一種超輕質(zhì)夾層結(jié)構(gòu)復(fù)合材料的制備方法
【專利摘要】一種超輕質(zhì)夾層結(jié)構(gòu)復(fù)合材料的制備方法，首先制備熱熔預(yù)浸料；然后按照預(yù)定的鋪層方向、鋪層層數(shù)將制備的熱熔預(yù)浸料進(jìn)行鋪層，得到層合板預(yù)成型體；隨后在曲面金屬模具表面隨形鋪覆金屬擋條，金屬擋條與金屬模具采用機(jī)械連接固定，然后將層合板預(yù)成型體鋪覆至擋條的側(cè)面翻邊處；然后將密度為30～50kg/m3的開口蜂窩用膠膜拼貼到層合板預(yù)成型體表面，再在蜂窩外層鋪層所述熱熔預(yù)浸料；最后采用硅橡膠密封條將預(yù)成型體密封，在130℃下固化2小時(shí)，制得超輕質(zhì)夾層結(jié)構(gòu)復(fù)合材料。本發(fā)明方法在減輕產(chǎn)品重量的同時(shí)，解決了側(cè)面蜂窩外露的問題；同時(shí)能有效防止蒙皮的翹曲，并防止局部區(qū)域產(chǎn)生蜂窩芯子塌陷的現(xiàn)象。
【專利說明】
一種超輕質(zhì)夾層結(jié)構(gòu)復(fù)合材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種非金屬/復(fù)合材料的成型工藝方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近十年來，材料及工藝技術(shù)的飛速發(fā)展促進(jìn)了航空航天武器、運(yùn)載型號(hào)、空間站、飛行器等結(jié)構(gòu)零部件從金屬至復(fù)合材料的更新?lián)Q代，在重量控制上實(shí)現(xiàn)了質(zhì)的飛躍。蜂窩、泡沫夾層結(jié)構(gòu)復(fù)合材料的成功應(yīng)用更是輕質(zhì)高強(qiáng)復(fù)合材料發(fā)展史上的一個(gè)里程碑，在航空航天上得到了廣泛的應(yīng)用?？臻g站內(nèi)飾板正是這一技術(shù)高速發(fā)展的產(chǎn)物，常規(guī)的空間站內(nèi)飾板多為平板結(jié)構(gòu)形式，采用蜂窩夾層復(fù)合材料蒙皮的方案研制，該方案已經(jīng)經(jīng)過了各項(xiàng)試驗(yàn)的考核。
[0003]盡管如此，空間站產(chǎn)品發(fā)展日新月異，至今為止，產(chǎn)品形狀種類多，包含圓環(huán)狀、雙曲面、中間開孔并封邊等結(jié)構(gòu)形式。單一平板構(gòu)型的蜂窩夾層結(jié)構(gòu)難以滿足形式多樣的內(nèi)飾板設(shè)計(jì)需求，而常規(guī)的夾層結(jié)構(gòu)方案在曲面結(jié)構(gòu)產(chǎn)品的研制上又存在先天的不足，無法滿足日益苛刻的強(qiáng)度、剛度、重量等要求，且填充發(fā)泡膠方案將導(dǎo)致重量大幅增加，外露的蜂窩也會(huì)在一定程度上遭受外界環(huán)境的影響；不僅如此，常規(guī)的夾層結(jié)構(gòu)方案難以克服結(jié)構(gòu)尺寸和曲率精度控制的難題。需要突出強(qiáng)調(diào)的是，新一代空間站的設(shè)計(jì)理念對(duì)產(chǎn)品提出了泄復(fù)壓需求，即產(chǎn)品內(nèi)部需要存在一個(gè)與外界相連的導(dǎo)氣通道，以維持產(chǎn)品內(nèi)外壓力，防止因?yàn)閴翰畹拇嬖诙a(chǎn)生結(jié)構(gòu)失效的問題。