一种改善L型复合材料层合板的固化成型质量的方法与流程

本发明涉及复合材料技术领域，尤其涉及一种改善l型复合材料层合板的固化成型质量的方法。

背景技术：

复合材料因其高比强、高比模量特点，在航空航天领域得到了广泛应用，并被视为新式轨道交通和新能源车辆制造的关键材料。随着复合材料构件制造向整体化方向发展，结构外形越来越复杂，出现了大量的含曲率部位。以复合材料机翼为例，l型复合材料构件广泛的存在于翼梁、翼肋以及长桁结构中。目前大量复合材料构件采用预浸料工艺进行制备，通过在模具外表面铺贴预浸料叠层，并采用真空袋进行密封，通过在热压罐或者烘箱内固化成型。但由于采用的是单面硬模成型工艺，复合材料结构制备过程中，在含曲率部位极易产生褶皱等缺陷，使得构件的表面质量大幅下降，影响结构的制造公差，并对后续的装配工作带来困难。

目前，部分工程人员针对褶皱问题提出了解决措施。如“一种用于复合材料制品的软模具及其制造方法”，申请号：201610636093.6，状态：实审。该发明提出一种双面软模制造工艺，同时采用软模内模具和软模外模具制造复合材料试件，用于解决复合材料试样r区的架桥和富树脂层缺陷。但该方法难以保证制件的外形形状和尺寸稳定性。“一种适用于复合材料角材的rtm成型模具及成型方法”，申请号：201711345887.8，状态：实审。该发明借助十字形楔块对rtm用刚性模具进行改进，用于改善rtm成型工艺中复合材料角材的成型质量。该方法并不适用于当前广泛采用的真空袋压法成型工艺过程。“一种防止蜂窝夹层结构倒角固化时产生褶皱的方法”，申请号：201711064090.0，状态：实审。该发明主要用于制造蜂窝夹层结构，通过对蜂窝夹芯结构的转角位置进行倒圆角来抑制褶皱的产生。该发明方法改变了部件的局部外形尺寸，并且主要适用于蜂窝夹芯结构。由此需要一种方法来解决l型复合材料层合板的含曲率部位极易产生褶皱的缺陷问题。

技术实现要素：

本发明为解决上述技术问题提供一种改善l型复合材料层合板的固化成型质量的方法。

本发明的目的通过下述技术方案来实现。

一种改善l型复合材料层合板的固化成型质量的方法，包括如下步骤：

(1)选取弹性体材料，根据构件的外形轮廓尺寸，制作弹性体缓冲软膜；

(2)待弹性体缓冲软膜成型之后，沿厚度方向在所述弹性体缓冲软膜上均匀的开设排气孔；

(3)制备l型复合材料构件，按照铺层比例在刚性模具上铺设预浸料叠层，在叠层外表面覆盖上述制得的弹性体缓冲软膜，参照既定温度和压力曲线，采用真空袋压法或者烘箱进行固化成型。

上述方案中，所述弹性体缓冲软膜的邵氏硬度介于20-100ha之间，断裂延伸率大于50％。

上述方案中，所述弹性体缓冲软膜的材料为硅胶或橡胶。

上述方案中，所述弹性体缓冲软膜的内轮廓尺寸与l型制件外轮廓保持一致，厚度介于3-15mm之间。

上述方案中，所述排气孔的直径0.5-2mm的通孔，横向间隔或纵向间隔的距离为10mm-30mm。

本发明的原理在于，通过在预浸料叠层表面铺放具有一定刚度的弹性体缓冲软模，避免含曲梁部位试样内的压力不均匀现象，同时抑制叠层材料产生微曲屈现象。如图1和图2是利用abaqus有限元软件对弹性体缓冲软膜作用过程的仿真分析。通过对比两种工况可以发现，图1所示没有加弹性体缓冲软膜的l型复合材料层合板成型过程中受到的应力不均匀，导致固化后产生了褶皱缺陷；图2所示，增加弹性体缓冲软膜的l型复合材料层合板预成型体在热压罐中所受到的应力更加均匀，固化成型后有效避免了褶皱现象。

