CN102990944A - 一种复合材料真空袋成型方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于树脂基复合材料液态成型制造技术领域，涉及一种复合材料真空袋成型方法。本发明采用了一种多层金属纤维编织网作为刚性树脂流动分配器，融合了树脂膜浸渗成型（RFI）、真空辅助树脂浸渗成型（VARI）、真空袋热压罐成型（Autoclave）等技术的优点，有力地促进树脂沿纤维预成型体厚度方向的流动并保证了预成型体的结构支撑，克服了目前柔性分配器带来的大面积复合材料液态成型制件表面尺寸精度低、厚度均匀性较差的缺点，提高了复合材料制件的成型效率和尺寸精度，内部、表面质量，为高性能复合材料结构件的制造提供了一种更快速、更柔性、低成本的液态成型技术方案。
Description
技术领域
本发明属于树脂基复合材料液态成型制造技术领域，涉及一种复合材料真空袋成型方法。
背景技术
树脂膜浸渗成型（RFI）技术是一种利用单面模具（以下简称“半模”）的复合材料制件的真空袋成型技术，它把树脂膜放置在增强织物预成型体下方，采用真空袋形成局部真空及袋内压力场实现树脂沿预成型体厚度方向的短程流动和浸渍，适合于大型壁板类复合材料制件的成型。但是RFI成型需要特定的中等黏度的基体树脂，并将其制备成胶膜形式。
就使用半模和真空袋而言，传统的热压罐成型（Autoclave）与RFI成型技术非常类似，只不过热压罐成型使用了预浸树脂的预浸料，在成型时直接加热、加压固化，即是说，热压罐成型需要预浸料制备和复合材料成型两个步骤，但热压罐成型工艺的制造成本更高。
真空袋成型技术（VBI）泛指使用真空袋成型的技术，除树脂膜浸渗成型（RFI）技术之外，还包括真空辅助树脂浸渗成型（VARI）技术等，均属于半模成型技术。并且VBI成型技术大多使用干态的纤维预成型体，不存在增强织物预浸树脂的工艺步骤，因此，VBI成型时，必须使用较低黏度、易流动的专用液态成型树脂。
由于对树脂流动和浸渍的特殊要求，在VBI成型的各种技术里，通常都特意在复合材料预制织物的表面铺设一层柔性的流动分配介质或分配器，其作用是在与预制织物接触而平行的面内（X、Y方向）形成树脂的快速流动通道，促进树脂在纤维预成型体厚度方向（Z向）的流动和浸渍。实践证明，这种流动促进措施对于提高面内流动和预成型体厚度方向浸渍速度的效果非常明显。但是，这种柔性的树脂流动分配器一般为热塑性树脂制备的网格结构，耐温等级通常较低，在复合材料成型过程中很容易受热破坏，从而限制了复合材料的成型温度等级。此外，这种热塑性树脂制备的网格结构，其自支撑能力较差、表面尺寸精度较差，会造成成型后的复合材料表面出现明显的凹凸不平，甚至影响复合材料制件的整体尺寸精度及内部质量。
发明内容
本发明的目的是提出一种具有的更高的成型温度等级、制件尺寸精度及内部质量的复合材料真空袋成型方法。
本发明的技术方案是采用金属纤维编织网作为树脂流动分配器，按照如下方法完成复合材料制件的制造：
a.金属纤维编织网树脂流动分配器包括两层或两层以上的金属网结构，其中一层为表面层，其它层为支撑层。根据制件的结构形式，将金属纤维编织网树脂流动分配器进行切割、拼接，并将金属纤维编织网树脂流动分配器的支撑层与模具型面贴合。
b.完成金属纤维编织网树脂流动分配器与模具型面初步贴合之后，采用与模具型面凹凸配合的工装对金属纤维编织网树脂流动分配器施加压力，使其紧密贴合于模具表面，加压范围为1~2.5MPa，保持时间为1h~8h，完成金属纤维编织网树脂流动分配器的赋型；
