專利名稱：層合板的高能聚焦超聲－高壓水罐成型工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的層合板的高能聚焦超聲-高壓水罐成型工藝，是一種涉及制造樹脂基先進(jìn)復(fù)合材料層合板制件的高能聚焦超聲-高壓水罐成型工藝，屬復(fù)合材料制造工藝領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
熱壓罐成型工藝是制造航空航天用高性能樹脂基先進(jìn)復(fù)合材料構(gòu)件的主要方法。熱壓罐是一個帶整體加熱系統(tǒng)的大型壓力容器，由罐體系統(tǒng)、真空系統(tǒng)、鼓風(fēng)系統(tǒng)、加熱系統(tǒng)、加壓系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、控制系統(tǒng)及附件等組成，通過改變罐內(nèi)氣體的溫度、壓力來提供固化所需的溫度、升溫速率、壓力，并控制真空袋內(nèi)的真空度。
熱壓罐成型工藝過程大體是①模具制備；②預(yù)浸料裁剪和鋪放；③用真空袋封裝預(yù)浸料和模具；④模具在熱壓罐中固化；⑤出罐與脫模。固化時，按熱壓罐固化工藝規(guī)范，熱壓罐中的氣體升溫、加壓、保溫、降溫、降壓，最終使預(yù)浸料樹脂固化。
熱壓罐法的優(yōu)點在于其使用性廣，低溫低壓、高溫高壓成型均可，能滿足幾乎所有樹脂基復(fù)合材料的成型要求。成型工藝穩(wěn)定可靠。其缺點也很多，熱壓罐是壓力容器，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，投資極大。熱壓罐成型過程中，壓力、溫度是兩個主要調(diào)節(jié)參數(shù)。精確加壓比較容易。而升溫，主要靠罐內(nèi)加熱設(shè)備加熱罐內(nèi)氣體，再利用風(fēng)扇強制氣體流動，使罐內(nèi)溫度均勻。精確控制溫度很困難。高溫氣體將熱量由構(gòu)件表面向內(nèi)部傳遞，加熱樹脂，直至固化，一般要數(shù)十到數(shù)百小時，耗能很高。導(dǎo)致先進(jìn)復(fù)合材料制造成本極高，而這是造成復(fù)合材料價格昂貴的主要原因之一。
電子束固化相對熱壓罐固化，成本可降低25-65％，生產(chǎn)效率非常高。但其設(shè)備投資依舊非常大，對輻射防護(hù)要求高，固化時無法調(diào)節(jié)壓力。
高能超聲經(jīng)聚焦后，形成一個聚焦區(qū)域。在該區(qū)域內(nèi)，能量密度很高，熱效應(yīng)明顯。聚焦超聲最合適的傳播媒介是去氣水。醫(yī)學(xué)上將高能超聲透過人體皮膚，聚焦于體內(nèi)癌變部位，經(jīng)0.2-2秒連續(xù)照射，使病灶區(qū)升溫65-80℃，殺死癌細(xì)胞。將高能超聲聚焦于樹脂，很短時間內(nèi)聚焦區(qū)域內(nèi)的樹脂即升溫固化。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種成型工藝簡單、穩(wěn)定、可靠、投資少、成本低的制造樹脂基先進(jìn)復(fù)合材料層合板制件的高能聚焦超聲-高壓水罐成型工藝。
