一種減少模壓成型的復(fù)合材料件變形的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種減少模壓成型的復(fù)合材料件變形的方法，屬于短切纖維復(fù)合材料模壓成型的【技術(shù)領(lǐng)域】，包括：S1對擬成型的制品進行分區(qū)，分為筋區(qū)、板區(qū)以及應(yīng)力釋放區(qū)，當(dāng)擬成型的制品厚薄不均時，以較厚處為筋區(qū)，以較薄處為應(yīng)力釋放區(qū)；當(dāng)制品厚度一致時，以邊緣處和中心線處為筋區(qū)，以端部或者尾部為應(yīng)力釋放區(qū)；S2先僅對筋區(qū)進行加料，再對板區(qū)進行加料，然后對筋區(qū)和板區(qū)進行預(yù)壓實；S3對應(yīng)力釋放區(qū)進行加料然后再次進行預(yù)壓實以獲得預(yù)壓實制品；S4對預(yù)壓實制品進行模壓固化，以此方式控制復(fù)合材料變形。本發(fā)明方法適用控制平板狀的大型薄壁件復(fù)合材料的變形，其變形量小于0.1％。
【專利說明】一種減少模壓成型的復(fù)合材料件變形的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于短切纖維復(fù)合材料模壓成型【技術(shù)領(lǐng)域】，更具體地，涉及一種減少模壓成型的短切纖維復(fù)合材料變形的方法。

【背景技術(shù)】
[0002]碳纖維、高硅氧纖維等短切纖維增強酚醛樹脂的模壓成型復(fù)合材料產(chǎn)品纖維含量較高，綜合性能較好，基本各向同性，在航天航空應(yīng)用非常廣泛。但是，酚醛樹脂模壓成型的壓力大、溫度高，變形難以控制，特別是成型大型薄壁復(fù)合材料產(chǎn)品時，其變形達到1%左右，從而影響了模壓成型短切纖維復(fù)合材料的使用。
[0003]實際使用中，對于碳纖維、高硅氧纖維等短切纖維增強酚醛樹脂類的復(fù)合材料，先模壓成型得到其厚壁件，然后采用機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。這種方法具有以下方面的弊端:(I)材料浪費較為嚴重；(2)機械加工后產(chǎn)品應(yīng)力釋放，又會重新使產(chǎn)品再次產(chǎn)生二次變形。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進需求，本發(fā)明提供了一種減少模壓成型的復(fù)合材料件變形的方法，其目的是在制備過程中對復(fù)合材料設(shè)置筋區(qū)、板區(qū)和應(yīng)力釋放區(qū)，從源頭上控制模壓成型短切纖維復(fù)合材料應(yīng)力的產(chǎn)生和釋放，從而達到減少產(chǎn)品變形的目的。
[0005]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種適用于控制大型薄壁件復(fù)合材料變形的方法，其特征在于，包括如下步驟:
[0006]S1:對擬成型的制品進行分區(qū)，分為筋區(qū)、板區(qū)以及應(yīng)力釋放區(qū)；在擬成型的制品厚薄不均時，以較厚處為筋區(qū)，以較薄處為應(yīng)力釋放區(qū)，以除所述筋區(qū)和所述應(yīng)力釋放區(qū)外的區(qū)域為板區(qū)；在擬成型的制品厚度一致時，以至少一個端部為應(yīng)力釋放區(qū)，以中心線處和除應(yīng)力釋放區(qū)外的邊緣處為筋區(qū)，以除所述筋區(qū)和所述應(yīng)力釋放區(qū)外的區(qū)域為板區(qū)；
[0007]S2:先僅對SI中所述筋區(qū)進行加料，待筋區(qū)加料結(jié)束后再對SI中所述板區(qū)進加料，然后對所述筋區(qū)和所述板區(qū)進行整體預(yù)壓實；
[0008]S3:接著對SI中所述應(yīng)力釋放區(qū)進行加料，然后再次進行整體預(yù)壓實以獲得預(yù)壓實制品;
[0009]S4:對S3的所述預(yù)壓實制品進行模壓固化，以此方式減少模壓成型的復(fù)合材料件變形。