综上所述，本发明的有益效果是：均衡l型复合材料在固化过程中所受到的压力，防止复合材料层合板发生微屈曲，从而改善复合材料的固化质量，保证含曲率复合材料构件外部尺寸稳定性。通过在刚性模具铺贴的复合材料构件预浸料叠层上，覆盖均压抗微屈曲弹性体缓冲软模，再进行固化成型。优点在于防止构件表面产生褶皱类缺陷，保证l型复合材料构件的制造公差，从而改善l型复合材料试样的表面质量。此外该方法实施过程中不需改变铺层和结构局部外形尺寸，不受铺层设计的影响。

附图说明

图1是利用abaqus模拟的无弹性体缓冲软膜复合材料试样的固化后表面外形情况。

图2是利用abaqus模拟的加弹性体缓冲软膜复合材料试样的固化后表面外形情况。

图3是弹性体缓冲软膜的具体使用实例。

图4是实施例一的弹性体缓冲软膜的尺寸示意图。

图5是不加弹性体缓冲软膜采用热压罐工艺制备的l型复合材料层合板的实施例一。

图6是使用弹性体缓冲软膜后采用热压罐工艺制备的l型复合材料层合板的实施例一。

图7是实施例二的弹性体缓冲软膜的尺寸示意图。

图8是不加弹性体缓冲软膜采用烘箱固化工艺制备的l型复合材料层合板的实施例二。

图9是使用弹性体缓冲软膜后采用烘箱固化工艺制备的l型复合材料层合板的实施例二。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明进一步的详细说明。

实施例一：采用弹性体缓冲软模改善热压罐成型中l型试样表面质量

本实施例提供一种改善含曲率复合材料构件表面质量的方法，具体包括如下步骤：

(1)根据l型试样的外形尺寸，外倒角半径10mm，直角边长100mm，宽200mm，确定弹性体缓冲软模的内侧半径为10mm，厚度取10mm，直角边长取110mm，宽度取220mm，具体尺寸示意图见图4。

(2)参照(1)中设计的弹性体缓冲软膜尺寸，制作一灌注用模具型腔。然后取500g硅胶和固化剂按照质量比100:15的比例进行共混，并经脱泡后浇筑于型腔内。等待12小时，使硅胶得以完全固化。

(3)待硅胶固化完全之后，取下弹性体缓冲软膜，利用空心针管在软膜上钻上均匀的直径0.8mm的，间隔10mm的排气孔，如图4所示。

(4)制备l型复合材料层合板时候，按照铺层比例在钢制模具上铺设碳纤维预浸料叠层。最后在预浸料叠层表面覆盖上述制得的弹性体缓冲软模，如图3所示，密封真空袋，在热压罐中进行固化成型。

使用效果对比：如图5所示，未加弹性体缓冲软模所制得试样表面出现褶皱。如图6，加了弹性体缓冲软模以后，试样表面平整，无褶皱的产生。

实施例二：采用弹性体缓冲软膜改善热压罐成型中l型试样表面质量

本实施例提供一种改善含曲率复合材料构件表面质量的方法，具体包括如下步骤：

(1)按照l型试样的设计外形尺寸，外倒角半径14mm，直角边长120mm，宽220mm，确定弹性体缓冲软模的尺寸为：内倒角半径14mm，直角边长150mm，宽250mm，厚8mm具体尺寸示意图见图7。

(2)根据步骤(1)确定的外形尺寸，定制天然橡胶弹性体缓冲软模，要求其邵氏硬度在50±20ha之间，断裂延伸率大于100％。

(3)弹性体缓冲软模制作完成后，利用空心针管在硅胶垫上钻上均匀的直径1mm，间隔8mm的排气孔，如图7所示。

(4)按照铺层比例在钢制模具上铺设碳纤维预浸料之后，在上面覆盖上述制得的弹性体缓冲软模，设置好固化温度和固化曲线，在烘箱中进行固化成型。固化后脱模得到l型试样。

使用效果对比：如图8所示，未加弹性体缓冲软膜所制得试样表面出现褶皱。如图9，加了橡胶制作的弹性体缓冲软膜以后，制件表面平整，无明显褶皱。