這勢(shì)必會(huì)犧牲夾心結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度，導(dǎo)致其在成型過程中產(chǎn)生結(jié)構(gòu)變形、產(chǎn)品塌陷等問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明解決的技術(shù)問題是:克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種新型超輕質(zhì)蜂窩夾層結(jié)構(gòu)復(fù)合材料的制備方法，通過技術(shù)改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)了上、下超薄蒙皮與側(cè)面翻邊一體，不僅了減輕了產(chǎn)品重量，而且解決了側(cè)面蜂窩外露的問題;采用準(zhǔn)各向同性的超薄蒙皮夾層結(jié)構(gòu)，解決了常規(guī)蒙皮夾層結(jié)構(gòu)無法滿足超薄變曲率夾層結(jié)構(gòu)尺寸和曲率精度要求的難題，能有效防止蒙皮的翹曲；在夾層結(jié)構(gòu)內(nèi)部芯子的制備過程中，通過在蜂窩表面開槽，使得復(fù)合材料存在一個(gè)導(dǎo)氣通道以平衡內(nèi)、外壓力，并將蜂窩與蒙皮粘接按照一定順序粘接，防止局部區(qū)域產(chǎn)生蜂窩芯子塌陷的現(xiàn)象。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)解決方案是:一種超輕質(zhì)夾層結(jié)構(gòu)復(fù)合材料的制備方法，包括如下步驟:
[0006](I)制備熱熔預(yù)浸料;具體為:
[0007](11)采用雙馬樹脂或環(huán)氧樹脂，在溫度60?120°C、壓力0.I?I.2MPa條件下制備面密度為20?40g/m2、厚度為0.05?0.1mm的樹脂膜；
[0008](12)將PAN基碳纖維展開，并在PAN基碳纖維的上表面和下表面分別放置一層樹脂膜；
[0009](13)在溫度60?120°C、壓力0.I?I.2MPa條件下，采用熱壓法將樹脂膜滲透至PAN基碳纖維束中，制得厚度為0.05?0.1mm的熱熔預(yù)浸料；
[0010](2)按照預(yù)定的鋪層方向、鋪層層數(shù)將制備的熱熔預(yù)浸料進(jìn)行鋪層，得到層合板預(yù)成型體；
[0011](3)在曲面金屬模具表面隨形鋪覆金屬擋條，金屬擋條與金屬模具采用機(jī)械連接固定，然后將層合板預(yù)成型體鋪覆至擋條的側(cè)面翻邊處;再將密度為30?50kg/m3的開口蜂窩用膠膜拼貼到層合板預(yù)成型體表面，再在蜂窩外層鋪層所述熱熔預(yù)浸料;而后采用硅橡膠密封條將預(yù)成型體密封，在130°C下固化2小時(shí)，制得超輕質(zhì)夾層結(jié)構(gòu)復(fù)合材料。
[0012]所述的開口蜂窩的制備方法為:將蜂窩固定放置在壓緊工裝上，并使得蜂窩的上端面較壓緊工裝高出2mm，而后采用云石片將蜂窩切割，實(shí)現(xiàn)蜂窩的開口，從而形成導(dǎo)氣通道。
[0013]所述的PAN基碳纖維為T300、T700、ro0纖維、M40JB或者M(jìn)55J。所述的蜂窩為鋁蜂窩、紙蜂窩、芳綸蜂窩或者玻璃鋼蜂窩。
[0014]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)在于:常規(guī)輕質(zhì)夾層結(jié)構(gòu)的蒙皮厚度在Imm左右，蜂窩芯子不具備導(dǎo)氣通道，在非大氣壓環(huán)境下使用時(shí)，內(nèi)、外存在一定的壓差，容易導(dǎo)致結(jié)構(gòu)變形甚至失效。本發(fā)明制備的超輕質(zhì)夾層結(jié)構(gòu)復(fù)合材料采用0.4?Imm厚的碳纖維復(fù)合材料超薄蒙皮與導(dǎo)氣蜂窩復(fù)合而成，蒙皮厚度的減小將產(chǎn)品重量降低了50%以上。