本發(fā)明涉及一種復合材料成型方法技術(shù)領域，尤其涉及一種基于水溶性型芯的SQRTM成型工藝碳纖維格柵的制備方法。

背景技術(shù)：

碳纖維增強樹脂基復合材料（CFRP）是目前最先進的復合材料之一，具有比強度和比剛度高、熱膨脹系數(shù)小、抗疲勞能力強以及可設計性強、易于整體成型等特點，能有效減輕航空航天零部件的結(jié)構(gòu)質(zhì)量，是航空航天新材料發(fā)展領域的必然趨勢。目前小型商務機和直升飛機的碳纖維復合材料用量已占55%左右，軍用飛機25%左右，大型客機占20%左右。

復合材料的大量應用會帶來高昂的成本，除了原材料碳纖維，復合材料的設計和制造成了制約發(fā)展的關(guān)鍵因素。目前航空領域所采用的樹脂基復合材料構(gòu)件大多采用預浸料/熱壓罐成型方法，熱壓罐成型制備的復合材料性能優(yōu)異、質(zhì)量穩(wěn)定可靠，在航空復合材料成型技術(shù)中占據(jù)核心地位，但其高昂的工藝成本一直是制造商的通病。當前采用的非熱壓罐（OAA）工藝有效降低了制造成本，但是它們很少有超過SQRTM技術(shù)的巧妙。SQRTM它是一種閉模成型方法，結(jié)合預浸料工藝和液體成型技術(shù)，可以制備出凈成型且高強度組合的航空航天零部件，雖然不使用熱壓罐，但卻生產(chǎn)出具有熱壓罐質(zhì)量的部件。

復合材料航空的零部件的復雜程度是眾所周知的，對于多曲率的結(jié)構(gòu)部件，脫模已然成為制備制件的難題。本發(fā)明采用可溶性材料制備出雙曲率的芯模，在芯模上面進行預浸料鋪層，采用SQRTM成型工藝注膠固化制件，后期通過一定壓力的自來水將其水溶性芯模溶解，脫模得到格柵制件，解決了復雜曲率制件脫模難的問題。

因此，現(xiàn)在有必要提供基于水溶性型芯的SQRTM成型工藝碳纖維格柵的制備方法；用于解決復雜曲率復合材料零部件和降低復合材料制造成本的難題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，提供基于水溶性型芯的SQRTM成型工藝碳纖維格柵的制備方法；用于解決復雜曲率復合材料零部件和降低復合材料制造成本的難題。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：基于水溶性型芯的SQRTM成型工藝碳纖維格柵的制備方法，包括以下步驟：（1）用可溶性材料制備格柵的型芯，制得水溶性芯模；（2）在所述水溶性芯模上面進行碳纖維預浸料鋪貼，采用SQRTM（相同合格樹脂傳遞成型）成型工藝進行制件固化，制得格柵制件；（3）再通過自來水將其水溶性芯模溶解，脫模得到格柵制件。采用上述技術(shù)方案，該方法首先是以可溶性材料來制備格柵的型芯，制備的型芯具有一定的硬度，保證了格柵內(nèi)腔表面的質(zhì)量要求，在其上面進行碳纖維預浸料鋪貼，預浸料鋪貼完畢后用真空進行預壓實，采用SQRTM成型工藝進行制件注膠固化，將預浸料工藝和液體成型技術(shù)巧妙的結(jié)合在一起，降低了制造成本的同時還保證了制件的性能要求，后期通過一定壓力的自來水將其水溶性芯模溶解，脫模得到格柵制件，解決了雙曲率格柵制件脫模難的問題。其中，所述可溶性材料為水溶性膠結(jié)劑和石英砂混合而成，是專門用于精密制造的材料，有更好的輕度以及更低的孔隙率，所以制備的芯模中可以有一個光滑的曲面；所述可溶性材料還可為石膏或可溶性硅酸鹽。后期脫模時，用自來水沖刷即可脫模，環(huán)境友好，節(jié)約時間和勞動力。