[0010]進一步的，所述筋區(qū)相互連接以形成整個預(yù)壓實制品的框架，且筋區(qū)所占面積小于所述筋區(qū)、板區(qū)以及應(yīng)力釋放區(qū)面積之和的一半。
[0011]進一步的，步驟S2中對所述筋區(qū)進行加料具體為分多次加料并每次加料后均對該筋區(qū)進行預(yù)壓實，以使該筋區(qū)成型而成為所述預(yù)壓實制品的主要支撐結(jié)構(gòu)。
[0012]進一步的，對所述板區(qū)加料均勻，預(yù)壓后所述板區(qū)與所述筋區(qū)結(jié)合為一體而成為預(yù)壓實制品的主體。
[0013]進一步的，步驟S3中對所述應(yīng)力釋放區(qū)進行加料具體為分多次加料并每次加料后均對該應(yīng)力釋放區(qū)進行預(yù)壓實。
[0014]進一步的，對所述預(yù)壓實制品進行模壓固化前，還包括對所述預(yù)壓實制品進行合模試壓，試壓后測量合模間隙，所述合模間隙為0.05mm?0.35mm，且各點合模間隙差小于或等于0.15_。通過控制合模間隙，可保證各區(qū)內(nèi)壓光度一致，以及可控制脫模劑的用量，做成保證制品的內(nèi)部質(zhì)量和表面質(zhì)量。
[0015]總體而言，通過本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，根據(jù)產(chǎn)品的形狀和對力學(xué)性能的要求，在模壓成型前即對產(chǎn)品進行分區(qū)，分為主要貢獻力量的筋區(qū)、釋放模壓成型壓力的應(yīng)力釋放區(qū)以及位于筋區(qū)和應(yīng)力釋放區(qū)的板區(qū)，應(yīng)力釋放區(qū)厚度相對較薄或者位于端部，在產(chǎn)品成型后，模壓以及固化產(chǎn)生的內(nèi)部應(yīng)力會自行集中在壁厚最薄或者端部區(qū)域，即應(yīng)力釋放區(qū)，并自行釋放，則不會導(dǎo)致其他部分由于應(yīng)力不均衡或者應(yīng)力集中而產(chǎn)生變形。
[0016]本發(fā)明方案能夠取得下列有益效果:
[0017](I)本發(fā)明方法特別適合控制平板長條狀的大型薄壁件復(fù)合材料變形，變形量小于0.1%。試驗證明，現(xiàn)有長度為900mm，寬為30mm，厚度為7mm的高娃氧短切纖維增加酸醛樹脂模壓制品，未采用本發(fā)明方法前，長度方向的變形為7mm左右，不能滿足使用要求，產(chǎn)品大量報廢；采用本發(fā)明方法后，長度方向的變形為0.6mm，完全可滿足使用要求。
[0018](2)采用本發(fā)明方法從源頭上控制了應(yīng)力的產(chǎn)生以及釋放，使制備得到的產(chǎn)品無需加工即可使用，減小了工序，縮短了加工周期并節(jié)約了成本。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1是本發(fā)明實施例中板狀薄壁件分區(qū)示意圖；
[0020]圖2是本發(fā)明方法的流程示意圖。
[0021]在所有附圖中，相同的附圖標記用來表示相同的元件或結(jié)構(gòu)，其中:1-一側(cè)邊緣的筋區(qū)，I1-端部筋區(qū)，II1-另一側(cè)的邊緣筋區(qū)，IV-應(yīng)力釋放區(qū)，V-板區(qū)

【具體實施方式】
[0022]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個實施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。
[0023]實施例1:
[0024]本實施例為采用本發(fā)明方法控制高硅氧短切纖維增加酚醛樹脂的復(fù)合材料變形，該產(chǎn)品形狀如圖1所示，該產(chǎn)品的具體尺寸為:長度為900mm，寬為30mm，厚度為7mm，厚度一致。未采用本發(fā)明方法前，長度方向的變形為7_左右，不能滿足使用要求，產(chǎn)品大量報廢。
