用于飛機(jī)主/次承力構(gòu)件的熱塑性復(fù)合材料產(chǎn)品的制造技術(shù)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種熱塑性復(fù)合材料產(chǎn)品的制造技術(shù)，具體來說，涉及一種用于飛機(jī)主/次承力構(gòu)件的熱塑性復(fù)合材料產(chǎn)品的制造技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，在航空領(lǐng)域應(yīng)用較多的復(fù)合材料屬于熱固性復(fù)合材料，但其耐濕熱性、抗沖擊和損傷能力、導(dǎo)電性及延伸率均較差，在一定程度上限制了飛機(jī)復(fù)合材料承力構(gòu)件的發(fā)展。且熱固性復(fù)合材料難以回收，限制了飛機(jī)上“綠色材料”的應(yīng)用進(jìn)程。熱塑性樹脂與連續(xù)纖維組成的高性能熱塑性復(fù)合材料具有許多優(yōu)于熱固性復(fù)合材料的綜合性能，可用作性能要求較高的飛機(jī)結(jié)構(gòu)材料，而且該種材料具有可回收性，大大加速其應(yīng)用進(jìn)程。熱塑性復(fù)合材料最突出的優(yōu)點(diǎn)是具有較高的韌性、優(yōu)秀的損傷容限以及良好的抗沖擊性能，有利于克服熱固性樹脂基復(fù)合材料層間韌性不足和沖擊分層的缺點(diǎn)，可應(yīng)用于使用環(huán)境較為苛亥IJ、承載能力要求較高、容易受到強(qiáng)烈沖擊的場(chǎng)合。
[0003]近年來，熱塑性復(fù)合材料在飛機(jī)部件產(chǎn)品上的應(yīng)用越來越普遍，如空客A350上應(yīng)用的熱塑性復(fù)合材料角片和耳片；空客A380的翼肋和油箱口蓋。連續(xù)纖維增強(qiáng)高性能熱塑性復(fù)合材料具有耐高溫、耐沖擊、耐疲勞和更輕質(zhì)等突出優(yōu)點(diǎn)，且成型周期短，利于大規(guī)模批量化生產(chǎn)。但由于高性能熱塑性樹脂的成型溫度較高(大于300°C)，其成型工藝比較復(fù)雜，故目前多采用熱壓罐工藝成型，主要具有以下缺點(diǎn):
[0004]第一其設(shè)備成本和工藝成本都很高，包括設(shè)備投入費(fèi)用、場(chǎng)地成本及在制造產(chǎn)品過程中使用輔材等成本。
[0005]第二模具投入成本高，模具基本為高性能金屬材料(在高溫下保持材料性性能)，因?qū)鹊囊?，其前期投入很高，特別是對(duì)大尺寸模具的投入更加高昂。
[0006]第三加工周期長(zhǎng)，規(guī)模化生產(chǎn)困難。在實(shí)施過程中，加壓和加溫均需要消耗時(shí)間，還有模具限制等原因，產(chǎn)品也只能以個(gè)的方式計(jì)數(shù)，很難量產(chǎn)。
[0007]因此需要尋求一種低成本成型技術(shù)-非熱壓罐成型方法，熱壓成型技術(shù)成為最有前途一種方法。本發(fā)明致力于該項(xiàng)技術(shù)，并提出了一種以二次模壓成型為核心的非熱壓罐技術(shù)。該技術(shù)為實(shí)現(xiàn)高性能熱塑性復(fù)合材料在飛機(jī)主/次承力構(gòu)件上的應(yīng)用奠定基礎(chǔ)，也可推廣到汽車、船艇、石油等領(lǐng)域。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的是提供了一種熱塑性復(fù)合材料產(chǎn)品的制造技術(shù)，以克服熱壓罐工藝過程中能耗高、成本高、周期長(zhǎng)的缺點(diǎn)。模具損耗嚴(yán)重、成本高、預(yù)浸料片材均勻鋪放困難、成型壓力難控制、厚度不均勻和孔隙率高等問題，并且該技術(shù)不僅降低了成本、改善了工藝窗口的控制難度，而且提高了構(gòu)件的力學(xué)性能。該技術(shù)可以改進(jìn)，利用機(jī)器人技術(shù)實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)控制。