進一步改進在于，所述步驟（1）的用可溶性材料制備格柵的型芯，制得水溶性芯模的具體制備過程包括：

1）填入芯模材料：將可溶性芯模材料放入芯模模具的模腔內(nèi)，通過芯模模具上蓋板緊固螺栓將可溶性芯模材料壓實；

2）芯模固化：將步驟1）中壓實后的芯模模具放入烘箱中進行固化，固化溫度為100~140℃，固化時間為1~3h，冷卻至60℃以下打開烘箱取出所述芯模模具；

3）芯模密封：將取出的芯模模具用表面密封劑進行密封，待用。

其中優(yōu)選的，可溶性材料的芯模的固化的溫度為120℃，固化時間為2h。

進一步改進在于，所述步驟（2）中SQRTM成型工藝過程是用一個預浸料鋪層代替干纖維預成型體，把預浸料鋪層鋪放在芯模模具中，并使芯模模具閉合，然后把樹脂注入到所述芯模模具中和所述步驟（3）脫模的具體步驟如下：

（A）預浸料鋪層：將裁剪成指定形狀的碳纖維預浸料鋪貼在可溶性芯模表面，鋪貼完畢后進行真空預壓實，真空壓力≥920mbar；

（B）合模：將預壓實過的碳纖維預浸料鋪層放置在芯模模具內(nèi)的定位卡板上，四周放入定位壓條，再蓋上芯模模具的上模具，通過螺栓鎖緊上模具；

（C）注膠：連接注膠管路同時加熱芯模模具，當芯模模具溫度達到注膠溫度時，開始注膠并提供注膠壓力；

（D）固化：注膠結(jié)束后，加熱設備按樹脂固化條件設置升溫固化，固化溫度為170~200℃固化時間為1~3h；

（E）脫模：待芯模模具降溫到60℃以下，用自來水對可溶性芯模進行溶解，直至可溶性芯模溶解完畢，獲得格柵制件。

采用了SQRTM工藝，保證了格柵制件的高性能要求外降低了制造成本；預浸料鋪貼完畢后，進行抽真空預壓實，趕走預浸料層間的氣泡，保證制件的精度要求。

進一步改進在于，所述碳纖維預浸料為斜紋織物碳纖維預浸料或/和單向碳纖維預浸料。

進一步改進在于，注膠所用樹脂與預浸料樹脂為相同樹脂。

進一步改進在于，所制得的格柵制件為雙曲率、縱橫筋交錯的曲面格柵結(jié)構(gòu)形式。

進一步改進在于，所述步驟（C）中的所述注膠壓力為2~6bar。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有的有益效果是：本發(fā)明是一種基于水溶性型芯的SQRTM成型工藝碳纖維格柵的制備方法；采用了可溶性材料來制備雙曲率的格柵芯模，后期可以通過一定壓力的自來水溶解芯模，制得格柵制件，解決了復雜曲率制件的脫模問題；本發(fā)明采用的SQRTM成型工藝，與傳統(tǒng)熱壓罐成型工藝相比，降低了制造成本的同時還保證了產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性。

附圖說明

下面結(jié)合附圖進一步描述本發(fā)明的技術(shù)方案：

圖1是本發(fā)明的可溶性材料制備的芯模示意圖；

圖2是本發(fā)明基于水溶性型芯的SQRTM成型工藝的格柵的結(jié)構(gòu)示意圖；

其中1-縱筋，2-橫筋。

具體實施方式

為了加深對本發(fā)明的理解，下面將結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明做進一步詳細描述，該實施例僅用于解釋本發(fā)明，并不對本發(fā)明的保護范圍構(gòu)成限定。

實施例1：如圖1~2所示，該基于水溶性型芯的SQRTM成型工藝的格柵的制備方法，包括以下步驟：

（1）可溶性芯模的制備：首先將可溶性芯模材料放入芯模模腔內(nèi)，通過模具緊固螺栓將可溶性芯模材料壓實；之后放入烘箱進行固化，固化溫度為：120℃，固化時間為2h，冷卻至60℃以下打開烘箱取出；干燥成型后的芯模如圖1所示，為保證制件的表面光潔度，成型的芯模表面采用表面密封劑進行密封，后期進行復合材料鋪層；