超薄碳纖維復(fù)合材料超薄蒙皮的使用是建立在超薄預(yù)浸料的基礎(chǔ)之上，本發(fā)明方法合理地將大絲束纖維展開并制備合理面密度的樹脂膠膜，將兩者在特定的環(huán)境下熱壓以制備超薄熱熔預(yù)浸料，其厚度控制精度為±0.0lmm;超薄預(yù)浸料的使用，能增加一定厚度蒙皮的鋪層數(shù)量，配合對(duì)稱、準(zhǔn)各向同性的鋪層設(shè)計(jì)，能有效地解決產(chǎn)品翹曲、變形、尺寸精度低等問題，大大提高了復(fù)合材料的可設(shè)計(jì)性。通過合理的模具設(shè)計(jì)，在異型的陽模放置壓條，實(shí)現(xiàn)了上、下超薄蒙皮與側(cè)面翻邊整體成型，省去了發(fā)泡膠封邊，在減輕產(chǎn)品重量的同時(shí)，解決了側(cè)面蜂窩外露等問題。
【附圖說明】
[0015]圖1為本發(fā)明方法的流程框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016]下面給出本發(fā)明方法的具體實(shí)例。
[0017]實(shí)例I，制備蒙皮厚度為0.4mm的超輕質(zhì)夾層結(jié)構(gòu)復(fù)合材料。
[0018]首先，合理地將大絲束纖維展開并制備合理面密度的樹脂膠膜，將兩者在溫度70°C、壓力0.2MPa的環(huán)境下熱壓以制備厚度為0.08mm的超薄熱熔預(yù)浸料(樹脂體系選用雙馬樹脂，增強(qiáng)纖維選用T300、T700、PB0纖維或是纖維織物)，將預(yù)浸料的鋪層順序設(shè)計(jì)為45/-45/0/-45/45，在模具表面按照該順序鋪覆5層預(yù)浸料，并在預(yù)浸料表面鋪覆I層濾紙，然后密封，采用合理的模具設(shè)計(jì)將產(chǎn)品側(cè)面與翻邊整體成型，在溫度為110°C、壓力為0.2MPa的條件下將預(yù)浸料固化，即完成超輕質(zhì)夾層結(jié)構(gòu)復(fù)合材料蒙皮的制備，固化后的蒙皮厚度為0.4mm，將蒙皮與存在導(dǎo)氣通道的蜂窩按指定的方向采用膠膜粘接，再在蜂窩外層鋪層熱熔預(yù)浸料，而后采用硅橡膠密封條將預(yù)成型體密封，在130°C下固化2小時(shí)，即完成超輕質(zhì)夾層結(jié)構(gòu)復(fù)合材料的制備。
[0019]實(shí)例2，制備蒙皮厚度為Imm的超輕質(zhì)夾層結(jié)構(gòu)復(fù)合材料。
[0020]首先，合理地將大絲束纖維展開并制備合理面密度的樹脂膠膜，將兩者在溫度100°C、壓力0.4MPa的環(huán)境下熱壓以制備厚度為0.05mm的超薄熱熔預(yù)浸料(樹脂體系選用環(huán)氧樹脂體系，增強(qiáng)纖維選用M40JB、M55、PB0纖維)，將預(yù)浸料的鋪層順序設(shè)計(jì)為[45/-45/0/90/0/0/90/0/-45/45]s，在模具表面按照該順序鋪覆10層預(yù)浸料，并在預(yù)浸料表面鋪覆3層濾紙，然后密封，采用合理的模具設(shè)計(jì)將產(chǎn)品側(cè)面與翻邊整體成型，在溫度為120°C、壓力為0.1MPa的條件下將預(yù)浸料固化，即完成超輕質(zhì)夾層結(jié)構(gòu)復(fù)合材料蒙皮的制備，固化后的蒙皮厚度為1mm，將蒙皮與存在導(dǎo)氣通道的蜂窩按指定的方向采用膠膜粘接，再在蜂窩外層鋪層熱熔預(yù)浸料，而后采用硅橡膠密封條將預(yù)成型體密封，在130°C下固化2小時(shí)，即完成超輕質(zhì)夾層結(jié)構(gòu)復(fù)合材料的制備。
[0021 ]實(shí)例3，制備蒙皮厚度為0.8mm的超輕質(zhì)夾層結(jié)構(gòu)復(fù)合材料。
