專業技術人員公知技術。
【權利要求】
1.一種樹脂基復合材料增強肋的成型方法，待成型的增強肋包括主體和豎筋；主體的橫截面為L形；豎筋呈直角三角形位于主體的中部；其特征在于: 該成型方法的步驟為: 1)制備成型模具:成型模具包括對模A、對模B和定位銷；對模A和對模B均為長方體，對模A包括側面a、側面b和上表面C，側面a和側面b相垂直組成L形面；對模B包括側面d、側面e和上表面f ;側面d和側面e相垂直組成L形面；對模A和對模B均為硬模,對模A的側面a和對模B的側面d組成成型模具的側面ad，對模A的側面b和對模B的側面e組成成型模具的側面be，側面ad和側面be相垂直組成與增強肋的主體的橫截面的尺寸一致的L形面；對模A的上表面c和對模B的上表面f用于成型豎筋； 在對模A的上表面c和對模B的上表面f分別用雙面膠帶粘貼硅膠板，對模A上的硅膠板、對模A的側面a以及對模A的側面b所框定的外形尺寸與豎筋的外形尺寸一致；對模B上的硅膠板、對模B的側面d以及對模B的側面e所框定的外形尺寸與豎筋的外形尺寸一致； 2)制備碳纖維單向無緯布預浸料，并將其中一部分碳纖維預浸料裁成寬度為l_5mm的窄條，并加捻待用； 3)將步驟I)制備的對模A的上表面c朝上放置在工作平臺上，在對模A的側面a、側面b和上表面c的硅膠板上鋪疊步驟2)制備的碳纖維預浸料，鋪疊厚度為待成型的增強肋厚度的1/2 ； 將步驟I)制備的對模B的上表面f朝上放置在工作平臺上，在對模B的側面d、側面e和上表面f的硅膠板上鋪疊步驟2)制備的碳纖維預浸料，鋪疊厚度為待成型的增強肋厚度的 1/2 ； 將對模A、對模B連同鋪層，借 助定位銷，裝配在一起；在側面a和側面d相連的部位填充步驟2)制備的加捻后的窄條；在側面b和側面e相連的部位填充步驟2)制備的加捻后的窄條； 填充后，在側面ad和側面be上鋪疊步驟2)制備的碳纖維預浸料，鋪疊厚度為待成型的增強肋厚度的1/2 ； 鋪層完成后，在鋪層的表面依次鋪放帶孔隔離膜、吸膠紙、透氣氟布及透氣氈，并用真空袋膜和密封膠條封裝，放入熱壓罐內進行吸膠預壓； 泄壓、降溫至室溫后，除去真空袋膜、透氣氈、透氣氟布、吸膠紙、帶孔隔離膜，得到產品與成型模具的組合體； 4)將步驟3)得到的組合體L形輪廓外立面鋪疊未硫化橡膠片，再整體依次鋪放透氣氟布及透氣氈；鋪放完成后整體使用真空袋膜和密封膠條封裝，然后放入熱壓罐內固化成型； 泄壓、降溫至室溫后，除去真空袋膜、透氣氈、透氣氟布、橡膠片、定位銷，最后將對模A、對模B分離，得到樹脂基復合材料增強肋。
2.根據權利要求1所述的一種樹脂基復合材料增強肋的成型方法，其特征在于:步驟2)中的預浸料的膠質量含量為35%-45%。
3.根據權利要求1所述的一種樹脂基復合材料增強肋的成型方法，其特征在于:步驟3 )中吸膠預壓溫度為65-85 °C，吸膠預壓壓力為0.2-0.35MPa ；吸膠預壓的時間為15_30mino
4.根據權利要求1所述的一種樹脂基復合材料增強肋的成型方法，其特征在于:步驟4)中固化成型溫度為150 -170°C，固化成型壓力為0.5-0.6MPa，固化成型時間l_3h。
【文檔編號】B29C70/34GK103465480SQ201310372720
【公開日】2013年12月25日 申請日期:2013年8月23日 優先權日:2013年8月23日
【發明者】杜巍, 馬立, 張玉生, 董豐路, 曲澎 申請人:北京衛星制造廠