本發(fā)明主要屬于復合材料預成型技術領域，具體涉及一種復合材料雙袋熱隔膜預成型方法。
背景技術：
傳統(tǒng)的手工鋪疊預浸料/熱壓罐工藝主要采用手工方式鋪疊與制件結構一致的預浸料鋪層，然后采用熱壓罐固化。隨著復合材料在飛機結構的大量應用及其構件日趨大型化、復雜化，手工鋪疊工藝生產效率低、成型質量不穩(wěn)定等問題愈加突出，因此，復合材料制件的自動鋪疊技術迅速發(fā)展。為了進一步提高生產效率，保證預成型質量，熱隔膜成型工藝應運而生。該工藝利用真空負壓將預熱到預成型溫度的平面預浸料鋪層壓制成復雜形狀的預成型體，其生產速度快、成型質量高。
目前，在熱隔膜成型工藝中，主要采用單隔膜或雙隔膜兩種方式進行預成型。單隔膜預成型工藝是指利用一層隔膜覆蓋預浸料鋪層進行預成型；雙隔膜預成型工藝是指利用兩層隔膜封裝預浸料鋪層進行預成型。在目前的熱隔膜成型工藝中，將手工鋪疊或自動鋪帶工藝鋪疊的平面預浸料鋪層置于單層隔膜下或雙層隔膜間，并整體轉移到熱隔膜預成型設備上，以制備獲得L形、C形及Ω形復合材料預成型制品。
復合材料預成型工藝的核心就是預浸料鋪層層間滑移。促進預浸料鋪層層間滑移是有效控制纖維屈曲及褶皺等缺陷的關鍵，進而保證預成型質量。無論采用單隔膜預成型工藝，還是雙隔膜預成型工藝，預浸料鋪層將不可避免地受到面外法向壓力，該壓力將增加預浸料鋪層層間摩擦力，不利于層間滑移，存在出現纖維屈曲及褶皺等缺陷的風險。對于雙隔膜預成型工藝，為了最大程度減少法向壓力，需要在整個工藝過程控制雙隔膜間的壓力，這無形中增加工藝的繁瑣程度。
技術實現要素：
針對上述問題，本發(fā)明公開一種復合材料雙袋熱隔膜預成型方法，所述方法能夠將預浸料鋪層面外法向壓力降低為零，有效促進纖維鋪層層間滑移，避免纖維屈曲及褶皺等缺陷，并且有效簡化雙隔膜預成型工藝控制流程，同時不需要對現有預成型設備進行特殊改造。
本發(fā)明是通過以下技術方案實現的：
一種復合材料雙袋熱隔膜預成型方法，所述方法首先將預浸料鋪層封裝于由內隔膜袋和外隔膜袋組成的雙隔膜袋中，然后將含有預浸料鋪層的雙隔膜袋安裝在預成型設備上，進行雙袋熱隔膜預成型，在所述雙袋熱隔膜預成型過程中，通過控制內隔膜袋內與外隔膜袋內的壓力，使預浸料鋪層面外法向壓力降低為零，利用預成型設備完成預浸料鋪層預成型，制備獲得復合材料預成型制品。
進一步地，所述內隔膜袋通過一內隔膜袋導氣管實現連通真空源或大氣環(huán)境，所述內隔膜袋導氣管上設置一閥門，通過關閉所述閥門能夠實現內隔膜袋與真空源或大氣環(huán)境的隔絕。
進一步地，通過封裝將預浸料鋪層置于由內隔膜袋和外隔膜袋組成的雙袋中，具體包括以下步驟：
(1)封裝制備內隔膜袋：預浸料鋪疊結束后，將預浸料鋪層放置于一層隔膜上，預浸料鋪層四周均勻放置透氣氈，然后利用一層隔膜覆蓋預浸料鋪層，利用密封膩子封裝成內隔膜袋；
(2)內隔膜袋導氣管的設置：設置一內隔膜袋導氣管穿過內隔膜袋一側的隔膜，并確保內隔膜袋與內隔膜袋導氣管的管壁之間密封；
(3)外隔膜袋的設置：將內隔膜袋置于外隔膜袋中，所述內隔膜袋導氣管穿過外隔膜袋一側的隔膜，并確保外隔膜袋與內隔膜袋導氣管的管壁之間密封。
進一步地，在所述雙袋熱隔膜預成型過程中，控制內隔膜袋內與外隔膜袋內的壓力，所述雙袋熱隔膜預成型具體包括以下步驟：
(1)將外隔膜袋通過預成型設備框架密封，并安裝在所述預成型設備上；
(2)開啟內隔膜袋導氣管上的閥門，使內隔膜袋導氣管連通真空源，將內隔膜袋的袋內空氣完全排出，形成真空；然后將框架上設置的框架導氣管連通真空源，將外隔膜袋的袋內空氣完全排出，形成真空；以使內隔膜袋和外隔膜袋均達到壓縮狀態(tài)；