本發(fā)明用高壓水罐取代熱壓罐，在其中設(shè)置高能聚焦超聲裝置，超聲聚焦區(qū)域照射并掃描復(fù)合材料層合板毛坯，加熱固化樹脂，所需固化壓力通過調(diào)節(jié)罐內(nèi)去氣水水壓獲得。本成型工藝具有以下步驟a、如同熱壓罐成型工藝，裁剪預(yù)浸料，鋪放在模具上，與各種輔助材料組合后，封裝于硅橡膠真空袋中，放入高壓水罐；b、真空袋與高壓水罐的真空系統(tǒng)連接，安放熱電偶；c、關(guān)閉水罐，向高壓水罐內(nèi)注滿去氣水；d、調(diào)節(jié)高壓水罐中的水壓，提供固化過程中所需的壓實復(fù)合材料毛坯的壓力，開動安裝在高壓水罐內(nèi)三軸運動平臺上的高能聚焦超聲系統(tǒng)，向下發(fā)出的超聲穿過硅橡膠及其他輔助材料，其聚焦區(qū)域作用于某一位置深度的預(yù)浸料，加熱樹脂直至使其固化。對復(fù)合材料層壓板制件整體的加熱固化方式有兩種。一種參考熱壓罐固化工藝，高能聚焦超聲作用于某處預(yù)浸料，使其中的樹脂升溫；三軸運動平臺在空間運動，使超聲聚焦區(qū)域依次掃描所有預(yù)浸料，使所有樹脂達(dá)到同一溫度；經(jīng)過若干次該過程，使樹脂按指定溫度變化曲線逐步升溫，直至到達(dá)固化溫度。一種參考電子束固化工藝，用高能聚焦超聲連續(xù)輻照某一區(qū)域，使該區(qū)域內(nèi)的樹脂升溫固化，再移動至下一區(qū)域，使該區(qū)域的樹脂升溫固化。
e、高壓水罐放水，開罐，取出模具，獲得所需層壓板制件。
本發(fā)明具有的積極效果有；a、設(shè)備投資少。在承受相同壓力的情況下，在常溫下工作的高壓水罐的造價遠(yuǎn)小于在內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜、要在高溫下長時間工作的熱壓罐；b、樹脂升溫快，固化時間短，耗能遠(yuǎn)少于熱壓罐。由于高能聚焦超聲強烈的熱效應(yīng)，樹脂升溫固化所需時間很短，相應(yīng)的能耗也遠(yuǎn)少于熱壓罐。
c、可對復(fù)合材料毛坯進(jìn)行局部固化；d、層壓板制件制造成本大大降低。
四

圖1為高壓水罐罐體示意圖。
圖2為高壓水罐示意圖。
圖中標(biāo)號名稱1、高能聚焦超聲電源；2、高壓水罐罐體；3、真空系統(tǒng)；4、高能聚焦超聲發(fā)射頭；5、三坐標(biāo)運動平臺；6、小車；7、層合板毛坯；8、熱電偶。
五具體實施例方式
圖1與圖2是高壓水罐罐體及高壓水罐組成示意圖。即在高壓水罐內(nèi)，層合板毛坯7裝夾在小車6上，小車固定。高能聚焦超聲發(fā)射頭4安裝在一個可進(jìn)行X、Y、Z三軸運動的三坐標(biāo)運動平臺5上，三坐標(biāo)運動平臺5按指令運動。
下面結(jié)合上述附圖，舉兩個實施例，敘述本發(fā)明的
具體實施例方式
實施方式一如同熱壓罐成型工藝，將預(yù)浸料鋪放在模具上，與各種輔助材料組合后，經(jīng)過預(yù)處理，封裝于硅橡膠真空袋中，放入高壓水罐。真空袋與高壓水罐的真空系統(tǒng)連接，安放熱電偶，并完成其他輔助動作。關(guān)閉水罐，向高壓水罐內(nèi)注滿去氣水。固化過程中所需的壓實復(fù)合材料毛坯的壓力由去氣水水壓提供。開動安裝在高壓水罐內(nèi)三坐標(biāo)運動平臺上的高能聚焦超聲系統(tǒng)，向下發(fā)出的超聲穿過硅橡膠及其他輔助材料，其聚焦區(qū)域作用于某一部分的預(yù)浸料。三坐標(biāo)運動平臺在空間運動，使超聲聚焦區(qū)域依次掃描所有預(yù)浸料，使全部樹脂升溫至同一溫度；經(jīng)過若干次該過程，使全部樹脂按指定溫度變化曲線逐步升溫，直至到達(dá)固化溫度。待全部樹脂固化后，高壓水罐放水，開罐，取出模具，獲得所需層壓板制件。