c.在金属纤维编织网树脂流动分配器的表面层涂抹脱模剂；
d.在涂抹了脱模剂的金属纤维编织网树脂流动分配器表面层上铺覆一张隔离膜，然后在隔离膜的表面进行纤维预成型体的铺贴，在完成铺贴的纤维预成型体的上表面再铺覆一张隔离膜，形成一个金属纤维编织网树脂流动分配器/隔离膜/纤维预成型体/隔离膜层合系统，在其边缘采用密封条彻底密封；
e.利用真空袋将完成组合的金属纤维编织网树脂流动分配器/隔离膜/纤维预成型体/隔离膜层合系统密封，并连接真空通路；
f.连接树脂注射管路，其中树脂入口直通金属纤维编织网树脂流动分配器，在与流动分配器对称的纤维预成型体的上表面设置树脂流动出口，以形成树脂在纤维预成型体厚度方向的流动；
g.抽真空并吸入液态成型树脂，直至预成型体被树脂完全浸渗后，按照所选用的树脂体系的固化工艺完成固化，脱模得到复合材料制件。
所述的金属纤维编织网树脂流动分配器其金属纤维的材质采用不锈钢纤维但不限于不锈钢纤维，其结构为三维通孔结构。
所述的金属纤维编织网树脂流动分配器至少为2层金属网结构，包括1层表面层及1层支撑层，其中表面层目数大于支撑层目数。
所述的隔离膜材质为聚四氟乙烯布，厚度为0.01mm~0.50mm；其织造形式为平纹布或缎纹布或斜纹布；
所述的液态成型树脂为中温环氧树脂或高温环氧树脂或氰酸酯树脂或苯并嗪树脂或双马来酰亚胺树脂。
所述的纤维预成型体中的纤维增强体可以是玻璃纤维或碳纤维或芳伦纤维或玄武岩纤维或天然植物纤维中的一种或上述纤维的混编体，其织造形式是单向织物或平纹织物或缎纹织物或斜纹织物或无纺布或无纬布或非屈曲织物。
本发明的优点是采用了一种金属多孔结构的树脂流动分配器促进树脂流动，从而融合了树脂膜浸渗成型（RFI）、真空辅助树脂浸渗成型（VARI）、真空袋热压罐成型（Autoclave）技术的优点，有力地促进了树脂的流动，提高了充模的效率和质量。本发明采用刚性的多层金属纤维编织网作为树脂流动分配器，可以克服目前柔性分配器带来的大面积复合材料液态成型制件表面尺寸精度低、厚度均匀性较差的缺点，提高产品的形状、尺寸的稳定性，以及内部质量。并且，由于可以多层复合设计和制备，金属纤维编织网树脂流动分配器可以具备很高的结构刚度又不失三向多孔和一定的结构柔曲特性。所以，分配器既是模具刚性型面的一部分，又起到流动促进的作用。金属纤维编织网耐温等级更高，不但能够承受复合材料成型的工艺温度，甚至可以经受各种冷加工和热加工，可以成形为各种可能的形状，给予模具设计极大的自由度。本工艺技术即可以满足复合材料热压罐成型、也可以满足各种VBI液态成型的工艺要求，提供高性能复合材料结构件一种通用化、更快速（短流程）、更柔性（允许使用相对高黏度的树脂体系）、低成本的成型技术方案。
具体实施方式
下面对本发明做进一步详细说明。
采用金属纤维编织网作为树脂流动分配器，金属纤维编织网树脂流动分配器包括两层或两层以上的金属网结构，其中一层为表面层，其它层为支撑层。树脂流动分配器的结构详见中国专利“一种用于复合材料成型的金属编织网树脂流动分配器”（ZL201020597767.4），按照如下方法完成复合材料制件的制造。
一种复合材料真空袋成型方法，其技术方案如下：
a.金属纤维编织网树脂流动分配器表面层的金属纤维直径为0.02mm~0.5mm，目数为30目~500目，厚度为0.02mm~1mm；其它层为支撑层，支撑层的金属纤维直径为0.1mm~3mm，目数为10目~100目，厚度为0.02mm~1mm；
