一种大厚度复合材料结构预成型方法

一种大厚度复合材料结构预成型方法
【技术领域】
[0001 ]本发明涉及复合材料成型方法，涉及一种大厚度复合材料结构预成型方法。
【背景技术】
[0002]预成型工艺广泛应用于复合材料结构制备，包括L形、T形、工形长桁及C形梁。对于厚度较小的制件，预成型工艺过程中，整个预浸料铺层容易达到工艺温度，确保预浸料经历的热历程符合工艺要求;另外，最内层与最外层预浸料相对滑移距离短，能有效控制纤维屈曲及褶皱等缺陷，保证预成型质量。然而对于厚度较大的制件，预浸料中间层达到工艺温度的时间长，将直接导致预浸料表面层经历的热历程时间过长，不符合工艺规范要求；另外，最内层与最外层预浸料相对滑移距离大，难以控制纤维屈曲及褶皱等缺陷。鉴于此，目前，预成型工艺在工程应用中所制备复合材料结构的最大厚度约为20mm，而对于厚度大于30mm的复合材料结构，目前传统的预成型工艺无法保证其成型质量。

【发明内容】

[0003]本发明解决的技术问题为:提供一种预浸料热历过程短、纤维屈曲及褶皱可控的大厚度复合材料结构预成型方法。
[0004]本发明的技术方案为:一种大厚度复合材料结构预成型方法，其特征在于该方法将待预成型的结构分为若干子铺层，对各子铺层分别进行预成型，最后将各子铺层组装在一起；
[0005]子铺层按这种方式铺贴:上一级子铺层铺贴完成后，将所有铺贴完成的子铺层形成的组合体作为下一级铺层的铺贴模具，在该组合体上进行铺贴。
[0006]作为本技术方案的一种改进，上一级子铺层预成型完成后，将所有预成型完成的子铺层形成的组合体作为下一级铺层的预成型模具，在该组合体上进行预成型。
[0007]作为本技术方案的一种改进，先成型的子铺层成型后，在该子铺层两侧位置外表面安装三角形模具垫片。
[0008]作为本技术方案的一种改进，三角形模具垫片为预浸料铺层、聚四氟乙烯块或隔离膜卷块。
[0009]作为本技术方案的一种改进，铺贴的各子铺层之间铺贴有分离膜。
[0010]作为本技术方案的一种改进，分离膜为两层柔性薄膜紧密贴合而成。
[0011]作为本技术方案的一种改进，对于热塑性树脂预浸料铺层及纤维干丝铺层，作为预成型模具使用的子铺层可以作为结构进行组装。
[0012]作为本技术方案的一种改进，针对上述材料的铺层使用单隔膜预成型。
[0013]本发明的有益效果为:该技术方案将原本属于大厚度的预成型结构，分成多个子铺层，分别进行铺贴，各个子铺成分别进行预成型，减小了预成型工艺过程中大厚度复合材料结构预浸料铺层的热历程，有效控制纤维屈曲及纤维褶皱，保证预成型工艺切实可行，并确保大厚度复合材料结构预成型质量。
【附图说明】
[0014]图1为铺贴不意图；
[0015]图2为预成型不意图；
[0016]图3为子铺层组装示意图；
[0017]图中:I为平面铺贴模具，2为一级子铺层，3为分离膜，4为二级子铺层，5为预成型模具，6为三角形模具垫片，7为固化成型模具。
【具体实施方式】
[0018]下面结合附图对本技术方案做进一步详细说明。
[0019]该方法将待预成型的大厚度复合材料结构分为若干子铺层，对各子铺层分别进行预成型，最后将各子铺层组装在一起;子铺层按这种方式铺贴:上一级子铺层铺贴完成后，将所有铺贴完成的子铺层形成的组合体作为下一级铺层的铺贴模具，在该组合体上进行铺贴。
[0020]1、原位铺贴
