[发明专利]改性聚甲基戊烯芯模材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及改性聚甲基戊烯芯模材料的制备方法。改性聚甲基戊烯芯模材料可用于复合材料帽形加筋壁板的制造，能改善其综合工艺性能，尤其适用于对内外径尺寸的精确度要求较高的零件。

技术背景

复合材料以其比强度、比模量高，抗腐蚀、耐疲劳，可设计性好等一系列优点，在航空航天领域获得广泛应用，已成为航空航天主要结构材料之一。初期的复合材料应用是对原金属结构的简单替代，随着对复合材料特性了解的深入，目前普遍采用不同于以往金属结构的适合复合材料特点的结构设计方案。在航空航天结构中，结构重量是重要的性能指标之一，减重对提高飞行器的机动性、续航能力、节约燃油等都有很大的好处。

在飞机结构中，复合材料加筋板占有很重要的地位。设计最小机翼、尾翼和机身上的蒙皮壁板广泛采用桁条加强的加筋层压板(简称“加筋板”)结构。增加的筋条不仅能大大提高板的刚度、增加板的强度、提高稳定性，而且附加的重量很小。因此在飞机结构中，复合材料加筋板是经常采用的典型结构形式，占有很重要的地位。同时，有效设计最小重量的复合材料加筋板，对降低结构重量具有重要意义。复合材料加筋板能够承受机身中拉压和剪切载荷的作用，其结构具有优良的总体和局部刚度，减少了应力集中和钉孔对壁板截面积的削弱，在减重方面拥有很大的优势。比较典型的加筋结构有T型、J型、L型、帽形等。这些加筋结构一般由蒙皮、缘条和腹板构成。加筋结构通常存在结构突变和自由边，在结构突变和自由边处不可避免地存在着应力集中和胶接面应力分布，而胶接面应力往往是引起加筋结构发生分层破坏的重要因素。

帽形加筋是一种减重效率较高的结构形式，但由于这种结构存在由于积水不容易排出而易造成金属结构腐蚀的缺点，限制了它的应用。复合材料所具有的优异抗腐蚀性能为帽形加筋结构在飞机上的应用提供了条件，较多的飞机结构采用了帽形加筋，如C-17运输机的复合材料平尾等。然而，民用大飞机上的复合材料成型是特殊工艺，工艺越复杂，可靠性就越难控制。例如，复合材料的帽形加筋板结构其变厚度、变高度、变角度、变截面、变曲率，一次共固化难度非常大，过程控制非常复杂。因此，大型客机后机身帽形加筋板制件的共固化成型成为国内航空复合材料制造的一项关键技术。

成型帽形加筋结构可采用金属芯模、膨胀橡胶芯模和气囊加压等方式进行。

膨胀橡胶芯模成型工艺是指复合材料预浸料在闭合性刚性阴模中通过橡胶芯模的热膨胀来实现对复合材料加压固化的成型工艺方法。这种方法无需外压源，适合复杂结构制品的整体成型，尤其是在具有复杂腔体的复合材料结构的成型中，能够克服外压难以传递均匀以及腔内模具难以脱出甚至无法脱出的缺点。采用该工艺制造出的一些高性能的复合材料构件应用于飞机。对内径尺寸的精确度要求不高，但对外径精度要求较高的构件，适合采用膨胀橡胶芯模成型工艺制备。

然而，膨胀橡胶芯模，以及金属芯模对于细长，带曲率或开口不畅的帽形结构都存在脱模困难甚至无法实施的问题。而气囊加压方式也存在操作比较困难的问题。

采用水溶材料(如水基凝胶陶瓷材料)作为复合材料帽形制件的芯模材料，操作简便，满足使用要求，但这种芯模较脆，易碎，操作时要小心。其表面还存在大量细孔，如果不进行处理，可能造成固化时过量的树脂渗入微孔中，造成制件贫胶。此外，这种帽形制件的内腔质量也不佳。

采用中空或固体橡胶来成型纵梁芯模，费用高，需要脱模剂，存在污染和漏气问题。而采用PTFE芯模价格昂贵、韧性差。如果单独使用聚甲基戊烯作为芯模材料来制备帽形加筋结构，则存在价格贵，韧性在某些情况下不能满足工艺要求等问题。因此，需要一种操作简单、经济、稳定且综合性能优良的改性聚甲基戊烯芯模材料。

采用本发明的方法得到的改性聚甲基戊烯粒料来做纵梁芯模，具有自释放，非硅，无污染，稳定性好(其热膨胀系数为10^-6m/℃左右，远低于于常用的钢、铝等材料制成的芯模的热膨胀系数：钢的膨胀系数为10^-5，铝的膨胀系数为10^-5)，耐高温，可以共固化成型，费用低，可重复使用等优点。典型的是热塑性改性聚甲基戊烯芯模材料，其具有较高膨胀系数，冷却时可收缩，从而与固化的复合材料零件脱离，自释放制造复合材料。

发明内容