一種復合材料液體壓力成型方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于樹脂基復合材料液態成型技術，涉及一種復合材料液體壓力成型的方法。
【背景技術】
[0002]碳纖維增強樹脂基復合材料具有輕質、高比強度、高比模量、抗疲勞斷裂性能好、耐腐蝕、便于大面積整體成形等獨特的優點，已廣泛應用于航空飛行器和發動機結構，成為航空裝備的關鍵材料，其用量也已成為航空裝備先進性的標志之一。
[0003]預浸料/熱壓罐技術成型的復合材料制件具有高纖維體積含量、高纖維一致性和高力學性能的特點，同時適用于絕大多數復合材料結構成型，因此是目前廣泛應用于先進飛機復合材料結構上的成型工藝方法之一。但預浸料/熱壓罐技術采用的是單面模具成型方法，即成型復合材料制件的一個表面由模具支撐(貼模面)，另一個表面采用真空袋或軟模施加壓力(貼袋面)，因此成型的制件雖然纖維體積含量高，但制件的貼袋面的成型精度難以保證。
[0004]樹脂轉移模塑成型技術，簡稱RTM技術(Resin Transfer Molding)是近年來航空、航天等國防領域廣泛應用的一種液態成型復合材料制造技術。其原理是在剛性模具型腔內鋪放按性能和結構要求設計好的干態纖維預成型體，然后采用注射設備將低粘度樹脂注入到閉合模腔內，使樹脂與纖維充分浸潤，最后按照樹脂的工藝規范進行升溫固化。由于采用的是高剛性的雙面閉合模具，因此與傳統的熱壓罐成型工藝相比，可以較好的解決預浸料/熱壓罐技術成型的復合材料制件貼袋面外形精度差和可重復性差等問題。但RTM成型技術的滲透效率和質量受多種材料特性和工藝參數的影響，如樹脂粘度、注射壓力、纖維預成型體滲透率以及模具結構形式等。隨著對制件纖維體積含量要求的上升，對樹脂粘度、注射壓力和模具結構形式的要求也越來越高，雖然可以通過降低樹脂粘度、改善模具結構形式、提高注射壓力等方法來提高RTM技術的成型效率和零件的成型質量，但對于纖維體積含量大于55%的高性能復合材料結構件來說成型困難。
【發明內容】
[0005]本發明的目的是:針對傳統復合材料預浸料/熱壓罐成型技術和RTM成型技術存在的不足，提出一種復合材料液體壓力成型方法。
[0006]本發明的技術解決方案是，所述方法使用一種液體壓力傳遞系統，所述系統包括上半模2、下半模5、預定型體3、密封膠條8、樹脂10、樹脂貯存罐30、樹脂溢出罐80、樹脂維壓罐40、第一真空源70、第二真空源71、第一壓力源60和第二壓力源61，所述方法如下步驟:
[0007]I)將鋪疊好的預定型體3放置在下半模5的模腔6中，預定型體3距離下半模5的模腔6四周邊緣LI = 2?10mm ；
[0008]2)在下半模5的四周設置密封槽7，密封槽7中放置密封膠條8 ;
[0009]3)將上半模2與下半模5組合，并通過高強螺栓9擰緊，密閉壓實下半模5的模腔6中的預定型體3，預定型體3的纖維體積含量范圍在40%?63%之間；
[0010]4)在下半模5的進膠口 11裝上第一閥門21，在上半模2的出膠口 12裝上樹脂維壓罐40 ；
[0011]5)第一閥門21通過樹脂管道50和樹脂貯存罐30連接；第一樹脂三通管道31 —端連接樹脂貯存罐30，另一端分別連接第二閥門22和第三閥門23 ;
[0012]6)第二閥門22通過第一壓力管道51和第一壓力源60連接；第三閥門23通過第一真空管道52和第一真空源70連接；
[0013]7)第二樹脂三通管道32—端連接樹脂維壓罐40，另一端分別連接第四閥門24和第五閥門25;
[0014]8)第四閥門24通過第二壓力管道53和第二壓力源61連接；第五閥門25通過第二樹脂管道54和樹脂溢出罐80連接；樹脂溢出罐80通過第二真空管道55和第二真空源71連接；
