一種泡沫加筋復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的真空共注射整體成型方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于復(fù)合材料領(lǐng)域，涉及一種泡沫加筋復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的真空共注射整體成型方法。該泡沫夾層結(jié)構(gòu)包括上蒙皮、下蒙皮、加筋及泡沫夾層。該方法采用帶邊框的單面模具，利用真空注射成型下蒙皮后，零件不脫模直接在下蒙皮上鋪放泡沫夾層和加筋增強(qiáng)材料預(yù)制件，然后鋪放上蒙皮增強(qiáng)材料預(yù)制件，真空密封后注射樹脂整體成型，固化后脫模即可得到產(chǎn)品。本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)泡沫加筋復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的凈尺寸整體成型，無(wú)需切邊加工，廢品低，生產(chǎn)效率高，適合規(guī)模生產(chǎn)。
【專利說(shuō)明】一種泡沬加筋復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的真空共注射整體成型方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及復(fù)合材料【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種泡沫加筋復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的真空共注射整體成型方法。
【背景技術(shù)】
[0002]泡沫加筋復(fù)合材料結(jié)構(gòu)是多個(gè)領(lǐng)域復(fù)合材料的一種典型結(jié)構(gòu)形式，蒙皮起保證外形和承力作用，泡沫有抗沖擊、減輕重量和支撐蒙皮的功能，加筋起承力、進(jìn)一步提高結(jié)構(gòu)剛性的功效。傳統(tǒng)的成型工藝方法是采用預(yù)浸料通過(guò)熱壓罐加壓成型，一般采用蒙皮和加筋先固化成型而后與泡沫一起膠接或加筋、泡沫與蒙皮共固化的方式。但預(yù)浸料一熱壓罐成型工藝方法存在預(yù)浸料加工、存儲(chǔ)和熱壓罐固化成本高的弊端，無(wú)法大規(guī)模批量生產(chǎn)。
[0003]復(fù)合材料真空注射方法是一種僅依靠真空壓力將樹脂吸入增強(qiáng)體后直接固化成型的方法，也是當(dāng)前比較流行的一種低成本液態(tài)成型工藝方法，適應(yīng)于風(fēng)電、船舶和航空復(fù)合材料大型結(jié)構(gòu)件的成型?，F(xiàn)有工藝技術(shù)針對(duì)泡沫加筋結(jié)構(gòu)復(fù)合材料而言，樹脂流動(dòng)、滲透復(fù)雜，易產(chǎn)生干斑、疏松或氣泡等質(zhì)量缺陷。因此，必須采取適當(dāng)?shù)墓に嚵鞒蹋?jiǎn)化樹脂流動(dòng)、滲透路徑，提聞廣品合格率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于為泡沫加筋復(fù)合材料結(jié)構(gòu)提供一種的低成本、高效率的真空共注射整體成型方法，克服預(yù)浸料一熱壓罐成型工藝方法存在預(yù)浸料加工、存儲(chǔ)和熱壓罐固化成本高的弊端。
[0005]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案:
[0006]一種泡沫加筋復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的真空共注射整體成型方法，其步驟包括:
[0007]I)采用單面模具，利用真空注射成型下蒙皮；
[0008]2)不進(jìn)行脫模而直接在下蒙皮上鋪放泡沫夾層和加筋的預(yù)制件，然后鋪放上蒙皮預(yù)制件；
[0009]3)進(jìn)行泡沫夾層、加筋和上蒙皮的樹脂真空注射成型，然后固化并脫模得到泡沫加筋復(fù)合材料結(jié)構(gòu)。
[0010]進(jìn)一步地，步驟I)所述的單面模具含有邊框，用于直接成型產(chǎn)品的邊緣，確保產(chǎn)品的凈尺寸；步驟2)在下蒙皮與單面模具的邊框形成的空腔內(nèi)鋪放所述泡沫夾層和加筋的預(yù)制件。