[0025]S1:對擬成型的制品進行分區(qū)，分區(qū)結(jié)果如圖1所示，其中I和III分別為一側(cè)邊緣的筋區(qū)和另一側(cè)的邊緣筋區(qū)，II為端部的筋區(qū)，筋區(qū)組成該板狀薄壁件的框架，且筋區(qū)面積為所述筋區(qū)、板區(qū)以及應(yīng)力釋放區(qū)面積之和的0.48倍，以端部區(qū)域為應(yīng)力釋放區(qū)IV，以中心區(qū)域為板區(qū)V。
[0026]S2:加料前，將模具升溫到60°C，保溫30min以上。加料時，先僅對SI中筋區(qū)進行加料，反復(fù)對所述筋區(qū)加料且反復(fù)進行預(yù)壓實，每次加料盡量靠邊加料，厚度不超過1cm以保證預(yù)壓可壓實，壓實后以使所述筋區(qū)成型而成為所述預(yù)壓實制品的主要支撐結(jié)構(gòu)。接著對板區(qū)加料，然后對所述筋區(qū)和板區(qū)進行預(yù)壓實，預(yù)壓后所述板區(qū)與所述筋區(qū)結(jié)合為一體而成為預(yù)壓實制品的主體。
[0027]S3:待筋區(qū)和板區(qū)加料完畢，接著對端部的應(yīng)力釋放區(qū)加料，分多步對所述應(yīng)力釋放區(qū)加料，先加料，然后預(yù)壓，接著補齊所欠料，最后接著預(yù)壓實以獲得所述預(yù)壓實制品。
[0028]整個加料過程，加料較為均勻，沒有發(fā)生聚團，注意每次加料后啟動壓機進行預(yù)壓實，各區(qū)加料完畢后仔細觀察各區(qū)是否有疏松缺料，有則必須補加料，保證各區(qū)內(nèi)壓光度一致。
[0029]S4:最后開動液壓機合模試壓，試壓后測量合模間隙，試壓時加全壓并保壓不少于3min，保壓完畢后用塞尺測量合模間隙，通過加料或墊墊片方式控制合模間隙，合模間隙為
0.05mm，并且各點合模間隙差為0.15mm。試壓完后將附在凸模上的預(yù)浸料清理干凈，并在凸模接觸面均勻噴涂一層脫模劑，用干凈的棉布擦拭均勻后合模固化，固化的溫度制度為:預(yù)壓實制品一105°C ±5°C，保溫60min±10min— 175°C ±5°C，保溫2h?2.5h—隨爐降溫至60°C以下脫模，升降溫速率為20°C/h?30°C/h。壓力制度為:當(dāng)模具溫度升至105°C ±5°C時合模并加全壓，壓力為23±0.5MPa，保壓直至脫模。
[0030]得到制品長度方向的變形量為0.6_，小于0.1%，完全滿足使用要求。
[0031]實施例2
[0032]本實施例為采用本發(fā)明方法控制高硅氧短切纖維增加環(huán)氧樹脂的復(fù)合材料變形，該產(chǎn)品形狀如圖1所示，該產(chǎn)品的具體尺寸為:長度為900mm，寬為30mm，厚度為7mm，厚度一致。未采用本發(fā)明方法前，長度方向的變形為7_左右，不能滿足使用要求，產(chǎn)品大量報廢。
[0033]S1:與實施例1唯一不同的是，筋區(qū)面積為所述筋區(qū)、板區(qū)以及應(yīng)力釋放區(qū)面積之和的五分之一。
[0034]S2:與實施例1相同。
[0035]S3:與實施例1相同。
[0036]整個加料時應(yīng)較為均勻，沒有發(fā)生聚團，注意每次加料后啟動壓機進行預(yù)壓，各區(qū)加料完畢后仔細觀察各區(qū)是否有疏松缺料，有則必須補加料，保證各區(qū)內(nèi)壓光度一致。
[0037]S4:與實施例1唯一不同的是，合模間隙為0.34_，并且各點合模間隙差為
0.03mmo
[0038]得到制品長度方向的變形量為0.5_，小于0.1%，完全滿足使用要求。
[0039]實施例3
[0040]本實施例為采用本發(fā)明方法控制高硅氧短切纖維增加酚醛樹脂的復(fù)合材料變形，該產(chǎn)品的具體尺寸為:長度為900mm，寬為30mm，厚度不一致，兩側(cè)厚度為9mm，頭部區(qū)域厚度為6_，尾部區(qū)域厚度為9cm，中間厚度為7_。未采用本發(fā)明方法前，長度方向的變形為8_左右，不能滿足使用要求，產(chǎn)品大量報廢。本實施例中復(fù)合材料的形狀，以及筋區(qū)、板區(qū)以及應(yīng)力釋放區(qū)的劃分類似圖1所示，但不完全相同。
[0041]S1:與實施例1唯一不同的是，筋區(qū)面積為所述筋區(qū)、板區(qū)以及應(yīng)力釋放區(qū)面積之和的約七分之一。
