一种减少模压成型的复合材料件变形的方法
【专利摘要】本发明公开了一种减少模压成型的复合材料件变形的方法，属于短切纤维复合材料模压成型的【技术领域】，包括：S1对拟成型的制品进行分区，分为筋区、板区以及应力释放区，当拟成型的制品厚薄不均时，以较厚处为筋区，以较薄处为应力释放区；当制品厚度一致时，以边缘处和中心线处为筋区，以端部或者尾部为应力释放区；S2先仅对筋区进行加料，再对板区进行加料，然后对筋区和板区进行预压实；S3对应力释放区进行加料然后再次进行预压实以获得预压实制品；S4对预压实制品进行模压固化，以此方式控制复合材料变形。本发明方法适用控制平板状的大型薄壁件复合材料的变形，其变形量小于0.1％。
【专利说明】一种减少模压成型的复合材料件变形的方法
【技术领域】
[0001]本发明属于短切纤维复合材料模压成型【技术领域】，更具体地，涉及一种减少模压成型的短切纤维复合材料变形的方法。
【背景技术】
[0002]碳纤维、高硅氧纤维等短切纤维增强酚醛树脂的模压成型复合材料产品纤维含量较高，综合性能较好，基本各向同性，在航天航空应用非常广泛。但是，酚醛树脂模压成型的压力大、温度高，变形难以控制，特别是成型大型薄壁复合材料产品时，其变形达到1%左右，从而影响了模压成型短切纤维复合材料的使用。
[0003]实际使用中，对于碳纤维、高硅氧纤维等短切纤维增强酚醛树脂类的复合材料，先模压成型得到其厚壁件，然后采用机械加工的方法切削掉多余部分，得到符合使用要求的薄壁件。这种方法具有以下方面的弊端:(I)材料浪费较为严重；(2)机械加工后产品应力释放，又会重新使产品再次产生二次变形。
【发明内容】
[0004]针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种减少模压成型的复合材料件变形的方法，其目的是在制备过程中对复合材料设置筋区、板区和应力释放区，从源头上控制模压成型短切纤维复合材料应力的产生和释放，从而达到减少产品变形的目的。
[0005]为实现上述目的，本发明提供了一种适用于控制大型薄壁件复合材料变形的方法，其特征在于，包括如下步骤:
[0006]S1:对拟成型的制品进行分区，分为筋区、板区以及应力释放区；在拟成型的制品厚薄不均时，以较厚处为筋区，以较薄处为应力释放区，以除所述筋区和所述应力释放区外的区域为板区；在拟成型的制品厚度一致时，以至少一个端部为应力释放区，以中心线处和除应力释放区外的边缘处为筋区，以除所述筋区和所述应力释放区外的区域为板区；
[0007]S2:先仅对SI中所述筋区进行加料，待筋区加料结束后再对SI中所述板区进加料，然后对所述筋区和所述板区进行整体预压实；
[0008]S3:接着对SI中所述应力释放区进行加料，然后再次进行整体预压实以获得预压实制品;
[0009]S4:对S3的所述预压实制品进行模压固化，以此方式减少模压成型的复合材料件变形。
[0010]进一步的，所述筋区相互连接以形成整个预压实制品的框架，且筋区所占面积小于所述筋区、板区以及应力释放区面积之和的一半。
[0011]进一步的，步骤S2中对所述筋区进行加料具体为分多次加料并每次加料后均对该筋区进行预压实，以使该筋区成型而成为所述预压实制品的主要支撑结构。
[0012]进一步的，对所述板区加料均匀，预压后所述板区与所述筋区结合为一体而成为预压实制品的主体。
[0013]进一步的，步骤S3中对所述应力释放区进行加料具体为分多次加料并每次加料后均对该应力释放区进行预压实。
[0014]进一步的，对所述预压实制品进行模压固化前，还包括对所述预压实制品进行合模试压，试压后测量合模间隙，所述合模间隙为0.05mm?0.35mm，且各点合模间隙差小于或等于0.15_。通过控制合模间隙，可保证各区内压光度一致，以及可控制脱模剂的用量，做成保证制品的内部质量和表面质量。
[0015]总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，根据产品的形状和对力学性能的要求，在模压成型前即对产品进行分区，分为主要贡献力量的筋区、释放模压成型压力的应力释放区以及位于筋区和应力释放区的板区，应力释放区厚度相对较薄或者位于端部，在产品成型后，模压以及固化产生的内部应力会自行集中在壁厚最薄或者端部区域，即应力释放区，并自行释放，则不会导致其他部分由于应力不均衡或者应力集中而产生变形。