(3)斷開與內隔膜袋導氣管連通的真空源，并保持內隔膜袋導氣管上的閥門開啟，使內隔膜袋的袋內與大氣環(huán)境連通，以使內隔膜袋袋內的壓力與大氣壓相等，進而控制預浸料鋪層的面外法向壓力為零；然后，關閉內隔膜袋導氣管上的閥門，避免預浸料鋪層預成型過程空氣經閥門進入內隔膜袋；
(4)將預成型模具預熱，同時預熱預浸料鋪層，當預浸料鋪層達到預成型溫度后，將預成型設備導氣管與真空源連通，通過預成型設備控制氣體流量，隨著外隔膜袋下方的預成型設備內部的空氣逐漸排出，預浸料鋪層逐漸在預成型模具上隨形，待預成型設備空氣完全排出，達到真空狀態(tài)，預浸料鋪層及雙隔膜袋完全貼合預成型模具，預浸料鋪層完成預成型；
(5)預浸料鋪層冷卻至可操作溫度后，取出在預成型模具隨形的復合材料預成型制品。
進一步地，在步驟(2)-(4)中，始終保持框架導氣管開啟,使外隔膜袋連通真空源。
進一步地，在所述熱隔膜預成型過程中，為了確保內隔膜袋的袋內壓力與大氣壓相等,即確保預浸料鋪層面外法向壓力降低為零，能夠不斷重復步驟(2)和步驟(3)。
進一步地，將含有預浸料鋪層的雙隔膜袋安裝在預成型設備上的過程具體為：將預成型模具放置于預成型設備中，將含有預浸料鋪層的雙袋安裝在預成型模具上方，其中，利用框架將外隔膜袋密封并固定在預成型設備上，使預成型設備、框架及外隔膜袋下隔膜間形成氣密環(huán)境。
進一步地，制備獲得的所述復合材料預成型制品的結構為L形、C形及Ω形中的任意一種。
本發(fā)明的有益技術效果：
本發(fā)明公開的所述方法在熱隔膜預成型過程中，通過控制內隔膜袋內與外隔膜袋內的壓力，使預浸料鋪層面外法向壓力降低為零，從而有效促進纖維鋪層層間滑移，避免纖維屈曲及褶皺等缺陷；并且，在熱隔膜預成型過程中，外隔膜袋全程連通真空源，避免傳統(tǒng)預成型工藝過程中外隔膜袋內壓力的復雜控制，有效簡化工藝制度。
附圖說明
圖1為本發(fā)明一種復合材料雙袋熱隔膜預成型工藝示意圖；
附圖標記：1.預浸料鋪層、2.透氣氈、3.內隔膜袋、4.密封膩子、5.內隔膜袋導氣管、51.閥門、6.外隔膜袋、7.預成型設備、71.框架、72框架導氣管、73.預成型設備導氣管、8.預成型模具。
具體實施方式
為了使本發(fā)明的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細描述。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用于解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
相反，本發(fā)明涵蓋任何由權利要求定義的在本發(fā)明的精髓和范圍上做的替代、修改、等效方法以及方案。進一步，為了使公眾對本發(fā)明有更好的了解，在下文對本發(fā)明的細節(jié)描述中，詳盡描述了一些特定的細節(jié)部分。對本領域技術人員來說沒有這些細節(jié)部分的描述也可以完全理解本發(fā)明。
實施例1
一種復合材料雙袋熱隔膜預成型方法，如圖1所示，所述方法首先將預浸料鋪層1封裝于由內隔膜袋3和外隔膜袋6組成的雙隔膜袋中，然后將含有預浸料鋪層1的雙隔膜袋安裝在預成型設備7上，進行雙袋熱隔膜預成型，在所述雙袋熱隔膜預成型過程中，通過控制內隔膜袋3內與外隔膜袋6內的壓力，使預浸料鋪層1面外法向壓力降低為零，利用預成型設備完成預浸料鋪層預成型，制備獲得復合材料預成型制品。