[0011]進(jìn)一步地，步驟I)中成型所述下蒙皮的步驟包括:
[0012]a)根據(jù)產(chǎn)品的蒙皮型面制作單面模，并根據(jù)產(chǎn)品的厚度及外形尺寸制作閉合邊框，邊框與單面模之間進(jìn)行密封處理；
[0013]b)在單面模具的邊框內(nèi)鋪放下蒙皮的預(yù)制件，并沿邊框修剪多余的邊料，然后依次鋪放脫模布、導(dǎo)流網(wǎng)和真空袋，并在適宜的位置設(shè)置真空口和注射口，密封真空袋形成模腔；[0014]c)將外設(shè)樹脂注射管路和真空管路分別與注射口和真空口相連接，采用真空注射，待樹脂充滿模腔后封閉真空口和注射口。
[0015]進(jìn)一步地，所述下蒙皮固化成型后，將其內(nèi)表面打毛后貼放粘接膠膜，然后鋪放所述泡沫夾層和加筋的預(yù)制件。
[0016]優(yōu)選地，貼放所述膠膜時(shí)，首先在下蒙皮與泡沫夾層、加筋之間刷J-47B底膠液，然后貼放J-47A膠膜。
[0017]優(yōu)選地，進(jìn)行步驟3)所述樹脂真空注射成型時(shí)，注射口設(shè)于所述加筋的一端，使樹脂滲流方向與加筋取向一致。
[0018]優(yōu)選地，加筋的預(yù)制件、上蒙皮的預(yù)制件、下蒙皮的預(yù)制件采用的增強(qiáng)材料為纖維編織物、碳纖維、玻璃纖維或碳纖維與玻璃纖維的混編織物中的一種或幾種。
[0019]優(yōu)選地，所述樹脂為不飽和聚酯樹脂或環(huán)氧樹脂，其固化溫度、固化時(shí)間和脫模溫度依據(jù)所用樹脂體系的自身性能的要求確定。
[0020]優(yōu)選地，所述泡沫夾層材料為聚氨酯泡沫、聚甲基丙烯酰亞胺泡沫、環(huán)氧泡沫或聚氯乙烯泡沫中的一種或幾種。
[0021]本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0022]1、采用帶邊框的單面模，除確保蒙皮的外形精度外，可實(shí)現(xiàn)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件的凈尺寸成型，避免了傳統(tǒng)熱壓罐或真空吸注成型制件的切邊加工；
[0023]2、將泡沫加筋復(fù)合材料結(jié)構(gòu)分成下蒙皮真空注射成型和其余零件的真空共注射成型，簡(jiǎn)化了樹脂流動(dòng)、滲透的路徑，確保了產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性，降低了成本；
[0024]3、下蒙皮固化成型后，不脫模直接與泡沫夾層、加筋和上蒙皮真空共注射整體成型，避免了復(fù)合材料零件的膠接工序，簡(jiǎn)化了工藝操作，提高了成型效率。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0025]圖1是本發(fā)明的泡沫加筋復(fù)合材料結(jié)構(gòu)示意圖。
[0026]圖2是實(shí)施例中真空共注射整體成型方法的步驟流程圖。
[0027]圖3是實(shí)施例中高鐵風(fēng)翼結(jié)構(gòu)示意圖。
[0028]圖中標(biāo)號(hào)說(shuō)明:1_上蒙皮,2-加筋，3-泡沫夾層和，4-下蒙皮，5-高鐵風(fēng)翼的玻璃纖維單向織物加筋，6-高鐵風(fēng)翼上蒙皮，7-高鐵風(fēng)翼的聚甲基丙烯酰亞胺泡沫夾層，8-高鐵風(fēng)翼下蒙皮，A-A為局部視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0029]下面通過(guò)具體實(shí)施例和附圖，對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步描述。
[0030]圖1是本發(fā)明的泡沫加筋復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)示意圖，該材料包括上蒙皮1，加筋2(即加強(qiáng)筋)，泡沫夾層3和下蒙皮4。該材料的真空共注射整體成型方法的步驟如圖2所示，采用帶邊框的單面模具，利用真空注射成型下蒙皮后，不脫模直接在下蒙皮上鋪放泡沫夾層和加筋預(yù)制件，然后鋪放上蒙皮預(yù)制件，真空密封后注射樹脂整體成型，固化后脫模即可得到產(chǎn)品。本發(fā)明所稱的上蒙皮和下蒙皮，也可分別稱為內(nèi)蒙皮和外蒙皮?，F(xiàn)對(duì)制備過(guò)程具體說(shuō)明如下:
[0031]步驟1:根據(jù)產(chǎn)品的蒙皮型面制作單面模，并根據(jù)產(chǎn)品的厚度及外形尺寸制作閉合邊框，邊框與單面模之間進(jìn)行密封處理。
[0032]步驟2:在單面模的邊框內(nèi)鋪放下蒙皮4增強(qiáng)材料預(yù)制件，并沿邊框修剪多余的邊料，然后依次鋪放脫模布、導(dǎo)流網(wǎng)和真空袋，并在適宜的位置設(shè)置真空口和注射口，密封真空袋形成模腔。
[0033]步驟3:將外設(shè)樹脂注射管路和真空管路分別與注射口和真空口相連接，采用真空注射，待樹脂充滿模腔后封閉真空口和注射口。
[0034]步驟4:將下蒙皮4固化成型后，拆去真空袋、脫模布和導(dǎo)流網(wǎng)，將內(nèi)表面打毛后貼放粘接膠膜。
[0035]步驟5:在下蒙皮4與邊框形成的模腔內(nèi)直接鋪放泡沫夾層3和加筋2增強(qiáng)材料預(yù)制件，然后鋪放上蒙皮I增強(qiáng)材料預(yù)制件，并沿邊框修剪多余的邊料，然后依次鋪放脫模布、導(dǎo)流網(wǎng)和真空袋，并在適宜的位置設(shè)置真空口和注射口，注射口設(shè)計(jì)在加筋2的一端，使樹脂滲流方向與加筋2取向一致，真空口設(shè)計(jì)在模具四周最遠(yuǎn)端或樹脂流動(dòng)的死角，最后密封真空袋形成模腔。
[0036]步驟6:將模具沿加筋2取向垂直放置，使注射口位于加筋的一端，然后重復(fù)步驟3，實(shí)現(xiàn)泡沫夾層3、加筋2和上蒙皮I增強(qiáng)織物預(yù)制件的樹脂真空注射。
[0037]步驟7:樹脂固化后脫模，得到泡沫加筋復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件。
[0038]下面以高鐵風(fēng)翼為例，說(shuō)明其具體制備過(guò)程。
[0039]高鐵風(fēng)翼為泡沫加筋復(fù)合材料結(jié)構(gòu)，如附圖3所示。風(fēng)翼上蒙皮6、下蒙皮8的增強(qiáng)材料采用碳纖維與玻璃纖維1:1準(zhǔn)各向同性經(jīng)編織物，泡沫夾層7為聚甲基丙烯酰亞胺泡沫，加筋5選用玻璃纖維單向織物，選用中溫固化6808環(huán)氧樹脂體系，下蒙皮與泡沫夾層、加筋之間刷J-47B底膠液、貼放一層J-47A結(jié)構(gòu)膠膜。
[0040]高鐵風(fēng)翼采用真空共注射整體成型，實(shí)施方式如下:
[0041]步驟1:根據(jù)產(chǎn)品的蒙皮型面制作單面模，并根據(jù)產(chǎn)品的厚度及外形尺寸制作閉合邊框，邊框與單面模之間采用密封槽和“O”型橡膠繩密封。
[0042]步驟2:在單面模的邊框內(nèi)鋪放下蒙皮8的鋪層，制備下蒙皮8預(yù)制件，并沿邊框修剪多余的邊料，然后依次鋪放脫模布、導(dǎo)流網(wǎng)和真空袋，并在蒙皮幾何中心位置注射口，邊框四角設(shè)置四處真空口，密封真空袋形成模腔。
[0043]步驟3:將外設(shè)樹脂注射管路和真空管路分別與注射口和真空口相連接，配制6808環(huán)氧樹脂體系，采用真空注射，待樹脂充滿模腔后封閉真空口和注射口。
[0044]步驟4:將模具加熱至125°C，保溫2小時(shí)后，固化下蒙皮8后，拆去真空袋、脫模布和導(dǎo)流網(wǎng)，將內(nèi)表面打毛后刷J-47B膠液、貼放J-47A粘接膠膜。
[0045]步驟5:在下蒙皮8與邊框形成的模腔內(nèi)直接鋪放聚甲基丙烯酰亞胺泡沫夾層7和加筋5增強(qiáng)材料預(yù)制件，然后鋪放上蒙皮6增強(qiáng)材料預(yù)制件，并沿邊框修剪多余的邊料，然后依次鋪放脫模布、導(dǎo)流網(wǎng)和真空袋，并在蒙皮幾何中心位置設(shè)置注射口，邊框四角設(shè)置四處真空口，密封真空袋形成模腔。
[0046]步驟6:重復(fù)步驟3，實(shí)現(xiàn)聚甲基丙烯酰亞胺泡沫夾層7、加筋5和上蒙皮6增強(qiáng)織物預(yù)制件的樹脂真空注射。
[0047]步驟7:樹脂固化后脫模，得到泡沫加筋風(fēng)翼結(jié)構(gòu)。
[0048]上述實(shí)施例中均采用帶邊框的單面模具，但本發(fā)明不以此為限制，即也可以采用不帶邊框的單面模具，此時(shí)也能取得明顯有益的技術(shù)效果，比如將泡沫加筋復(fù)合材料結(jié)構(gòu)分成下蒙皮真空注射成型和其余零件的真空共注射成型后，簡(jiǎn)化了樹脂流動(dòng)、滲透的路徑，確保了產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性，降低了成本，同時(shí)簡(jiǎn)化了工藝操作，提高了成型效率等。