[0022]首先，合理地將大絲束纖維展開并制備合理面密度的樹脂膠膜，將兩者在溫度110°C、壓力0.5MPa的環(huán)境下熱壓以制備厚度為0.05mm的超薄熱熔預(yù)浸料(樹脂體系選用雙馬樹脂，增強(qiáng)纖維選用T300、T700、PB0纖維或是纖維織物)，將預(yù)浸料的鋪層順序設(shè)計(jì)為[45/-45/0/90/90/0/-45/45]s，在模具表面按照該順序鋪覆8層預(yù)浸料，并在預(yù)浸料表面鋪覆2層濾紙，然后密封，采用合理的模具設(shè)計(jì)將產(chǎn)品側(cè)面與翻邊整體成型，在溫度為90°C、壓力為
0.3MPa的條件下將預(yù)浸料固化，即完成超輕質(zhì)夾層結(jié)構(gòu)復(fù)合材料蒙皮的制備，固化后的蒙皮厚度為0.8_，將蒙皮與存在導(dǎo)氣通道的蜂窩按指定的方向采用膠膜粘接，再在蜂窩外層鋪層熱熔預(yù)浸料，而后采用硅橡膠密封條將預(yù)成型體密封，在130°C下固化2小時(shí)，即完成超輕質(zhì)夾層結(jié)構(gòu)復(fù)合材料的制備。
[0023]本發(fā)明說明書中未作詳細(xì)描述的內(nèi)容屬本領(lǐng)域技術(shù)人員的公知技術(shù)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種超輕質(zhì)夾層結(jié)構(gòu)復(fù)合材料的制備方法，其特征在于包括如下步驟: (1)制備熱熔預(yù)浸料;具體為: (11)采用雙馬樹脂或環(huán)氧樹脂，在溫度60?120°C、壓力0.1?1.2MPa條件下制備面密度為20?40g/m2、厚度為0.05?0.1mm的樹脂膜； (12)將PAN基碳纖維展開，并在PAN基碳纖維的上表面和下表面分別放置一層樹脂膜； (13)在溫度60?120°C、壓力0.1?1.2MPa條件下，采用熱壓法將樹脂膜滲透至PAN基碳纖維束中，制得厚度為0.05?0.1mm的熱熔預(yù)浸料； (2)按照預(yù)定的鋪層方向、鋪層層數(shù)將制備的熱熔預(yù)浸料進(jìn)行鋪層，得到層合板預(yù)成型體； (3)在曲面金屬模具表面隨形鋪覆金屬擋條，金屬擋條與金屬模具采用機(jī)械連接固定，然后將層合板預(yù)成型體鋪覆至擋條的側(cè)面翻邊處;再將密度為30?50kg/m3的開口蜂窩用膠膜拼貼到層合板預(yù)成型體表面，再在蜂窩外層鋪層所述熱熔預(yù)浸料;而后采用硅橡膠密封條將預(yù)成型體密封，在130°C下固化2小時(shí)，制得超輕質(zhì)夾層結(jié)構(gòu)復(fù)合材料。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超輕質(zhì)夾層結(jié)構(gòu)復(fù)合材料的制備方法，其特征在于:所述的開口蜂窩的制備方法為:將蜂窩固定放置在壓緊工裝上，并使得蜂窩的上端面較壓緊工裝高出2_，而后采用云石片將蜂窩切割，實(shí)現(xiàn)蜂窩的開口，從而形成導(dǎo)氣通道。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種超輕質(zhì)夾層結(jié)構(gòu)復(fù)合材料的制備方法，其特征在于:所述的PAN基碳纖維為T300、T700、PB0纖維、M40JB或者M(jìn)55J。4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種超輕質(zhì)夾層結(jié)構(gòu)復(fù)合材料的制備方法，其特征在于:所述的蜂窩為鋁蜂窩、紙蜂窩、芳綸蜂窩或者玻璃鋼蜂窩。
【文檔編號(hào)】B32B3/12GK106042503SQ201610377550
【公開日】2016年10月26日
【申請(qǐng)日】2016年5月31日
【發(fā)明人】劉千, 孫寶崗, 唐占文, 孫建波, 齊煥章, 王愛春, 張毅
【申請(qǐng)人】航天材料及工藝研究所, 中國運(yùn)載火箭技術(shù)研究院