[0015]9)連接完畢后，第一閥門21、第二閥門22、第三閥門23、第四閥門24和第五閥門25均置于關閉狀態；
[0016]10)根據所使用的樹脂10的工藝要求，將上述連接完成后的系統升溫至預設溫度；
[0017]11)將樹脂10倒入樹脂貯存罐30中，打開第三閥門23和第一真空源70，抽真空脫泡30min?120min ;脫泡結束后關閉第三閥門23和第一真空源70，并從系統拆除第一真空源70和第一真空管道52 ；
[0018]12)打開第五閥門25和第二真空源71，通過第二真空源71對密閉在模腔6中的預定型體3抽真空10?120min，然后關閉第二真空源71 ；
[0019]13)打開第一壓力源60，調節第一壓力源60的輸出壓力至0.1Mpa?1.5Mpa，然后依次打開第二閥門22和第一閥門21，樹脂貯存罐30中的樹脂10在壓力的作用下開始進行轉移；
[0020]14)當樹脂溢出罐80開始有樹脂10出現時，關閉第五閥門25，第一壓力源60持續輸出壓力10?120min ;保壓結束后從系統拆除樹脂溢出罐80、第二真空管道55和第二真空源71 ；
[0021]15)先后關閉第一閥門21、第二閥門22和第一壓力源60 ;打開并調節第二壓力源61，使第二壓力源61持續輸出壓力0.1Mpa?1.5Mpa，然后打開第四閥門24 ；
[0022]16)將樹脂貯存罐30、樹脂管道50、第一樹脂三通管道31、第二閥門22、第三閥門23、第一壓力管道51和第一壓力源60從系統中拆除；
[0023]17)按所使用的樹脂10的工藝要求，將整個系統升溫固化，固化過程中第二壓力源61持續輸出壓力；
[0024]18)按所使用的樹脂10的工藝要求，待整個系統固化完畢冷卻后，關閉第二壓力源61，依次將第二壓力源61、第二壓力管道53、第四閥門24、第五閥門25、第二樹脂三通管道32和樹脂維壓罐40從系統中拆除；
[0025]19)擰開高強螺栓9，將上半模2與下半模5分離，取出固化后的復合材料零件。
[0026]預定型體3為干態纖維織物與預定型樹脂的混合體。
[0027]預定型體3所使用的干態纖維織物為由玻璃纖維、碳纖維及凱夫拉纖維制成的各種單向帶、平紋織物、緞紋織物、斜紋織物、簾子布、多層精編織物、2.5維織物或3維織物。
[0028]預定型體3所使用的預定型樹脂包括各類型常溫、中溫、高溫固化乙烯基、環氧、雙馬、聚酰亞胺、苯并噁嗪或氰酸脂樹脂。
[0029]樹脂貯存罐30中貯存的樹脂10和預定型體3所使用的預定型樹脂為同一類型樹脂。
[0030]第一壓力源60和第二壓力源61為如下設備之一:
[0031]a、管道壓縮空氣源；
[0032]b、RTM 注射機；
[0033]C、壓縮氣瓶。
[0034]7、根據權利要求1所述的一種復合材料液體壓力成型的方法，其特征在于:樹脂貯存罐30、樹脂溢出罐80、樹脂維壓罐40為耐壓力樹脂儲存容器。
[0035]8、根據權利要求1所述的一種復合材料液體壓力成型的方法，其特征在于:樹脂維壓罐40的容量為0.5?10L。
[0036]本發明的優點和有益效果是:
[0037]復合材料液體壓力成型技術，即LPM(Liquid Pressing Molding)成型技術，能夠克服傳統預浸料/熱壓罐成型技術成型的復合材料貼袋面成型精度不高和RTM成型技術成型高纖維體積含量的復合材料困難和成型效率低的缺點，本發明的優點和有益效果具體如下:
[0038]1、LPM成型技術采用的是剛性較好的閉合模具，制件表面均與剛性模具接觸，成型后的復合材料制件的尺寸與模具型腔的尺寸一致，因此成型的復合材料制件的尺寸精度尚;
[0039]2、LPM成型技術所使用的預定型體原材料的工藝性與預浸料的工藝性相似，具有良好的可鋪貼性，便于鋪貼復雜構型的結構件，解決了 RTM工藝采用干態纖維織物難以制備復雜結構的預定型體的難題