（2）在所述水溶性芯模上面進行碳纖維預浸料鋪貼，采用SQRTM（相同合格樹脂傳遞成型）成型工藝進行制件固化，制得格柵制件；

（3）再通過自來水將其水溶性芯模溶解，脫模得到格柵制件；

其中：預浸料鋪層：將所需碳纖維預浸料通過CAD軟件設計下料圖，優(yōu)化下料形狀，在自動裁剪機上進行裁剪，每層依次編碼并進行鋪貼記錄；鋪貼完畢后在預浸料上方分別依次鋪層可剝布、隔離膜、透氣氈和真空袋等輔助材料采用真空袋封裝，抽真空預壓實。

合模：將預壓實過的預浸料鋪層依次按照縱橫筋2排列位置放置在模具內(nèi)定位卡板上，用單向預浸料填充尖角區(qū)域，確保整個制件的樹脂含量均勻一致性，最后在模具四周放入定位壓條，蓋上上模具，通過螺栓鎖緊模具。

注膠固化：合模后，連接真空及注膠管道，加熱模具，與此同時，加熱注膠機中樹脂到85℃，并進行樹脂脫泡15min~25min；待模具加熱到120℃時，開始注膠，注膠過程中根據(jù)樹脂流速進行加壓，隨著樹脂流速的降低，注膠壓力逐漸增大，保證樹脂能夠充分浸潤碳纖維織物。壓力最終控制在6bar，壓力過大，反而影響制件的尺寸精度要求，性能降低；注膠完畢后，進行樹脂固化，固化溫度為：180℃，固化時間為2h，待固化結(jié)束后，加熱設備停止加熱，模具自然冷卻到60℃以下；

脫模：利用起重機將模具放置在脫模區(qū)域，擰開螺栓，移走定位壓條，將制件與芯模一起從模具內(nèi)脫出，用帶有一定壓力的自來水沖洗可溶性芯模，直至可溶性芯模溶解完畢，清理制品毛邊，制成碳纖維復合材料格柵制品；如圖2所示。

本發(fā)明的實施方式不限于此，可溶性芯模材料可以替換為可溶性硅酸鹽、石膏等。對于航空航天復雜曲率異形零部件，縱橫筋交錯形成的多腔結(jié)構(gòu)，均可以采取這種實施方案。與傳統(tǒng)的熱壓罐工藝相比，大大降低了制造成本，其力學性能與熱壓罐工藝的制品相當，擁有良好的內(nèi)部質(zhì)量，纖維體積含量可控制在55±3%，孔隙率低，滿足作為航空航天零部件的要求。

實施例2：該基于水溶性型芯的SQRTM成型工藝的格柵的制備方法，包括以下步驟：

（1）可溶性芯模的制備：首先將可溶性芯模材料（石膏）放入芯模模腔內(nèi)，通過模具緊固螺栓將可溶性芯模材料壓實；之后放入烘箱進行固化，固化溫度為：100℃，固化時間為3h，冷卻至60℃以下打開烘箱取出；干燥成型后的芯模如圖1所示，為保證制件的表面光潔度，成型的芯模表面采用表面密封劑進行密封，后期進行復合材料鋪層；

（2）在所述水溶性芯模上面進行碳纖維預浸料鋪貼，采用SQRTM（相同合格樹脂傳遞成型）成型工藝進行制件固化，制得格柵制件；

（3）再通過自來水將其水溶性芯模溶解，脫模得到格柵制件；

其中：預浸料鋪層：將所需碳纖維預浸料通過CAD軟件設計下料圖，優(yōu)化下料形狀，在自動裁剪機上進行裁剪，每層依次編碼并進行鋪貼記錄；鋪貼完畢后在預浸料上方分別依次鋪層可剝布、隔離膜、透氣氈和真空袋等輔助材料采用真空袋封裝，抽真空預壓實。

合模：將預壓實過的預浸料鋪層依次按照縱橫筋2排列位置放置在模具內(nèi)定位卡板上，用單向預浸料填充尖角區(qū)域，確保整個制件的樹脂含量均勻一致性，最后在模具四周放入定位壓條，蓋上上模具，通過螺栓鎖緊模具。

