一種復(fù)合材料液體壓力成型方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于樹脂基復(fù)合材料液態(tài)成型技術(shù)，涉及一種復(fù)合材料液體壓力成型的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料具有輕質(zhì)、高比強(qiáng)度、高比模量、抗疲勞斷裂性能好、耐腐蝕、便于大面積整體成形等獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用于航空飛行器和發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)，成為航空裝備的關(guān)鍵材料，其用量也已成為航空裝備先進(jìn)性的標(biāo)志之一。
[0003]預(yù)浸料/熱壓罐技術(shù)成型的復(fù)合材料制件具有高纖維體積含量、高纖維一致性和高力學(xué)性能的特點(diǎn)，同時(shí)適用于絕大多數(shù)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)成型，因此是目前廣泛應(yīng)用于先進(jìn)飛機(jī)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)上的成型工藝方法之一。但預(yù)浸料/熱壓罐技術(shù)采用的是單面模具成型方法，即成型復(fù)合材料制件的一個(gè)表面由模具支撐(貼模面)，另一個(gè)表面采用真空袋或軟模施加壓力(貼袋面)，因此成型的制件雖然纖維體積含量高，但制件的貼袋面的成型精度難以保證。
[0004]樹脂轉(zhuǎn)移模塑成型技術(shù)，簡稱RTM技術(shù)(Resin Transfer Molding)是近年來航空、航天等國防領(lǐng)域廣泛應(yīng)用的一種液態(tài)成型復(fù)合材料制造技術(shù)。其原理是在剛性模具型腔內(nèi)鋪放按性能和結(jié)構(gòu)要求設(shè)計(jì)好的干態(tài)纖維預(yù)成型體，然后采用注射設(shè)備將低粘度樹脂注入到閉合模腔內(nèi)，使樹脂與纖維充分浸潤，最后按照樹脂的工藝規(guī)范進(jìn)行升溫固化。由于采用的是高剛性的雙面閉合模具，因此與傳統(tǒng)的熱壓罐成型工藝相比，可以較好的解決預(yù)浸料/熱壓罐技術(shù)成型的復(fù)合材料制件貼袋面外形精度差和可重復(fù)性差等問題。但RTM成型技術(shù)的滲透效率和質(zhì)量受多種材料特性和工藝參數(shù)的影響，如樹脂粘度、注射壓力、纖維預(yù)成型體滲透率以及模具結(jié)構(gòu)形式等。隨著對制件纖維體積含量要求的上升，對樹脂粘度、注射壓力和模具結(jié)構(gòu)形式的要求也越來越高，雖然可以通過降低樹脂粘度、改善模具結(jié)構(gòu)形式、提高注射壓力等方法來提高RTM技術(shù)的成型效率和零件的成型質(zhì)量，但對于纖維體積含量大于55%的高性能復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件來說成型困難。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是:針對傳統(tǒng)復(fù)合材料預(yù)浸料/熱壓罐成型技術(shù)和RTM成型技術(shù)存在的不足，提出一種復(fù)合材料液體壓力成型方法。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)解決方案是，所述方法使用一種液體壓力傳遞系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括上半模2、下半模5、預(yù)定型體3、密封膠條8、樹脂10、樹脂貯存罐30、樹脂溢出罐80、樹脂維壓罐40、第一真空源70、第二真空源71、第一壓力源60和第二壓力源61，所述方法如下步驟:
[0007]I)將鋪疊好的預(yù)定型體3放置在下半模5的模腔6中，預(yù)定型體3距離下半模5的模腔6四周邊緣LI = 2?10mm ；
[0008]2)在下半模5的四周設(shè)置密封槽7，密封槽7中放置密封膠條8 ;
[0009]3)將上半模2與下半模5組合，并通過高強(qiáng)螺栓9擰緊，密閉壓實(shí)下半模5的模腔6中的預(yù)定型體3，預(yù)定型體3的纖維體積含量范圍在40%?63%之間；
[0010]4)在下半模5的進(jìn)膠口 11裝上第一閥門21，在上半模2的出膠口 12裝上樹脂維壓罐40 ；
[0011]5)第一閥門21通過樹脂管道50和樹脂貯存罐30連接；第一樹脂三通管道31 —端連接樹脂貯存罐30，另一端分別連接第二閥門22和第三閥門23 ;
[0012]6)第二閥門22通過第一壓力管道51和第一壓力源60連接；第三閥門23通過第一真空管道52和第一真空源70連接；
[0013]7)第二樹脂三通管道32—端連接樹脂維壓罐40，另一端分別連接第四閥門24和第五閥門25;