[0016]本发明方案能够取得下列有益效果:
[0017](I)本发明方法特别适合控制平板长条状的大型薄壁件复合材料变形，变形量小于0.1%。试验证明，现有长度为900mm，宽为30mm，厚度为7mm的高娃氧短切纤维增加酸醛树脂模压制品，未采用本发明方法前，长度方向的变形为7mm左右，不能满足使用要求，产品大量报废；采用本发明方法后，长度方向的变形为0.6mm，完全可满足使用要求。
[0018](2)采用本发明方法从源头上控制了应力的产生以及释放，使制备得到的产品无需加工即可使用，减小了工序，缩短了加工周期并节约了成本。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]图1是本发明实施例中板状薄壁件分区示意图；
[0020]图2是本发明方法的流程示意图。
[0021]在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中:1-一侧边缘的筋区，I1-端部筋区，II1-另一侧的边缘筋区，IV-应力释放区，V-板区
【具体实施方式】
[0022]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
[0023]实施例1:
[0024]本实施例为采用本发明方法控制高硅氧短切纤维增加酚醛树脂的复合材料变形，该产品形状如图1所示，该产品的具体尺寸为:长度为900mm，宽为30mm，厚度为7mm，厚度一致。未采用本发明方法前，长度方向的变形为7_左右，不能满足使用要求，产品大量报废。
[0025]S1:对拟成型的制品进行分区，分区结果如图1所示，其中I和III分别为一侧边缘的筋区和另一侧的边缘筋区，II为端部的筋区，筋区组成该板状薄壁件的框架，且筋区面积为所述筋区、板区以及应力释放区面积之和的0.48倍，以端部区域为应力释放区IV，以中心区域为板区V。
[0026]S2:加料前，将模具升温到60°C，保温30min以上。加料时，先仅对SI中筋区进行加料，反复对所述筋区加料且反复进行预压实，每次加料尽量靠边加料，厚度不超过1cm以保证预压可压实，压实后以使所述筋区成型而成为所述预压实制品的主要支撑结构。接着对板区加料，然后对所述筋区和板区进行预压实，预压后所述板区与所述筋区结合为一体而成为预压实制品的主体。
[0027]S3:待筋区和板区加料完毕，接着对端部的应力释放区加料，分多步对所述应力释放区加料，先加料，然后预压，接着补齐所欠料，最后接着预压实以获得所述预压实制品。
[0028]整个加料过程，加料较为均匀，没有发生聚团，注意每次加料后启动压机进行预压实，各区加料完毕后仔细观察各区是否有疏松缺料，有则必须补加料，保证各区内压光度一致。
[0029]S4:最后开动液压机合模试压，试压后测量合模间隙，试压时加全压并保压不少于3min，保压完毕后用塞尺测量合模间隙，通过加料或垫垫片方式控制合模间隙，合模间隙为
0.05mm，并且各点合模间隙差为0.15mm。试压完后将附在凸模上的预浸料清理干净，并在凸模接触面均匀喷涂一层脱模剂，用干净的棉布擦拭均匀后合模固化，固化的温度制度为:预压实制品一105°C ±5°C，保温60min±10min— 175°C ±5°C，保温2h?2.5h—随炉降温至60°C以下脱模，升降温速率为20°C/h?30°C/h。压力制度为:当模具温度升至105°C ±5°C时合模并加全压，压力为23±0.5MPa，保压直至脱模。
[0030]得到制品长度方向的变形量为0.6_，小于0.1%，完全满足使用要求。
[0031]实施例2
[0032]本实施例为采用本发明方法控制高硅氧短切纤维增加环氧树脂的复合材料变形，该产品形状如图1所示，该产品的具体尺寸为:长度为900mm，宽为30mm，厚度为7mm，厚度一致。未采用本发明方法前，长度方向的变形为7_左右，不能满足使用要求，产品大量报废。
[0033]S1:与实施例1唯一不同的是，筋区面积为所述筋区、板区以及应力释放区面积之和的五分之一。
[0034]S2:与实施例1相同。
[0035]S3:与实施例1相同。