所述內隔膜袋3通過一內隔膜袋導氣管5實現連通真空源或大氣環(huán)境，所述內隔膜袋導氣管5上設置一閥門51，通過關閉所述閥門51能夠實現內隔膜袋3與真空源或大氣環(huán)境的隔絕；
通過封裝將預浸料鋪層1置于由內隔膜袋3和外隔膜袋6組成的雙袋中，具體包括以下步驟：
(1)封裝制備內隔膜袋3：預浸料鋪疊結束后，將預浸料鋪層1放置于一層隔膜上，預浸料鋪層1四周均勻放置透氣氈2，然后利用一層隔膜覆蓋預浸料鋪層1，利用密封膩子4封裝成內隔膜袋3；預浸料鋪層1四周均勻放置透氣氈2原因為：透氣氈2具有多孔蓬松的特性，內隔膜袋3與真空源連通后，有利于內隔膜袋3內空氣排出，確保達到壓縮狀態(tài)；
(2)內隔膜袋導氣管5的設置：設置一內隔膜袋導氣管5穿過內隔膜袋3一側的隔膜，并確保內隔膜袋3與內隔膜袋導氣管5的管壁之間密封；
(3)外隔膜袋6的設置：將內隔膜袋3置于外隔膜袋6中，所述內隔膜袋導氣管5穿過外隔膜袋6一側的隔膜，并確保外隔膜袋6與內隔膜袋導氣管5的管壁之間密封。
在所述雙袋熱隔膜預成型過程中，控制內隔膜袋3內與外隔膜袋6內的壓力，所述雙袋熱隔膜預成型具體包括以下步驟：
(1)將外隔膜袋6通過預成型設備的框架71密封，并安裝在所述預成型設備7上，使預成型設備7、框架71及外隔膜袋6下隔膜間形成氣密環(huán)境；
(2)開啟內隔膜袋導氣管5上的閥門51，使內隔膜袋導氣管5連通真空源，將內隔膜袋3的袋內空氣完全排出，形成真空；然后將框架71上設置的框架導氣管72連通真空源，將使外隔膜袋6的袋內空氣完全排出，形成真空；以使內隔膜袋3和外隔膜袋6均達到壓縮狀態(tài)；
由于內隔膜袋3和外隔膜袋6均達到壓縮狀態(tài)，在下一個步驟中，內隔膜袋3雖接通大氣環(huán)境，但外隔膜袋6在壓縮狀態(tài)下不至于出現大量氣體流入內隔膜袋3，進而影響預成型；如果內隔膜袋3不接真空源，直接將框架71上設置的框架導氣管72連通真空源，外隔膜袋6與內隔膜袋3之間形成真空，但是內隔膜袋3會充滿空氣，無法封裝預浸料鋪層1，預成型無法進行。
(3)斷開與內隔膜袋導氣管5連通的真空源，并保持內隔膜袋導氣管5上的閥門51開啟，使內隔膜袋3的袋內與大氣環(huán)境連通，以使內隔膜袋3袋內的壓力與大氣壓相等，進而控制預浸料鋪層1的面外法向壓力為零；然后，關閉內隔膜袋導氣管5上的閥門51，避免預浸料鋪層1預成型過程中空氣經閥門51進入內隔膜袋3；其中，在該步驟中，關閉閥門51避免氣體空氣進入內隔膜袋3的原因為：若是在后續(xù)的設備導氣管73抽氣過程中，如果預浸料鋪層1剛度過大，難以變形，空氣將經閥門51進入內隔膜袋3，會導致僅外隔膜袋6的下層隔膜隨形，而外隔膜袋6上層隔膜不隨形，無法完成預成型。
(4)將預成型模具8預熱，同時預熱預浸料鋪層1，當預浸料鋪層1達到預成型溫度后，將預成型設備導氣管73與真空源連通，通過預成型設備7控制氣體流量，隨著外隔膜袋6下方的預成型設備7內部的空氣逐漸排出，預浸料鋪層1逐漸在預成型模具8上隨形，待預成型設備7空氣完全排出，達到真空狀態(tài)，預浸料鋪層1及雙隔膜袋完全貼合預成型模具8，預浸料鋪層完成預成型。
(5)預浸料鋪層1冷卻至可操作溫度后，取出在預成型模具8隨形的復合材料預成型制品，所述可操作溫度為20-60℃。
在步驟(2)-(4)中，始終保持框架導氣管72開啟，使外隔膜袋連通真空源；該過程避免了傳統(tǒng)雙隔膜預成型工藝過程中隔膜袋內壓力的復雜控制的缺點，有效簡化工藝制度。
并且在所述熱隔膜預成型過程中，為了確保內隔膜袋3的袋內壓力與大氣壓相等，即預浸料鋪層面1外法向壓力降低為零，能夠不斷重復步驟(2)和步驟(3)。
