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CN109624353B - 一种改善l型复合材料层合板的固化成型质量的方法 - Google Patents

一种改善l型复合材料层合板的固化成型质量的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种改善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。本发明通过弹性体缓冲软模的引入可以均衡复合材料构件含曲率部位在成型过程中所受到的压力，并抑制成型过程中纤维产生微曲屈，防止复合材料层合板表面产生纤维褶皱，从而改善复合材料的表面质量，保证含曲率复合材料构件外侧尺寸的稳定性。

Description

一种改善L型复合材料层合板的固化成型质量的方法
技术领域
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。
发明内容
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。

Claims (2)

1.一种改善L型复合材料层合板的固化成型质量的方法，其特征在于，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；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％；
(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，所述排气孔为直径0.5-2mm的通孔，横向间隔或纵向间隔的距离为10mm-30mm；
(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；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。
2.根据权利要求1所述的改善L型复合材料层合板的固化成型质量的方法，其特征在于，所述弹性体缓冲软膜的材料为硅胶或橡胶。
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