注膠固化：合模后，連接真空及注膠管道，加熱模具，與此同時，加熱注膠機中樹脂到85℃，并進行樹脂脫泡25min；待模具加熱到120℃時，開始注膠，注膠過程中根據(jù)樹脂流速進行加壓，隨著樹脂流速的降低，注膠壓力逐漸增大，保證樹脂能夠充分浸潤碳纖維織物。壓力最終控制在6bar，壓力過大，反而影響制件的尺寸精度要求，性能降低；注膠完畢后，進行樹脂固化，固化溫度為：170℃，固化時間為3h，待固化結(jié)束后，加熱設備停止加熱，模具自然冷卻到60℃以下；

脫模：利用起重機將模具放置在脫模區(qū)域，擰開螺栓，移走定位壓條，將制件與芯模一起從模具內(nèi)脫出，用帶有一定壓力的自來水沖洗可溶性芯模，直至可溶性芯模溶解完畢，清理制品毛邊，制成碳纖維復合材料格柵制品。

實施例3：該基于水溶性型芯的SQRTM成型工藝的格柵的制備方法，包括以下步驟：

（1）可溶性芯模的制備：首先將可溶性芯模材料（可溶性硅酸鹽）放入芯模模腔內(nèi)，通過模具緊固螺栓將可溶性芯模材料壓實；之后放入烘箱進行固化，固化溫度為：140℃，固化時間為1h，冷卻至60℃以下打開烘箱取出；干燥成型后的芯模如圖1所示，為保證制件的表面光潔度，成型的芯模表面采用表面密封劑進行密封，后期進行復合材料鋪層；

（2）在所述水溶性芯模上面進行碳纖維預浸料鋪貼，采用SQRTM（相同合格樹脂傳遞成型）成型工藝進行制件固化，制得格柵制件；

（3）再通過自來水將其水溶性芯模溶解，脫模得到格柵制件；

其中：預浸料鋪層：將所需碳纖維預浸料通過CAD軟件設計下料圖，優(yōu)化下料形狀，在自動裁剪機上進行裁剪，每層依次編碼并進行鋪貼記錄；鋪貼完畢后在預浸料上方分別依次鋪層可剝布、隔離膜、透氣氈和真空袋等輔助材料采用真空袋封裝，抽真空預壓實。

合模：將預壓實過的預浸料鋪層依次按照縱橫筋2排列位置放置在模具內(nèi)定位卡板上，用單向預浸料填充尖角區(qū)域，確保整個制件的樹脂含量均勻一致性，最后在模具四周放入定位壓條，蓋上上模具，通過螺栓鎖緊模具。

注膠固化：合模后，連接真空及注膠管道，加熱模具，與此同時，加熱注膠機中樹脂到85℃，并進行樹脂脫泡15min；待模具加熱到120℃時，開始注膠，注膠過程中根據(jù)樹脂流速進行加壓，隨著樹脂流速的降低，注膠壓力逐漸增大，保證樹脂能夠充分浸潤碳纖維織物；壓力最終控制在2bar，壓力過大，反而影響制件的尺寸精度要求，性能降低；注膠完畢后，進行樹脂固化，固化溫度為：190℃，固化時間為1h，待固化結(jié)束后，加熱設備停止加熱，模具自然冷卻到60℃以下；

脫模：利用起重機將模具放置在脫模區(qū)域，擰開螺栓，移走定位壓條，將制件與芯模一起從模具內(nèi)脫出，用帶有一定壓力的自來水沖洗可溶性芯模，直至可溶性芯模溶解完畢，清理制品毛邊，制成碳纖維復合材料格柵制品。

本發(fā)明實施例中環(huán)氧樹脂及其固化劑是本領域所屬技術(shù)人員的公共常識，它所代表的是熱固性樹脂下的各類樹脂及其固化劑。本發(fā)明不局限于上述特定實施方式，在不脫離上述基本技術(shù)思想的前提下做出的各種變形或修改，均落在本發(fā)明權(quán)利保護范圍之列。