[0009]本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn):
[0010]一種飛機(jī)主/次承力構(gòu)件的熱塑性復(fù)合材料產(chǎn)品的制造技術(shù)，包括以下步驟:
[0011]步驟1:選取預(yù)浸料片材，根據(jù)預(yù)浸料片材的實(shí)測(cè)厚度、面密度和重量參數(shù)設(shè)計(jì)一次成型平板模具；
[0012]步驟2:根據(jù)一次成型平板模具的尺寸，剪裁預(yù)浸料片材放置平板模具中，通過加熱和施壓處理，制造熱塑性復(fù)合材料平板；
[0013]步驟3:根據(jù)一次成型平板的厚度設(shè)計(jì)二次成型產(chǎn)品模具，產(chǎn)品模具厚度尺寸應(yīng)略小于一次成型平板的實(shí)際厚度；
[0014]步驟4:將步驟2中得到的復(fù)合材料平板先放入預(yù)熱設(shè)備充分預(yù)熱，然后快速轉(zhuǎn)移到產(chǎn)品模具中，立即施壓，保壓降溫后取出，制得熱塑性復(fù)合材料產(chǎn)品。
[0015]進(jìn)一步的，所述步驟1中，選取的預(yù)浸料片材為連續(xù)纖維增強(qiáng)高性能熱塑性材料，連續(xù)纖維種類為碳纖維和玻璃纖維，高性能熱塑性樹脂主要為聚苯硫醚和聚醚醚酮，其組合包括:碳纖維/聚苯硫醚，碳纖維/聚醚醚酮，玻璃纖維/聚苯硫醚和玻璃纖維/聚醚醚酮。
[0016]進(jìn)一步的，所述步驟1中，預(yù)浸料片材的鋪放厚度大于成型平板的實(shí)際厚度，取值1.01 ?1.25 倍。
[0017]進(jìn)一步的，所述步驟2中，對(duì)于聚苯硫醚樹脂基，平板成型溫度為290?320°C ;對(duì)于聚醚醚酮樹脂基，平板成型溫度為370?400°C。
[0018]進(jìn)一步的，所述步驟2中，平板成型的保壓時(shí)間為15?30min，平板成型壓力范圍包括:0.1 ?lMPa、l ?5MPa、5 ?lOMPa 和大于 lOMPa。
[0019]進(jìn)一步的，所述步驟3中，產(chǎn)品模具厚度尺寸應(yīng)略小于一次成型平板的實(shí)際厚度，公差取值< 0.3mm。
[0020]進(jìn)一步的，所述步驟4中，預(yù)熱設(shè)備與產(chǎn)品模具分離，預(yù)熱方式包括電加熱和紅外加熱，對(duì)于聚苯硫醚樹脂基，預(yù)熱設(shè)備溫度為290?320°C，產(chǎn)品模具溫度為120?160°C ；對(duì)于聚醚醚酮樹脂基，預(yù)熱設(shè)備溫度為370?400°C，產(chǎn)品模具溫度為130?180°C。
[0021]進(jìn)一步的，所述步驟4中，產(chǎn)品的制造是一個(gè)快速成型過程，平板從預(yù)熱設(shè)備到產(chǎn)品模具的轉(zhuǎn)移可通過機(jī)器人操作，轉(zhuǎn)移時(shí)間小于20s，產(chǎn)品整個(gè)加工周期為3?5min。
[0022]進(jìn)一步的，所述步驟4中，產(chǎn)品成型壓力大于平板成型壓力，產(chǎn)品成型壓力范圍包括3?10MPa、10?20MPa、20?30MPa以及大于30MPa四種級(jí)別。
[0023]本發(fā)明的有益效果為:本技術(shù)相對(duì)傳統(tǒng)熱壓罐工藝而言，減少了對(duì)模具的損耗，降低了能源能耗和成本，改善了預(yù)浸料片材的鋪放難度，并且成型工藝窗口更易控制，構(gòu)件產(chǎn)品的含膠量均勻性得到保證、空隙率更低，并且本技術(shù)可實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)控制，產(chǎn)品的成型周期短、能耗低、重復(fù)性好，適合于不同領(lǐng)域高性能熱塑性復(fù)合材料產(chǎn)品的制造，對(duì)于肋板、角片、耳片這類需求量大且性能要求高的飛機(jī)構(gòu)件尤其適用，還可推廣到汽車、船艇、石油等相關(guān)熱塑復(fù)合材料產(chǎn)品的制造。
