[发明专利]一种新型缝合/树脂膜渗透成型树脂基复合材料的方法

摘要

本发明属于树脂基复合材料液体成型技术，涉及一种新型缝合/树脂膜渗透成型树脂基复合材料的方法。在纤维增强预成型体非缝合区域的织物铺层层间放置树脂膜，缝合区域上部放置树脂膜。本发明改变了传统树脂膜渗透成型过程中单一树脂膜放置方式，针对缝合结构的缝合区域和非缝合区域采用不同的树脂膜放置方式，即可满足缝合区域缝合工艺的需要，又便于RFI工艺树脂流动控制，有利于复杂结构缝合/RFI成型，可实现更多结构甚至是非开敞结构的RFI成型，提高了工艺稳定性，适应工程化生产的需要。

主权项

一种新型缝合/树脂膜渗透成型树脂基复合材料的方法，其特征在于：将零件按照蒙皮类和加筋类划分铺层单元，每个铺层单元按缝合、非缝合区域进行分区；根据零件纤维体积含量要求、所采用的织物面密度、织物所采用的纤维密度及基体树脂密度，计算单层织物对应的树脂膜面密度；根据铺层单元全铺层层数计算调整系数；按调整系数和单层织物对应的树脂膜面密度，计算铺层单元实际需要的树脂膜面密度，将树脂制备成树脂膜；树脂膜按铺层单元的非缝合区域尺寸下料，铺层单元预成型体铺叠过程中，将树脂膜逐层铺放在铺层单元织物非缝合区域的层间，与铺层单元织物一起制备铺层单元预成型体，然后，按设计要求将铺层单元预成型体在缝合区域组装成零件预成型体并进行缝合；根据零件预成型体缝合区域织物面积、单层织物对应的树脂膜面密度计算零件预成型体缝合区域需要树脂膜的量；零件预成型体与模具组装，放置树脂膜，封装后进行树脂转移及固化。其工艺步骤为：（a）.将零件按照蒙皮类和加筋类划分铺层单元，并且对每个铺层单元按缝合、非缝合区域进行分区，其中，蒙皮类铺层单元的缝合区域单边向外偏移0～15mm，其余部分为非缝合区域；加筋类铺层单元的缝合区域为加筋类铺层单元的内边缘到凸缘外边缘的区域，内边缘依据凸缘与腹板间的R角的切线位置向上偏移0～10mm，其余为非缝合区域；（b）.根据零件纤维体积含量、所采用的织物面密度、织物所采用的纤维密度及基体树脂密度计算单层织物对应树脂膜的面密度，精确到小数点后一位，$W_{R0}=\frac{(1-V_f)\·{\mathrm{\ρ}}_R\·W_S}{V_f\·{\mathrm{\ρ}}_f}$………………………①式中：W_S—织物面密度，g/m²；ρ_f—织物所采用的纤维密度，g/cm³；ρ_R—基体树脂密度，g/cm³；V_f—零件纤维体积含量，%W_R0‑单层织物对应树脂膜面密度，g/m²；（c）.根据铺层单元全铺层织物层数，计算各铺层单元全铺层织物所需树脂膜层数，N_Ri=N_fi‑1………………………②式中：N_fi—零件第i个铺层单元全铺层织物的层数，层；N_Ri—零件第i个铺层单元全铺层织物所需树脂膜的层数，层；（d）.根据铺层单元全铺层织物层数和全铺层织物所需树脂膜层数，计算各铺层单元的调整系数，精确到小数点后两位，$K_i=\frac{N_{\mathrm{fi}}}{(N_{\mathrm{fi}}-1)}=\frac{N_{\mathrm{fi}}}{N_{\mathrm{Ri}}}$………………………③式中：N_fi—零件第i个铺层单元全铺层织物的层数；K_i—零件第i个铺层单元的调整系数；（e）.根据单层织物对应的树脂膜面密度和各铺层单元的调整系数，计算各铺层单元实际需要的树脂膜面密度；W_Ri＝K_i·W_R0………………………④式中：W_R0—按公式①计算得出的单层织物对应树脂膜面密度，g/m²；K_i—按公式③计算得出的零件第i个铺层单元的调整系数；W_Ri—零件第i个铺层单元实际需要的树脂膜面密度，g/m²；（f）.依照零件设计要求采用的基体树脂，按公式④计算所得铺层单元实际需要的树脂膜面密度W_Ri制备树脂膜；（g）.将树脂膜按铺层单元的非缝合区域尺寸下料，铺层单元全铺层的树脂膜尺寸按全铺层织物的非缝合区域尺寸，全铺层树脂膜层数N_Ri依据铺层单元全铺层织物层数N_fi按公式②计算；（h）.铺层单元预成型体制备：按设计要求的铺层方向和顺序铺叠各铺层单元预成型体，铺叠过程中将树脂膜逐层铺叠在铺层单元织物非缝合区域的层间，与织物一起制成铺层单元预成型体；（i）.按设计要求将铺层单元预成型体在缝合区域组装成零件预成型体，按设计要求的工艺参数和位置，在零件预成型体缝合区域进行缝合；（j）.根据组成零件预成型体缝合区域铺层单元的缝合区域织物面积、单层织物对应的树脂膜面密度计算零件预成型体缝合区域需要树脂膜的量；树脂膜的量按以下方法计算：设：零件的缝合区域有n层织物，每层织物对应的缝合区域面积为S₁～S_n，按公式①计算的单层织物对应树脂膜的面密度为W_R0，预成型体缝合区域所需放置的树脂膜重量为：G=（S₁+S₂+……+S_n）×W_R0………………………⑤式中：G—预成型体缝合区域所需树脂膜的重量，g；W_R0—单层织物对应树脂膜的面密度，g/m²；S₁～_n—1～n层织物缝合区域面积，m²；零件预成型体在缝合区域放置树脂膜量的方式为两种方式之一：第一种：选择面密度为W_R0的树脂膜，共n层，树脂膜的面积按相应织物铺层在缝合区域的面积S₁～S_n，多层叠加；第二种：选择与基体树脂为同一树脂体系、不同面密度W_R’的树脂膜，并按相同树脂膜面积S放置，零件预成型体在该缝合区域所需树脂膜层数按公式⑥计算，精确到小数点后一位，$N=\frac{G}{S\·{W_R}^{\′}}$………………………⑥式中：G—零件预成型体缝合区域所需树脂膜重量，gW_R'—选择放置于缝合区域的树脂膜面密度，g/m²；N—预成型体缝合区域所需树脂膜层数，层，S—树脂膜面积，按缝合区域的面积S₁～S_n中最大值的0.9～1.1倍选取；放置N的整数值、面积为S的树脂膜，N的小数部分数值k按公式⑦核算树脂膜的面积s，s＝k·S………………………⑦在缝合区域实际放置的树脂膜为N的整数值、面积为S的树脂膜加一层面积为s的树脂膜；（k）.将零件预成型体进行模具组装，在对应缝合区域的模具位置处，预先打孔径不超过φ2.0mm的通孔，将计算好的缝合区域所需的树脂膜放置于对应缝合区域的模具外表面，采用密封胶条、真空薄膜或其它不透气的隔离材料将树脂膜与其它区域密封隔离，封装后进行树脂转移及固化制备成树脂基复合材料。