[0014]8)第四閥門24通過第二壓力管道53和第二壓力源61連接；第五閥門25通過第二樹脂管道54和樹脂溢出罐80連接；樹脂溢出罐80通過第二真空管道55和第二真空源71連接；
[0015]9)連接完畢后，第一閥門21、第二閥門22、第三閥門23、第四閥門24和第五閥門25均置于關(guān)閉狀態(tài)；
[0016]10)根據(jù)所使用的樹脂10的工藝要求，將上述連接完成后的系統(tǒng)升溫至預(yù)設(shè)溫度；
[0017]11)將樹脂10倒入樹脂貯存罐30中，打開第三閥門23和第一真空源70，抽真空脫泡30min?120min ;脫泡結(jié)束后關(guān)閉第三閥門23和第一真空源70，并從系統(tǒng)拆除第一真空源70和第一真空管道52 ；
[0018]12)打開第五閥門25和第二真空源71，通過第二真空源71對密閉在模腔6中的預(yù)定型體3抽真空10?120min，然后關(guān)閉第二真空源71 ；
[0019]13)打開第一壓力源60，調(diào)節(jié)第一壓力源60的輸出壓力至0.1Mpa?1.5Mpa，然后依次打開第二閥門22和第一閥門21，樹脂貯存罐30中的樹脂10在壓力的作用下開始進(jìn)行轉(zhuǎn)移；
[0020]14)當(dāng)樹脂溢出罐80開始有樹脂10出現(xiàn)時(shí)，關(guān)閉第五閥門25，第一壓力源60持續(xù)輸出壓力10?120min ;保壓結(jié)束后從系統(tǒng)拆除樹脂溢出罐80、第二真空管道55和第二真空源71 ；
[0021]15)先后關(guān)閉第一閥門21、第二閥門22和第一壓力源60 ;打開并調(diào)節(jié)第二壓力源61，使第二壓力源61持續(xù)輸出壓力0.1Mpa?1.5Mpa，然后打開第四閥門24 ；
[0022]16)將樹脂貯存罐30、樹脂管道50、第一樹脂三通管道31、第二閥門22、第三閥門23、第一壓力管道51和第一壓力源60從系統(tǒng)中拆除；
[0023]17)按所使用的樹脂10的工藝要求，將整個(gè)系統(tǒng)升溫固化，固化過程中第二壓力源61持續(xù)輸出壓力；
[0024]18)按所使用的樹脂10的工藝要求，待整個(gè)系統(tǒng)固化完畢冷卻后，關(guān)閉第二壓力源61，依次將第二壓力源61、第二壓力管道53、第四閥門24、第五閥門25、第二樹脂三通管道32和樹脂維壓罐40從系統(tǒng)中拆除；
[0025]19)擰開高強(qiáng)螺栓9，將上半模2與下半模5分離，取出固化后的復(fù)合材料零件。
[0026]預(yù)定型體3為干態(tài)纖維織物與預(yù)定型樹脂的混合體。
[0027]預(yù)定型體3所使用的干態(tài)纖維織物為由玻璃纖維、碳纖維及凱夫拉纖維制成的各種單向帶、平紋織物、緞紋織物、斜紋織物、簾子布、多層精編織物、2.5維織物或3維織物。
[0028]預(yù)定型體3所使用的預(yù)定型樹脂包括各類型常溫、中溫、高溫固化乙烯基、環(huán)氧、雙馬、聚酰亞胺、苯并噁嗪或氰酸脂樹脂。
[0029]樹脂貯存罐30中貯存的樹脂10和預(yù)定型體3所使用的預(yù)定型樹脂為同一類型樹脂。
[0030]第一壓力源60和第二壓力源61為如下設(shè)備之一:
[0031]a、管道壓縮空氣源；
[0032]b、RTM 注射機(jī)；
[0033]C、壓縮氣瓶。
[0034]7、根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種復(fù)合材料液體壓力成型的方法，其特征在于:樹脂貯存罐30、樹脂溢出罐80、樹脂維壓罐40為耐壓力樹脂儲存容器。
[0035]8、根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種復(fù)合材料液體壓力成型的方法，其特征在于:樹脂維壓罐40的容量為0.5?10L。
[0036]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和有益效果是:
[0037]復(fù)合材料液體壓力成型技術(shù)，即LPM(Liquid Pressing Molding)成型技術(shù)，能夠克服傳統(tǒng)預(yù)浸料/熱壓罐成型技術(shù)成型的復(fù)合材料貼袋面成型精度不高和RTM成型技術(shù)成型高纖維體積含量的復(fù)合材料困難和成型效率低的缺點(diǎn)，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和有益效果具體如下:
[0038]1、LPM成型技術(shù)采用的是剛性較好的閉合模具，制件表面均與剛性模具接觸，成型后的復(fù)合材料制件的尺寸與模具型腔的尺寸一致，因此成型的復(fù)合材料制件的尺寸精度尚;
[0039]2、LPM成型技術(shù)所使用的預(yù)定型體原材料的工藝性與預(yù)浸料的工藝性相似，具有良好的可鋪貼性，便于鋪貼復(fù)雜構(gòu)型的結(jié)構(gòu)件，解決了 RTM工藝采用干態(tài)纖維織物難以制備復(fù)雜結(jié)構(gòu)的預(yù)定型體的難題