b.将金属编织网树脂流动分配器的支撑层与半模的模具型面贴合，对于型面高度变化较小的型面，如：平板类制件及单曲率型面制件，可利用金属编织网本身的变形能力实现型面贴合；对于高度变化较大、表面结构较复杂的型面，如：双曲率型面制件，可对金属编织网进行适当的机械切割后，进行分型面拼接实现其与模具型面的贴合。
c.完成金属纤维编织网树脂流动分配器与模具型面初步贴合之后，采用与模具型面凹凸配合的工装对金属纤维编织网树脂流动分配器施加压力，使其紧密贴合于模具表面，加压范围为1~2.5MPa，保持时间为1h~8h，完成金属纤维编织网树脂流动分配器的赋型；
d.在金属纤维编织网树脂流动分配器的表面层涂抹脱模剂；
e.在涂抹了脱模剂的金属纤维编织网树脂流动分配器表面层上铺覆一张隔离膜，然后在隔离膜的表面进行纤维预成型体的铺贴，在完成铺贴的纤维预成型体的上表面再铺覆一张隔离膜，形成一个金属纤维编织网树脂流动分配器/隔离膜/纤维预成型体/隔离膜层合系统，在其边缘采用密封条彻底密封；
f.利用真空袋将完成组合的金属纤维编织网树脂流动分配器/隔离膜/纤维预成型体/隔离膜层合系统密封，并连接真空通路；
g.连接树脂注射管路，其中树脂入口直通金属纤维编织网树脂流动分配器，在与流动分配器对称的纤维预成型体的上表面设置树脂流动出口，以形成树脂在纤维预成型体厚度方向的流动；
h.抽真空并吸入液态成型树脂，直至预成型体被树脂完全浸渗后，按照所选用的树脂体系的固化工艺完成固化，脱模得到复合材料制件。
i.下面通过实施例对本发明做进一步详细说明。
实施例1：
采用本发明所述的真空袋成型方法制备复合材料平板制件，选用的金属纤维编织网树脂流动分配器表面层的金属纤维直径为0.1mm，目数为300目，厚度为0.5mm；支撑层的金属纤维直径为1mm，目数为50目，厚度为1mm。
将所选用的金属编织网树脂流动分配器的支撑层与平板模具的型面贴合，采用与模具型面同尺寸的平板工装对金属纤维编织网树脂流动分配器施加压力，使其紧密贴合于模具表面，加压范围为1MPa，保持时间为2h，完成金属纤维编织网树脂流动分配器的赋型。
在金属纤维编织网树脂流动分配器的表面层涂抹脱模剂后在表面层上铺覆一张等尺寸的，厚度为0.5mm的聚四氟乙烯缎纹布作为隔离膜，然后选用T700碳纤维单向织物U7192在隔离膜的表面按照[45/0-45/90]3s铺层顺序进行预成型体铺覆。
完成预成型体铺覆后，在其上表面再铺覆一张同等规格的隔离膜，形成一个金属纤维编织网树脂流动分配器/隔离膜/纤维预成型体/隔离膜层合系统，在其边缘采用密封条彻底密封，利用真空袋将完成组合的金属纤维编织网树脂流动分配器/隔离膜/纤维预成型体/隔离膜层合系统密封，并连接真空通路。
连接树脂注射管路，其中树脂入口直通金属纤维编织网树脂流动分配器，在与流动分配器对称的纤维预成型体的上表面设置树脂流动出口，以形成树脂在纤维预成型体厚度方向的流动；抽真空并吸入液态成型用中温环氧树脂，直至预成型体被树脂完全浸渗后，按照所选用的树脂体系的固化工艺完成固化，脱模得到复合材料平板制件。
实施例2：
采用本发明所述的真空袋成型方法制备复合材料U型梁制件，所选用的金属纤维编织网树脂流动分配器表面层的金属纤维直径为0.05mm，目数为400目，厚度为0.2mm；支撑层的金属纤维直径为0.1mm，目数为80目，厚度为0.5mm。
将所选用的金属编织网树脂流动分配器的支撑层与半模的模具型面贴合，并采用与模具型面凹凸配合的工装对金属纤维编织网树脂流动分配器施加压力，使其紧密贴合于模具表面，加压范围为2MPa，保持时间为3h，完成金属纤维编织网树脂流动分配器的赋型。