其中，閥門51可以設計為程控三通閥門，可以通過與預成型設備的控制系統(tǒng)集成，實現連通真空源、連通大氣、關閉三個功能的程序控制，以實現自動化。
將含有預浸料鋪層1的雙隔膜袋安裝在預成型設備7上的過程具體為：將預成型模具8置于預成型設備7中，將含有預浸料鋪層1的雙袋安裝在預成型模具8上方，其中，將設置有內隔膜袋導氣管5的外隔膜袋6的一側朝上，并利用框架71將外隔膜袋6密封并固定在預成型設備7上；所述外隔膜袋6通過一框架導氣管72與真空源連通。
所述雙袋熱隔膜預成型方法制備獲得的復合材料預成型制品的結構為L形、C形及Ω形中的任意一種。
本發(fā)明所述方法與現有技術中雙隔膜預成型工藝以及單隔膜工藝相比，具有以下優(yōu)點：
1)相比于單隔膜預成型工藝，雙袋熱隔膜預成型工藝在預成型設備上能有效支撐預浸料鋪層，避免預浸料鋪層尚未達到預成型溫度，在自重的作用下發(fā)生彎折，從而出現纖維屈曲及褶皺等缺陷；
2)相對于雙隔膜預成型工藝和單隔膜預成型工藝，雙袋熱隔膜預成型工藝能將預浸料鋪層面外法向壓力降低為零，從而降低預浸料鋪層摩擦力，有效促進纖維鋪層層間滑移，避免纖維屈曲及褶皺等缺陷；
3)相對于雙隔膜預成型工藝，雙袋熱隔膜預成型工藝外隔膜袋全程連通真空源，避免雙隔膜預成型工藝過程中通過隔膜袋內復雜的壓力變化實現最大程度降低預浸料鋪層面外法向壓力，從而有效簡化工藝制度。
實施例2
一種復合材料雙袋熱隔膜預成型方法，具體包括以下步驟：
(1)封裝制備內隔膜袋：預浸料鋪疊結束后，將預浸料鋪層放置于一層隔膜上，預浸料鋪層四周均勻放置透氣氈，然后利用一層隔膜覆蓋預浸料鋪層，利用密封膩子封裝成內隔膜袋；
(2)內隔膜袋導氣管的設置：設置一內隔膜袋導氣管穿過內隔膜袋一側的隔膜，并確保內隔膜袋與內隔膜袋導氣管的管壁之間密封；
(3)外隔膜袋的設置：將內隔膜袋置于外隔膜袋中，所述內隔膜袋導氣管穿過外隔膜袋一側的隔膜，并確保外隔膜袋與內隔膜袋導氣管的管壁之間密封。
(4)將預成型模具置于預成型設備中；
(5)將外隔膜袋上設置有內隔膜袋導氣管的一側朝上，并將外隔膜袋通過預成型設備框架密封，安裝在所述預成型設備上，預成型設備、框架及外隔膜袋下隔膜形成氣密環(huán)境；
(6)開啟內隔膜袋導氣管上的閥門，使內隔膜袋導氣管連通真空源，將內隔膜袋的袋內空氣完全排出，形成真空；然后將框架上設置的框架導氣管連通真空源，將外隔膜袋的袋內空氣完全排出，形成真空；以使內隔膜袋和外隔膜袋均達到壓縮狀態(tài)；
(7)斷開與內隔膜袋導氣管連通的真空源，并保持內隔膜袋導氣管上的閥門開啟，使內隔膜袋的袋內與大氣環(huán)境連通，以使內隔膜袋袋內的壓力與大氣壓相等，進而控制預浸料鋪層的面外法向壓力為零；然后，關閉內隔膜袋導氣管上的閥門，避免預浸料鋪層預成型過程空氣經閥門進入內隔膜袋；
(8)將預成型模具預熱，同時預熱預浸料鋪層，當預浸料鋪層達到預成型溫度后，將預成型設備導氣管與真空源連通，通過預成型設備控制氣體流量，隨著外隔膜袋下方的預成型設備內部的空氣逐漸排出，預浸料鋪層逐漸在預成型模具上隨形，待預成型設備空氣完全排出，達到真空狀態(tài)，預浸料鋪層及雙隔膜袋完全貼合預成型模具，預浸料鋪層完成預成型。
(9)預浸料鋪層冷卻至可操作溫度后，取出在預成型模具隨形的復合材料預成型制品，所述可操作溫度為20-60℃。
在步驟(6)-(8)中，始終保持框架導氣管開啟,使外隔膜袋連通真空源。
在所述熱隔膜預成型過程中，為了確保內隔膜袋的袋內壓力與大氣壓相等,即確保預浸料鋪層面外法向壓力降低為零，能夠不斷重復步驟(6)和步驟(7)。