br>[0040]步骤D、启动超声波发生控制器，使超声波工具头2振动，以对模具内的纤维和热塑性树脂7进行超声处理，优选地，超声波工具头2以20-60kHz的频率、10-60μπι的振幅持续振动，同时，使所述模具保持压力Pl;
[0041]步骤Ε、停止超声波发生控制器，提高模具压力至Ρ2，保温预设时间；
[0042]步骤F、冷却模具、开模，取出纤维增强热塑性树脂基复合材料层板。
[0043]更优选地，上述方法中，通过将超声波工具头2置于模具的上模3上以为模具提供压力。即本方法中，通过超声波组件为模具提供压力，例如，步骤Β2中，通过将超声波工具头2置于模具的上模3上以对模具施加初始压力Ρ1，步骤D中，超声波工具头振动以对模具内的纤维和热塑性树脂进行超声处理，同时，通过超声波工具头2使模具继续保持压力；步骤E中，停止超声波发生控制器，但通过超声波工具头2提高模具压力至Ρ2。通过超声波组件为模具提供压力，无需设置额外的压力装置，操作更简便。
[0044]更进一步地，在通过超声波组件为模具提供压力的模压方法的实施方式中，在步骤Β2之前还包括步骤BI:在模具的上模3上方与超声波工具头2之间设置有由低导热材料制成的隔热层12，该导热材料优选为不锈钢或TC4合金制成的板体，该隔热层12优选为不锈钢或TC4合金制成的板体。
[0045]更进一步地，上述方法中使用的超声波组件还包括夹持加载机构I，夹持加载机构I用来夹持超声波工具头2并为超声波工具头2提供压力。
[0046]更具体地，上述纤维可以是单向分布或编织布排的纤维。
[0047]更进一步地，上述纤维优选为碳纤维或玻璃纤维。
[0048]更进一步地，上述方法中，可以选用加热组件例如加热电阻丝8，直接设置于模具的上模和/或下模内的模压装置，通过加热组件对模具加热进而对模具内的树脂加热；但是，当采用碳纤维来作为增强材料时，可以如图3所示的采用碳纤维电阻加热的方式对树脂进行加热的模压装置，具体地，加热组件可以包括一置于模具外的电源9，使该电源9与模具内的碳纤维接通，利用碳纤维的导电特性，使其快速升温，从而加热其相邻的树脂，当树脂完全熔化后，在超声波振动和模具压力作用下，将树脂熔体与碳纤维界面及各层间的气体排出，使树脂熔体完全浸润碳纤维，最终在模具压力下固结成纤维增强热塑性树脂基复合材料层板。采用碳纤维电阻加热的方式中，应当在所述模具内侧设置绝缘件10，以防止漏电。
[0049]另外，上述方法中的Pl、tl、P2、保温时间等可以根据所选用的热塑性树脂及纤维进行具体设置，但是其中11通常优选为300-350度，保温时间优选为l-3min。
[0050]本实施例提供的模压方法，通过超声波振动，可以促进树脂流体的流动，从而提高了熔体内部气体的排放速度，降低了层板零件的孔隙率;同时，施加超声波振动有利于纤维的均匀分布，避免了压力作用下造成的纤维相互挤压;此外，还可以降低模压压力，缩短制备时间，降低层板制件的残余应力。
[0051]本实施例提供的模压装置结构简单、紧凑，操作方便。
[0052]实施例二：
[0053]本实施例公开了一种纤维增强热塑性树脂基复合材料层板模压装置和方法。其中，模压装置包括模具、加热组件和超声波组件;加热组件用于对模具中的热塑性树脂进行加热;超声波组件包括超声波发生控制器I和与超声波发生控制器连接的超声波工具头，超声波工具头设置于模具上方，用于对模具内的纤维和热塑性树脂进行超声处理并用于向模具提供压力，优选地，在超声波工具头与上模之间设置有由低导热材料制成的隔热层。模具的结构可以参照实施例一进行设置，在此不加以赘述。
[0054]模压方法与实施例一的不同之处在于:本实施例中所使用的热塑性树脂为具有剪切变稀特性的树脂，例如聚苯硫醚(PPS)、聚醚醚酮(PEEK)。
[0055]对热塑性聚合物树脂熔体施加超声波振动，可以促进聚合物熔体的流动，而对于剪切变稀的熔体还可以降低其粘度，进一步促进其熔体内部气体的排出，提高产品的致密性。以下以碳纤维增强聚苯硫醚(CF/PPS)复合材料层板的模压工艺过程为例继续介绍本实用新型：
[0056]步骤A、将10层CF/PPS预浸料按照一定的铺层顺序铺放在上模和下模间，在CF/PPS预浸料外周放置限位件，合模；
[0057]步骤BI:在模具的上模上方与超声波工具头之间设置一块Imm厚的TC4合金板；
[0058]步骤B2、通过夹持加载机构为超声波工具头加压进而对模具施加初始压力O·5MPa；
[0059]步骤C、通过设置于模具的上模和下模内的加热电阻丝将模具加热至320°C，保温20min，使PPS完全熔化；
[0060]步骤D、启动超声波发生控制器，使超声波工具头振动，振动频率为20kHz，振幅为40μπι，以对模具内的CF/PPS进行超声处理；同时使超声波工具头对模具施加的压力为