在金属纤维编织网树脂流动分配器的表面层涂抹脱模剂后在表面层上铺覆一张等尺寸的，厚度为0.2mm的聚四氟乙烯平纹布作为隔离膜；然后选用国产碳纤维斜纹织物CF3031在隔离膜的表面按照[45/0/-45/90/0/90/90/0/90/-45/0/45]s铺层顺序进行预成型体铺覆。
完成预成型体铺覆后，在其上表面再铺覆一张同等规格的隔离膜，形成一个金属纤维编织网树脂流动分配器/隔离膜/纤维预成型体/隔离膜层合系统，在其边缘采用密封条彻底密封，利用真空袋将完成组合的金属纤维编织网树脂流动分配器/隔离膜/纤维预成型体/隔离膜层合系统密封，并连接真空通路。
连接树脂注射管路，其中树脂入口直通金属纤维编织网树脂流动分配器，在与流动分配器对称的纤维预成型体的上表面设置树脂流动出口，以形成树脂在纤维预成型体厚度方向的流动；抽真空并吸入液态成型用高温环氧树脂，直至预成型体被树脂完全浸渗后，按照所选用的树脂体系的固化工艺完成固化，脱模得到复合材料平板制件。
实施例3：
采用本发明所述的真空袋成型方法制备复合材料平板制件，选用的金属纤维编织网树脂流动分配器表面层的金属纤维直径为0.2mm，目数为500目，厚度为0.4mm；支撑层的金属纤维直径为0.5mm，目数为100目，厚度为1mm。
将所选用的金属编织网树脂流动分配器的支撑层与平板模具的型面贴合，采用与模具型面同尺寸的平板工装对金属纤维编织网树脂流动分配器施加压力，使其紧密贴合于模具表面，加压范围为1.5MPa，保持时间为4h，完成金属纤维编织网树脂流动分配器的赋型。
在金属纤维编织网树脂流动分配器的表面层涂抹脱模剂后在表面层上铺覆一张等尺寸的，厚度为0.3mm的聚四氟乙烯斜纹布作为隔离膜，然后选用国产玻璃纤维织物SW280在隔离膜的表面按照[45/0-45/90]3s铺层顺序进行预成型体铺覆。
完成预成型体铺覆后，在其上表面再铺覆一张同等规格的隔离膜，形成一个金属纤维编织网树脂流动分配器/隔离膜/纤维预成型体/隔离膜层合系统，在其边缘采用密封条彻底密封，利用真空袋将完成组合的金属纤维编织网树脂流动分配器/隔离膜/纤维预成型体/隔离膜层合系统密封，并连接真空通路。
连接树脂注射管路，其中树脂入口直通金属纤维编织网树脂流动分配器，在与流动分配器对称的纤维预成型体的上表面设置树脂流动出口，以形成树脂在纤维预成型体厚度方向的流动；抽真空并吸入液态成型用氰酸酯树脂，直至预成型体被树脂完全浸渗后，按照所选用的树脂体系的固化工艺完成固化，脱模得到复合材料平板制件。
实施例4：
采用本发明所述的真空袋成型方法制备复合材料球面壁板制件，选用的金属纤维编织网树脂流动分配器表面层的金属纤维直径为0.05mm，目数为400目，厚度为0.2mm；支撑层的金属纤维直径为0.3mm，目数为80目，厚度为0.6mm。
将所选用的金属编织网树脂流动分配器根据制件型面特点进行适当的切割、拼接后，支撑层与球面壁板模具的型面贴合，采用与模具型面凹凸配合的工装对金属纤维编织网树脂流动分配器施加压力，使其紧密贴合于模具表面，加压范围为2.5MPa，保持时间为6h，完成金属纤维编织网树脂流动分配器的赋型。
在金属纤维编织网树脂流动分配器的表面层涂抹脱模剂后在表面层上铺覆一张等尺寸的，厚度为0.1mm的聚四氟乙烯缎纹布作为隔离膜，然后选用国产碳纤维缎纹织物CF3052在隔离膜的表面按照[45/-45]4s铺层顺序进行预成型体铺覆。
