[发明专利]一种层间热滑移制备复合材料叠层结构的方法

说明书

技术领域

本发明属于树脂基复合材料成型技术领域，涉及到一种层间热滑移制备复合材料叠层结构的方法。

背景技术

热压罐成型技术是预浸料叠层复合材料结构成型的传统工艺技术。该方法在成型大面积平板类结构时具有独特的优势，因而被航空航天工业界广泛应用于大型壁板(机翼及机身壁板)及航空航天飞行器的操作舵面(方向舵、升降舵、襟翼和前缘等)的工业制造。

但随着航空航天技术的发展，热压罐成型技术在复合材料成型领域的主导地位日渐受到挑战。一方面，热压罐高昂的设备投资及后期巨量的水电资源消耗等造成了此工艺制备的复合材料成本居高不下，使其经济性大打折扣，从而促使了工业界“低成本化制造”理念的形成。另一方面，在“低成本化制造”理念的引领下，低成本化设计也逐渐成为新的设计趋势，而整体化设计则是低成本设计的重要方向。在整体化设计中，因需要达到结构件功能实现性的首要需求，使得构成飞行器的结构件总体数量减少的同时，单件的体积及复杂性都在提高。而要制造大型复杂结构的单件时，热压罐工艺便显得捉襟见肘，因而急需新的工艺进行更新替代。

就具体的结构而言，整体化的大型壁板及操作舵面一般可分解为简单的结构，这些简单的结构包括以壁板为代表的I型或其通用常规变体C型(含局部曲率不同的C型)，以框、梁为代表的U型，以前缘为代表的V型，以及以起加强作用的桁条为代表的L型，Z型、Ω型及π型等。在具体的工艺实施时，为了完成整体化复杂大型壁板的制造，往往会采用二次胶接、共胶接或共固化的工艺，而完成这些工艺的前提就是先要预制半固化或全固化的上述简单结构。因而，这些简单结构的预制或制备便成为实现制造的关键。

在执行传统的在模具型面或型腔上进行铺贴的工艺时，因为预浸料自身的刚性和工艺实施方法的综合作用，即便是一些截面简单的构件，圆弧过渡区的质量也难以保证。这主要是由于在预浸料铺贴过程中，自身具有一定刚性的预浸料因常规压力(如电熨斗)或机械压力(自动铺带机)难以确保在具有一定曲率的模具型腔或型面上完全压实，进而在后期加压(一般为0.6兆帕至0.7兆帕)压实过程中，不密实的拐角处会在高压的作用下，使得拐角外侧形成富树脂区而内侧形成纤维褶皱，导致制件的力学特性劣化进而威胁到航空飞行器的安全性。除此之外，具有拐角的制件不管是采用人工铺贴还是机械铺贴，铺贴的速度都较低，从而延长了工艺周期，降低了制造效率。

发明内容

本发明的目的是：提出一种既能克服传统热压罐工艺中因不严实铺贴而导致截面简单制件拐角处质量劣化问题，使得叠层在封闭模具中产生层间热滑移而达到赋型，将繁琐且效率低的拐角铺贴转化为平板铺贴后的层间热滑移变形的一种层间热滑移制备复合材料叠层结构的方法。

本发明的技术方案是：该方法的操作步骤如下：

(1)确定滑移变形温度及时间，测试预浸料中的树脂黏度-温度曲线，在该曲线上找到黏度等于(100±5)帕·秒的温度点记为T，在温度T下恒温检测树脂的固化度，记录固化度提高10％的时间点为t，则滑移变形的温度为(T±5)摄氏度，滑移变形时间为(t±5)分钟；

(2)叠层面板铺贴，按预设的铺层序列，铺贴预浸料，形成叠层面板；

(3)形成封装体，以叠层面板为镜面对称中心，按叠层面板-隔离层-透气层-延展层的顺序完成对叠层面板的封装，其中隔离层为预浸了聚四氟乙烯的玻璃织物，厚度为0.05毫米至1.0毫米，透气层为聚酯类的无纺织物，面密度为50克每平方米至200克每平方米，延展层为具有超塑性的橡胶或铝箔，延展率大于300％；封装完毕的组合体称为封装体；

(4)封闭模具内滑移变形，将封装体在烘箱中加热至(T±5)摄氏度，放入和产品形状相符的封闭模具中，注入气体或耐高温热油形成0.25兆帕至0.45兆帕的气压或液压，使得封装体在(t±5)分钟内与模具紧密贴合完成赋型；

(5)固化与脱模，按预浸料原有固化工艺完成叠层结构的固化与脱模，形成最终结构。

所述的复合材料叠层结构截面包括I型、C型，U型，V型，L型，Z型、Ω型及π型。

所述的组成叠层结构的预浸料为连续长纤维预浸料，预浸料中的树脂为热固性树脂，热固性树脂为：环氧树脂、双马来酰亚胺树脂、热固性聚酰亚胺树脂、苯并噁嗪树脂、不饱和聚酯树脂、酚醛树脂或氰酸酯树脂，预浸料中树脂的重量百分比为33％至38％。

固化过程在不需要有压力辅助的一般加热设备中进行，此类设备包括以电热丝或油为热源的热辐射烘箱和电磁加热箱。

本发明具有的优点和有益效果是：