0.5MPa，振动、加压30s ；
[0061 ]步骤E、停止超声波发生控制器，使超声波工具头对模具施加的压力提高到3MPa，保温2min;
[0062]步骤F、对模具进行冷却，待模具冷却至室温后，打开模具，取出CF/PPS层板。
[0063]实施例三：
[0064]本实施例公开了一种纤维增强热塑性树脂基复合材料层板模压装置和方法。其中，模压装置的结构与实施例二所述的结构相同，此处不再赘述。
[0065]模压方法与实施例二的不同之处在于:步骤A中，所采用的碳纤维增强聚苯硫醚树脂层为交替排列的碳纤维与聚苯硫醚薄膜叠层，制备层板时，将21层碳纤维与聚苯硫醚薄膜交替叠层放入模具中；步骤C、步骤D、步骤E中，通过设置于模具的上模和下模中的加热组件对模具加热的方式，来对热塑性树脂进行加热；另外，步骤B2和步骤D中，施加的压力为IMPa，以实现聚苯硫醚树脂对碳纤维的充分浸润。
[0066]其它工艺过程及工艺条件与实施例二相同。
[0067]实施例四：
[0068]本实施例公开了一种纤维增强热塑性树脂基复合材料层板模压装置和方法。其中，模压装置的结构与实施例三所述的结构相同，此处不再赘述。
[0069]模压方法与实施例三的不同之处在于：
[0070]步骤C、步骤D、步骤E中，将碳纤维层与置于模具外的电源接通，采用碳纤维电阻加热的方式加热聚苯硫醚树脂，所述的碳纤维加热电流为10-15A。其它工艺过程及工艺条件与实施例三相同。
[0071]以上结合具体实施例描述了本实用新型的技术原理。这些描述只是为了解释本实用新型的原理，而不能以任何方式解释为对本实用新型保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本实用新型的其它【具体实施方式】，这些方式都将落入本实用新型的保护范围之内。
【主权项】
1.一种纤维增强热塑性树脂基复合材料层板模压装置，其特征在于，包括模具、加热组件、加压组件和超声波组件； 所述加热组件用于对所述模具中的热塑性树脂进行加热； 所述加压组件用于为所述模具提供压力； 所述超声波组件包括超声波发生控制器和与所述超声波发生控制器电连接的超声波工具头，所述超声波工具头设置于所述模具旁侧，用于对所述模具内的纤维和热塑性树脂进行超声处理。2.根据权利要求I所述的模压装置，其特征在于，所述模具包括上模、下模和限位件，所述限位件用于放置在所述上模和所述下模间的纤维和热塑性树脂外周以限制其位移。3.根据权利要求2所述的模压装置，其特征在于，所述加压组件与所述超声波组件为同一部件，所述超声波工具头设置于所述上模上，通过所述超声波工具头为所述模具提供压力。4.根据权利要求3所述的模压装置，其特征在于，在所述超声波工具头与所述上模之间设置有由低导热材料制成的隔热层。5.根据权利要求4所述的模压装置，其特征在于，所述低导热材料为不锈钢或TC4合金。6.根据权利要求I至5任一所述的模压装置，其特征在于，所述超声波组件还包括夹持加载机构，所述夹持加载机构用于夹持所述超声波工具头并为所述超声波工具头提供压力。7.根据权利要求I至5任一所述的模压装置，其特征在于，所述模具的上模和下模内设置有冷却流体通道。8.根据权利要求I至5任一所述的模压装置，其特征在于，所述加热组件设置于所述模具的上模和/或下模内；或所述加热组件包括电源，所述电源用于与模具内的碳纤维接通，在所述模具内侧设置有绝缘件。
【专利摘要】本实用新型公开了一种纤维增强热塑性树脂基复合材料层板模压装置，属于纤维增强复合材料技术领域，为解决现有的纤维增强热塑性树脂基复合材料层板孔隙率高的问题而设计。本实用新型公开的纤维增强热塑性树脂基复合材料层板模压装置，包括模具、加热组件、加压组件和超声波组件；加热组件用于对模具中的热塑性树脂进行加热；加压组件用于向模具提供压力；超声波组件包括超声波发生控制器和与超声波发生控制器连接的超声波压头，超声波压头设置于模具旁侧，用于对模具内的纤维和热塑性树脂进行超声处理。本实用新型提供的模压装置结构简单、紧凑，操作方便，通过超声波振动，可以促进树脂流体的流动，从而提高熔体内部气体的排放速度，降低层板零件的孔隙率。
【IPC分类】B29C70/54, B29C70/34
【公开号】CN205148946
【申请号】CN201520984287
【发明人】刘建光, 岳广全, 薛佳, 马立敏, 张嘉振, 夏杰
【申请人】中国商用飞机有限责任公司北京民用飞机技术研究中心, 中国商用飞机有限责任公司
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2015年12月2日