【附圖說明】
[0024]為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0025]圖1是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例所述的一次成型平板模具的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖2是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例所述的一次成型平板的工藝流程圖；
[0027]圖3是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例所述的二次成型飛機(jī)肋板產(chǎn)品模具結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028]圖4是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例所述的二次成型飛機(jī)肋板產(chǎn)品的工藝流程圖。
[0029]圖中:
[0030]1、上鋼板；2、下鋼板；3、平板模框；4、預(yù)浸料片材；5、熱壓機(jī)；6、飛機(jī)肋板產(chǎn)品模具；7、一次成型平板；8、紅外預(yù)熱設(shè)備；9、二次成型飛機(jī)肋板。
【具體實(shí)施方式】
[0031]下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0032]根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，提供了一種飛機(jī)主/次承力構(gòu)件的熱塑性復(fù)合材料產(chǎn)品的制造技術(shù)，包括以下步驟:
[0033]步驟1:選取預(yù)浸料片材，根據(jù)預(yù)浸料片材的實(shí)測(cè)厚度、面密度和重量參數(shù)設(shè)計(jì)一次成型平板模具；
[0034]步驟2:根據(jù)一次成型平板模具的尺寸，剪裁預(yù)浸料片材放置平板模具中，通過加熱和施壓處理，制造熱塑性復(fù)合材料平板；
[0035]步驟3:根據(jù)一次成型平板的厚度設(shè)計(jì)二次成型產(chǎn)品模具，產(chǎn)品模具厚度尺寸應(yīng)略小于一次成型平板的實(shí)際厚度；
[0036]步驟4:將步驟2中得到的復(fù)合材料平板先放入預(yù)熱設(shè)備充分預(yù)熱，然后快速轉(zhuǎn)移到產(chǎn)品模具中，立即施壓，保壓降溫后取出，制得熱塑性復(fù)合材料產(chǎn)品。
[0037]進(jìn)一步的，所述步驟1中，選取的預(yù)浸料片材為連續(xù)纖維增強(qiáng)高性能熱塑性材料，連續(xù)纖維種類為碳纖維和玻璃纖維，高性能熱塑性樹脂主要為聚苯硫醚和聚醚醚酮，其組合包括:碳纖維/聚苯硫醚，碳纖維/聚醚醚酮，玻璃纖維/聚苯硫醚和玻璃纖維/聚醚醚酮。
[0038]進(jìn)一步的，所述步驟1中，預(yù)浸料片材的鋪放厚度大于成型平板的實(shí)際厚度，取值1.01 ?1.25 倍。
[0039]進(jìn)一步的，所述步驟2中，對(duì)于聚苯硫醚樹脂基，平板成型溫度為290?320°C ;對(duì)于聚醚醚酮樹脂基，平板成型溫度為370?400°C。
[0040]進(jìn)一步的，所述步驟2中，平板成型的保壓時(shí)間為15?30min，平板成型壓力范圍包括:0.1 ?lMPa、l ?5MPa、5 ?lOMPa 和大于 lOMPa。
[0041]進(jìn)一步的，所述步驟3中，產(chǎn)