[0021]针对大厚度复合材料结构，将其按照铺层厚度分为若干子铺层，子铺层数量可以为两个，也可以多于两个;各子铺层厚度可以相同，也可以不相同，子铺层厚度以确保预成型质量为标准。根据复合材料结构制件内外表面特征复杂程度，优选特征简单的一个表面作为铺贴起始面，并制造表面特征相匹配的铺贴模具。特殊地，利用平面模具作为铺贴模具，以降低模具成本。如图1所示，在平面铺贴模具I上铺贴一级子铺层2。一级子铺层2铺贴结束后，在其表面铺贴分离膜3 ο分离膜3由两层柔性薄膜紧密贴合而成。该分离膜应尽可能的薄，以保证其厚度不会对一级子铺层2表面形状造成明显影响。分离膜通常可以为以下材料:聚四氟乙烯膜、聚四氟乙烯玻璃纤维布、有孔隔离膜和无孔隔离膜。一级子铺层2铺贴完成后，以一级子铺层2作为二级子铺层4的铺贴模具，在一级子铺层上铺贴分离膜3后直接铺贴二级子铺层。对于包含数量大于两个的子铺层的结构，例如包含三级子铺层的铺层结构，第一级子铺层铺贴完成后，以第一级子铺层作为第二级子铺层的铺贴模具，在第一级子铺层上铺贴第二级子铺层;第二级子铺层铺贴完成后，将第一级与第二级子铺层的组合体作为第三级子铺层的铺贴模具，在该组合体上直接铺贴第三级子铺层。上述铺贴方法在本专利文件中称为原位铺贴方法，利用该方法，一方面保证子铺层之间完美贴合，尺寸完全匹配，另一方面减少了额外铺贴工装的投入。由于子铺层之间铺贴分离膜3，各子铺层铺贴结束后，子铺层之间易于分开，便于后续预成型。
[0022]2、原位预成型
[0023]将原位铺贴的各子铺层分离，根据预成型模具形式不同，可以选择子铺层铺贴顺序依次预成型，也可按照子铺层铺贴顺序逆序预成型。如图2所示，预成型模具5为阳模，二级子铺层4最先在预成型模具5上进行预成型。二级子铺层预成型结束后，在二级子铺层4两侧位置外表面安装三角形模具垫片6，三角形模具垫片6覆盖二级子铺层4两侧整个区域，尖角靠近拐角区，其角度2°?5°，保证二级子铺层两侧外表面保持一定的夹角。三角形垫片可以为预浸料铺层、聚四氟乙烯块、隔离膜卷块制成。随后以此作为一级子铺层2的预成型模具，进行预成型。对于包括数量大于两个的子铺层的预成型结构，例如包括三级子铺层的预成型结构，第三级子铺层预成型完成后，以第三级子铺层作为第二级子铺层的预成型模具，在三级子铺层上预成型第二级子铺层;第二级子铺层预成型完成后，将第三级与第二级子铺层预成型后的组合体作为第一级子铺层的预成型模具，在该组合体上预成型第一级子铺层。该方法在本专利申请文件中，称为原位预成型。整个预成型过程，不再额外投入各子铺层预成型模具。
[0024]该方法中，对于热固性树脂预浸料铺层，由于作为模具的二级子铺层4额外经历热历程，因此，其不能作为产品的二级子铺层进行组装，将一直作为模具预成型后续产品相应一级子铺层。对于单独进行预成型没有作为预成型模具使用的二级子铺层，可以作为产品的二级子铺层进行组装。对于包含有三级子铺层的预成型复合材料结构，将单独预成型没有作为模具使用的三级子铺层，和仅经历一次预成型热历程的，没有作为预成型模具使用的所有一级及二级子铺层组装。特殊地，为利于预成型的子铺层与预成型模具分离，优选双隔膜预成型工艺。