[0049] 以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案而非對(duì)其進(jìn)行限制，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明的精神和范圍，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)以權(quán)利要求所述為準(zhǔn)。
【權(quán)利要求】
1.一種泡沫加筋復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的真空共注射整體成型方法，其步驟包括: 1)采用單面模具，利用真空注射成型下蒙皮； 2)不進(jìn)行脫模而直接在下蒙皮上鋪放泡沫夾層和加筋的預(yù)制件，然后鋪放上蒙皮預(yù)制件； 3)進(jìn)行泡沫夾層、加筋和上蒙皮的樹脂真空注射成型，然后固化并脫模得到泡沫加筋復(fù)合材料結(jié)構(gòu)。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:步驟I)所述單面模具含有邊框，步驟2)在下蒙皮與單面模具的邊框形成的空腔內(nèi)鋪放所述泡沫夾層和加筋的預(yù)制件。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，步驟I)中成型所述下蒙皮的步驟包括: a)根據(jù)產(chǎn)品的蒙皮型面制作單面模，并根據(jù)產(chǎn)品的厚度及外形尺寸制作閉合邊框，邊框與單面模之間進(jìn)行密封處理； b)在單面模具的邊框內(nèi)鋪放下蒙皮的預(yù)制件，并沿邊框修剪多余的邊料，然后依次鋪放脫模布、導(dǎo)流網(wǎng)和真空袋，并在適宜的位置設(shè)置真空口和注射口，密封真空袋形成模腔； c)將外設(shè)樹脂注射管路和真空管路分別與注射口和真空口相連接，采用真空注射，待樹脂充滿模腔后封閉真空口和注射口。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于:所述下蒙皮固化成型后，將其內(nèi)表面打毛后貼放粘接膠膜，然后鋪放所述泡沫夾層和加筋的預(yù)制件。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于:貼放所述膠膜時(shí)，首先在下蒙皮與泡沫夾層、加筋之間刷J-47B底膠液，然后貼放J-47A膠膜。
6.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于:進(jìn)行步驟3)所述樹脂真空注射成型時(shí)，注射口設(shè)于所述加筋的一端，使樹脂滲流方向與加筋取向一致。
7.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述泡沫夾層為下列材料中的一種或多種:聚氨酯泡沫、聚甲基丙烯酰亞胺泡沫、環(huán)氧泡沫、聚氯乙烯泡沫。
8.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，加筋的預(yù)制件、上蒙皮的預(yù)制件、下蒙皮的預(yù)制件采用下列材料中的一種或多種:纖維編織物、碳纖維、玻璃纖維、碳纖維與玻璃纖維的混編織物。
9.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于:所述樹脂為不飽和聚酯樹脂或環(huán)氧樹脂。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至9中任一項(xiàng)所述方法制備的泡沫加筋復(fù)合材料結(jié)構(gòu)。
【文檔編號(hào)】B29C70/44GK103496178SQ201310395289
【公開日】2014年1月8日 申請(qǐng)日期:2013年9月3日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月3日
【發(fā)明者】張濤, 王國(guó)勇, 王召娣 申請(qǐng)人:航天特種材料及工藝技術(shù)研究所