[0036]整个加料时应较为均匀，没有发生聚团，注意每次加料后启动压机进行预压，各区加料完毕后仔细观察各区是否有疏松缺料，有则必须补加料，保证各区内压光度一致。
[0037]S4:与实施例1唯一不同的是，合模间隙为0.34_，并且各点合模间隙差为
0.03mmo
[0038]得到制品长度方向的变形量为0.5_，小于0.1%，完全满足使用要求。
[0039]实施例3
[0040]本实施例为采用本发明方法控制高硅氧短切纤维增加酚醛树脂的复合材料变形，该产品的具体尺寸为:长度为900mm，宽为30mm，厚度不一致，两侧厚度为9mm，头部区域厚度为6_，尾部区域厚度为9cm，中间厚度为7_。未采用本发明方法前，长度方向的变形为8_左右，不能满足使用要求，产品大量报废。本实施例中复合材料的形状，以及筋区、板区以及应力释放区的划分类似图1所示，但不完全相同。
[0041]S1:与实施例1唯一不同的是，筋区面积为所述筋区、板区以及应力释放区面积之和的约七分之一。
[0042]S2:与实施例1相同。
[0043]S3:与实施例1相同。
[0044]整个加料时应较为均匀，没有发生聚团，注意每次加料后启动压机进行预压，各区加料完毕后仔细观察各区是否有疏松缺料，有则必须补加料，保证各区内压光度一致。
[0045]S4:与实施例1唯一不同的是，合模间隙为0.20mm，并且各点合模间隙差为0.10mnin
[0046]得到制品长度方向的变形量为0.65_，小于0.1%，完全满足使用要求。
[0047]图2为是本发明方法的流程示意图，主要分为四大步骤，先分区，接着分区加料并预压实，最后在应力释放区加料并预压实得到预压实制品，最后模压固化。
[0048]本发明方法特别适合形状规则的大型薄壁件，比如直板状的、条状的等等尺寸大、厚度薄的短切纤维复合材料。
[0049]本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种减少模压成型的复合材料件变形的方法，其特征在于，包括如下步骤: S1:对拟成型的制品进行分区，分为筋区、板区以及应力释放区；在拟成型的制品厚薄不均时，以较厚处为筋区，以较薄处为应力释放区，以除所述筋区和所述应力释放区外的区域为板区；在拟成型的制品厚度一致时，以至少一个端部为应力释放区，以中心线处和除应力释放区外的边缘处为筋区，以除所述筋区和所述应力释放区外的区域为板区； 52:先仅对SI中所述筋区进行加料，待筋区加料结束后再对SI中所述板区进加料，然后对所述筋区和所述板区进行整体预压实； 53:接着对SI中所述应力释放区进行加料，然后再次进行整体预压实以获得预压实制品; 54:对S3的所述预压实制品进行模压固化，以此方式减少模压成型的复合材料件变形。
2.如权利要求1所述的一种减少模压成型的复合材料件变形的方法，其特征在于，所述筋区相互连接以形成整个预压实制品的框架，且筋区所占面积小于所述筋区、板区以及应力释放区面积之和的一半。
3.如权利要求1所述的一种减少模压成型的复合材料件变形的方法，其特征在于，步骤S2中对所述筋区进行加料具体为分多次加料并每次加料后均对该筋区进行预压实，以使该筋区成型而成为所述预压实制品的主要支撑结构。
4.如权利要求3所述的一种减少模压成型的复合材料件变形的方法，其特征在于，步骤S2中，对所述板区均匀加料，并所述板区与所述筋区在预压实后结合为一体而成为所述预压实制品的主体。
5.如权利要求1或4所述的一种减少模压成型的复合材料件变形的方法，其特征在于，步骤S3中对所述应力释放区进行加料具体为分多次加料并每次加料后均对该应力释放区进行预压实。
6.如权利要求5所述的一种减少模压成型的复合材料件变形的方法，其特征在于，对所述预压实制品进行模压固化前，还包括对所述预压实制品进行合模试压，试压后测量合模间隙，所述合模间隙为0.05mm?0.35mm，且各点合模间隙差小于或等于0.15mm。
【文档编号】B29C70/40GK104441694SQ201410665076
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年11月19日 优先权日:2014年11月19日
【发明者】杨恒, 李金云, 陈娓 申请人:湖北三江航天红阳机电有限公司