[0025]对于热塑性树脂预浸料铺层及纤维干丝铺层，由于热历程对分子结构的影响可以忽略，因此作为预成型模具使用的子铺层可以作为结构进行组装。特殊地，采用单隔膜预成型时，热塑性树脂预浸料子铺层或纤维干丝铺层子铺层预成型后将直接接触上一级子铺层，形成完整的预成型结构，省去了组装流程。相应地，该工艺过程中，不再应用三角形模具垫片。对于多个子铺层的结构，以相同方法进行预成型。各子铺层的铺贴模具将用于后续产品各相邻子铺层的铺贴。
[0026]3、组装
[0027]对于热固性预浸料铺层，当一级子铺层2及二级子铺层4预成型结束后，将进行各子铺层的组装。如图3所示，将二级子铺层4放置于固化成型模具7上。根据工艺方案，固化成型模具形式可以与预成型模具形式相同，即为阳模，也可以与预成型模具形式不同，即为阴模。特殊地，固化成型模具可以为预成型模具。接着将一级子铺层2组装在二级子铺层4。对于多个子铺层的结构，以相同方法依次进行组装。由于采用原位预成型技术，各子铺层间相应位置匹配度高，另外相邻子铺层间存在一定角度差，易于组装，有效避免暴力组装。由于角度差较小，子铺层之间的角度差在后续产品固化过程中将消除。
【主权项】
1.一种大厚度复合材料结构预成型方法，其特征在于该方法将待预成型的结构分为若干子铺层，对各子铺层分别进行预成型，最后将各子铺层组装在一起； 子铺层按这种方式铺贴:上一级子铺层铺贴完成后，将所有铺贴完成的子铺层形成的组合体作为下一级铺层的铺贴模具，在该组合体上进行铺贴。2.根据权利要求1所述的一种大厚度复合材料结构预成型方法，其特征为:上一级子铺层预成型完成后，将所有预成型完成的子铺层形成的组合体作为下一级铺层的预成型模具，在该组合体上进行预成型。3.根据权利要求2所述的一种大厚度复合材料结构预成型方法，其特征为:先成型的子铺层成型后，在该子铺层两侧位置外表面安装三角形模具垫片。4.根据权利要求3所述的一种大厚度复合材料结构预成型方法，其特征为:三角形模具垫片为预浸料铺层、聚四氟乙烯块或隔离膜卷块。5.根据权利要求1所述的一种大厚度复合材料结构预成型方法，其特征为:铺贴的各子铺层之间铺贴有分离膜。6.根据权利要求5所述的一种大厚度复合材料结构预成型方法，其特征为:分离膜为两层柔性薄膜紧密贴合而成。7.根据权利要求1所述的一种大厚度复合材料结构预成型方法，其特征为:对于热塑性树脂预浸料铺层及纤维干丝铺层，作为预成型模具使用的子铺层可以作为结构进行组装。8.根据权利要求7所述的一种大厚度复合材料结构预成型方法，其特征为:针对上述材料的铺层使用单隔膜预成型。
【专利摘要】本发明涉及复合材料成型方法，涉及一种大厚度复合材料结构预成型方法。一种大厚度复合材料结构预成型方法，其特征在于该方法将待预成型的结构分为若干子铺层，对各子铺层分别进行预成型，最后将各子铺层组装在一起；子铺层按这种方式铺贴：上一级子铺层铺贴完成后，将所有铺贴完成的子铺层形成的组合体作为下一级铺层的铺贴模具，在该组合体上进行铺贴。该技术方案将原本属于大厚度的预成型结构，分成多个子铺层，分别进行铺贴，各个子铺成分别进行预成型，减小了预成型工艺过程中大厚度复合材料结构预浸料铺层的热历程，有效控制纤维屈曲及纤维褶皱，保证预成型工艺切实可行，并确保大厚度复合材料结构预成型质量。
【IPC分类】B29C70/34
【公开号】CN105643951
【申请号】
【发明人】辛朝波, 苏曹宁, 段沐枫, 徐吉峰
【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6月8日
【申请日】2015年9月29日