實施方式二如同熱壓罐成型工藝，將預(yù)浸料鋪放在模具上，與各種輔助材料組合后，經(jīng)過預(yù)處理，封裝于硅橡膠真空袋中，放入高壓水罐。真空袋與高壓水罐的真空系統(tǒng)連接，安放熱電偶，并完成其他輔助動作。關(guān)閉水罐，向高壓水罐內(nèi)注滿去氣水。固化過程中所需的壓實復(fù)合材料毛坯的壓力由去氣水水壓提供。開動安裝在高壓水罐內(nèi)三坐標(biāo)運動平臺上的高能聚焦超聲系統(tǒng)，向下發(fā)出的超聲穿過硅橡膠及其他輔助材料，其聚焦區(qū)域連續(xù)作用于某一部分的預(yù)浸料，加熱樹脂直至使其固化。隨后，聚焦區(qū)域移至下一區(qū)域，加熱該處樹脂直至固化。重復(fù)上述過程，直到所有樹脂固化。為保證復(fù)合材料層壓板制件內(nèi)所有樹脂固化，應(yīng)對復(fù)合材料層壓板制件進(jìn)行多次掃描。高壓水罐放水，開罐，取出模具，獲得所需層壓板制件。
權(quán)利要求
1.一種層合板的高能聚焦超聲-高壓水罐成型工藝，其特征在于具有以下步驟a如同熱壓罐成型工藝，裁剪預(yù)浸料，鋪放在模具上，與各種輔助材料組合后，封裝于硅橡膠真空袋中，放入高壓水罐；b真空袋與高壓水罐的真空系統(tǒng)連接，安放熱電偶；c關(guān)閉水罐，向高壓水罐內(nèi)注滿去氣水；d調(diào)節(jié)高壓水罐中的水壓，提供固化過程中所需的壓實復(fù)合材料毛坯的壓力，開動安裝在高壓水罐內(nèi)三軸運動平臺上的高能聚焦超聲系統(tǒng)，向下發(fā)出的超聲穿過硅橡膠及其他輔助材料，其聚焦區(qū)域作用于某一位置深度的預(yù)浸料，加熱樹脂直至使其固化，對復(fù)合材料層壓板制件整體的加熱固化方式有兩種一種參考熱壓罐固化工藝，高能聚焦超聲作用于某處預(yù)浸料，使其中的樹脂升溫；三軸運動平臺在空間運動，使超聲聚焦區(qū)域依次掃描所有預(yù)浸料，使所有樹脂達(dá)到同一溫度；經(jīng)過若干次該過程，使樹脂按指定溫度變化曲線逐步升溫，直至到達(dá)固化溫度；一種參考電子束固化工藝，用高能聚焦超聲連續(xù)輻照某一區(qū)域，使該區(qū)域內(nèi)的樹脂升溫固化，再移動至下一區(qū)域，使該區(qū)域的樹脂升溫固化；e高壓水罐放水，開罐，取出模具，獲得所需層壓板制件。
全文摘要
一種層合板的高能聚焦超聲－高壓水罐成型工藝，其工藝步驟a將裁剪預(yù)浸料，鋪放在模具上，與各種輔助材料組合后，封裝于硅橡膠真空袋中，放入高壓水罐；b真空袋與高壓水罐的真空系統(tǒng)連接，安放熱電偶；c關(guān)閉水罐，向高壓水罐內(nèi)注滿去氣水；d調(diào)節(jié)高壓水罐中的水壓，提供固化過程中所需的壓實復(fù)合材料毛坯的壓力。開動安裝在高壓水罐內(nèi)三軸運動平臺上的高能聚焦超聲系統(tǒng)，向下發(fā)出的超聲穿過硅橡膠及其他輔助材料，其聚焦區(qū)域作用于某一位置深度的預(yù)浸料，加熱樹脂直至使其固化。e高壓水罐放水，開罐，取出模具，獲得所需層壓板制件。該工藝設(shè)備投資小，固化時間短，生產(chǎn)效率高，大大降低了制造成本。
文檔編號B29C70/04GK1775498SQ200510122910
公開日2006年5月24日 申請日期2005年12月7日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月7日
發(fā)明者劉瀏, 汪煒, 劉正塤 申請人:南京航空航天大學(xué)