完成预成型体铺覆后，在其上表面再铺覆一张同等规格的隔离膜，形成一个金属纤维编织网树脂流动分配器/隔离膜/纤维预成型体/隔离膜层合系统，在其边缘采用密封条彻底密封，利用真空袋将完成组合的金属纤维编织网树脂流动分配器/隔离膜/纤维预成型体/隔离膜层合系统密封，并连接真空通路。
连接树脂注射管路，其中树脂入口直通金属纤维编织网树脂流动分配器，在与流动分配器对称的纤维预成型体的上表面设置树脂流动出口，以形成树脂在纤维预成型体厚度方向的流动；抽真空并吸入液态成型用双马来酰亚胺树脂，直至预成型体被树脂完全浸渗后，按照所选用的树脂体系的固化工艺完成固化，脱模得到复合材料平板制件。
Claims (6)
1.一种复合材料真空袋成型方法，其特征是，采用金属纤维编织网作为树脂流动分配器，按照如下方法完成复合材料制件的制造：
a.金属纤维编织网树脂流动分配器包括两层或两层以上的金属网结构，其中一层为表面层，其它层为支撑层；根据制件的结构形式，将金属纤维编织网树脂流动分配器进行切割、拼接，并将金属纤维编织网树脂流动分配器的支撑层与模具型面贴合；
b.完成金属纤维编织网树脂流动分配器与模具型面初步贴合之后，采用与模具型面凹凸配合的工装对金属纤维编织网树脂流动分配器施加压力，使其紧密贴合于模具表面，加压范围为1~2.5MPa，保持时间为1h~8h，完成金属纤维编织网树脂流动分配器的赋型；
c.在金属纤维编织网树脂流动分配器的表面层涂抹脱模剂；
d.在涂抹了脱模剂的金属纤维编织网树脂流动分配器表面层上铺覆一张隔离膜，然后在隔离膜的表面进行纤维预成型体的铺贴，在完成铺贴的纤维预成型体的上表面再铺覆一张隔离膜，形成一个金属纤维编织网树脂流动分配器/隔离膜/纤维预成型体/隔离膜层合系统，在其边缘采用密封条彻底密封；
e.利用真空袋将完成组合的金属纤维编织网树脂流动分配器/隔离膜/纤维预成型体/隔离膜层合系统密封，并连接真空通路；
f.连接树脂注射管路，其中树脂入口直通金属纤维编织网树脂流动分配器，在与流动分配器对称的纤维预成型体的上表面设置树脂流动出口，以形成树脂在纤维预成型体厚度方向的流动；
g.抽真空并吸入液态成型树脂，直至预成型体被树脂完全浸渗后，按照所选用的树脂体系的固化工艺完成固化，脱模得到复合材料制件。
2.如权利要求1所述的一种复合材料真空袋成型方法，其特征是，所述的金属纤维编织网树脂流动分配器其金属纤维的材质采用不锈钢纤维但不限于不锈钢纤维，其结构为三维通孔结构。
3.如权利要求1所述的一种通用化的复合材料真空袋成型方法，其特征是，所述的金属纤维编织网树脂流动分配器至少为2层金属网结构，包括1层表面层及1层支撑层，其中表面层目数大于支撑层目数。
4.如权利要求1所述的一种复合材料真空袋成型方法，其特征是，所述的隔离膜材质为聚四氟乙烯布，厚度为0.01mm~0.50mm；其织造形式为平纹布或缎纹布或斜纹布。
5.如权利要求1所述的一种复合材料真空袋成型方法，其特征是，所述的液态成型树脂为中温环氧树脂或高温环氧树脂或氰酸酯树脂或苯并嗪树脂或双马来酰亚胺树脂。
6.如权利要求1所述的一种复合材料真空袋成型方法，其特征是，所述的纤维预成型体中的纤维增强体可以是玻璃纤维或碳纤维或芳伦纤维或玄武岩纤维或天然植物纤维中的一种或上述纤维的混编体，其织造形式是单向织物或平纹织物或缎纹织物或斜纹织物或无纺布或无纬布或非屈曲织物。
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