[0042]S2:與實施例1相同。
[0043]S3:與實施例1相同。
[0044]整個加料時應(yīng)較為均勻，沒有發(fā)生聚團，注意每次加料后啟動壓機進行預(yù)壓，各區(qū)加料完畢后仔細觀察各區(qū)是否有疏松缺料，有則必須補加料，保證各區(qū)內(nèi)壓光度一致。
[0045]S4:與實施例1唯一不同的是，合模間隙為0.20mm，并且各點合模間隙差為0.10mnin
[0046]得到制品長度方向的變形量為0.65_，小于0.1%，完全滿足使用要求。
[0047]圖2為是本發(fā)明方法的流程示意圖，主要分為四大步驟，先分區(qū)，接著分區(qū)加料并預(yù)壓實，最后在應(yīng)力釋放區(qū)加料并預(yù)壓實得到預(yù)壓實制品，最后模壓固化。
[0048]本發(fā)明方法特別適合形狀規(guī)則的大型薄壁件，比如直板狀的、條狀的等等尺寸大、厚度薄的短切纖維復(fù)合材料。
[0049]本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種減少模壓成型的復(fù)合材料件變形的方法，其特征在于，包括如下步驟: S1:對擬成型的制品進行分區(qū)，分為筋區(qū)、板區(qū)以及應(yīng)力釋放區(qū)；在擬成型的制品厚薄不均時，以較厚處為筋區(qū)，以較薄處為應(yīng)力釋放區(qū)，以除所述筋區(qū)和所述應(yīng)力釋放區(qū)外的區(qū)域為板區(qū)；在擬成型的制品厚度一致時，以至少一個端部為應(yīng)力釋放區(qū)，以中心線處和除應(yīng)力釋放區(qū)外的邊緣處為筋區(qū)，以除所述筋區(qū)和所述應(yīng)力釋放區(qū)外的區(qū)域為板區(qū)； 52:先僅對SI中所述筋區(qū)進行加料，待筋區(qū)加料結(jié)束后再對SI中所述板區(qū)進加料，然后對所述筋區(qū)和所述板區(qū)進行整體預(yù)壓實； 53:接著對SI中所述應(yīng)力釋放區(qū)進行加料，然后再次進行整體預(yù)壓實以獲得預(yù)壓實制品; 54:對S3的所述預(yù)壓實制品進行模壓固化，以此方式減少模壓成型的復(fù)合材料件變形。
2.如權(quán)利要求1所述的一種減少模壓成型的復(fù)合材料件變形的方法，其特征在于，所述筋區(qū)相互連接以形成整個預(yù)壓實制品的框架，且筋區(qū)所占面積小于所述筋區(qū)、板區(qū)以及應(yīng)力釋放區(qū)面積之和的一半。
3.如權(quán)利要求1所述的一種減少模壓成型的復(fù)合材料件變形的方法，其特征在于，步驟S2中對所述筋區(qū)進行加料具體為分多次加料并每次加料后均對該筋區(qū)進行預(yù)壓實，以使該筋區(qū)成型而成為所述預(yù)壓實制品的主要支撐結(jié)構(gòu)。
4.如權(quán)利要求3所述的一種減少模壓成型的復(fù)合材料件變形的方法，其特征在于，步驟S2中，對所述板區(qū)均勻加料，并所述板區(qū)與所述筋區(qū)在預(yù)壓實后結(jié)合為一體而成為所述預(yù)壓實制品的主體。
5.如權(quán)利要求1或4所述的一種減少模壓成型的復(fù)合材料件變形的方法，其特征在于，步驟S3中對所述應(yīng)力釋放區(qū)進行加料具體為分多次加料并每次加料后均對該應(yīng)力釋放區(qū)進行預(yù)壓實。
6.如權(quán)利要求5所述的一種減少模壓成型的復(fù)合材料件變形的方法，其特征在于，對所述預(yù)壓實制品進行模壓固化前，還包括對所述預(yù)壓實制品進行合模試壓，試壓后測量合模間隙，所述合模間隙為0.05mm?0.35mm，且各點合模間隙差小于或等于0.15mm。
【文檔編號】B29C70/40GK104441694SQ201410665076
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年11月19日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月19日
【發(fā)明者】楊恒, 李金云, 陳娓 申請人:湖北三江航天紅陽機電有限公司