專利名稱：一種整體閉合復(fù)合材料外殼的真空輔助成型方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種復(fù)合材料成型技術(shù)，特別是一種整體閉合復(fù)合材料外殼的真空輔 助成型方法。
背景技術(shù)：
樹脂基復(fù)合材料由于具有輕質(zhì)、高強(qiáng)、耐水、耐化學(xué)腐蝕等優(yōu)點(diǎn)，對采用具有易腐 蝕的內(nèi)部芯材而言，采用全封閉的復(fù)合材料外殼可以避免內(nèi)部部件遭受水、酸、堿等化學(xué)試 劑的腐蝕；對采用泡沫等力學(xué)性能較低的內(nèi)部芯材而言，采用全封閉的復(fù)合材料外殼不僅 可以保護(hù)內(nèi)部芯材免受外部沖擊所引起的破壞，而且增加了產(chǎn)品的整體體力學(xué)性能，可以 明顯提高產(chǎn)品的剛度和制品外型的穩(wěn)定性。采用復(fù)合材料作為外殼的產(chǎn)品在化工、海洋制 品等領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用潛力并已在部分產(chǎn)品上得到了應(yīng)用。目前，成型具有整體閉合結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料外殼采用最普遍的是手糊工藝成型。手 糊工藝不受產(chǎn)品尺寸和形狀限制，操作工藝簡便，設(shè)備簡單，易于滿足產(chǎn)品設(shè)計要求，可以 在產(chǎn)品不同部位任意增補(bǔ)增強(qiáng)材料，對成型尺寸大、形狀復(fù)雜的復(fù)合材料外殼比較適合。然 而手糊工藝生產(chǎn)效率低下，勞動強(qiáng)度大，特別是在糊制垂直或傾斜面時，由于重力作用造成 樹脂不間斷的向下流動而形成“流膠”，同時由于樹脂與空氣直接接觸造成有害氣體外漏， 致使勞動衛(wèi)生條件惡劣；并且不同操作工人對工藝的熟練程度不同，造成產(chǎn)品質(zhì)量不易控 制，性能穩(wěn)定性不高
近年來，為了改進(jìn)手糊工藝的不足，其他先進(jìn)的成型工藝也逐漸應(yīng)用于復(fù)合材料外殼 的成型制造，如目前比較先進(jìn)的樹脂傳遞模塑工藝和模壓工藝已在相關(guān)產(chǎn)品上進(jìn)行了應(yīng) 用。中國專利CN 101266788A公布了一種復(fù)合材料外殼反聲障板及其制造方法，該障板采 用硬質(zhì)聚氨酯泡沫芯材，外殼采用耐海水樹脂基復(fù)合材料外殼，采用樹脂傳遞模塑成型工 藝制造。中國專利CN 101504105A公布了一種玻璃鋼整體復(fù)合真空絕熱板的制造方法，其 中涉及了整體包裹真空絕熱板的復(fù)合材料保護(hù)層的成型，該專利中采用了注射或模壓等方 法進(jìn)行整體包裹的復(fù)合材料保護(hù)層的成型。然而上述兩個專利中涉及的復(fù)合材料外殼或保 護(hù)層的形狀比較單一，并且尺寸較小，如中國專利CN 101504105A中公布的產(chǎn)品外形尺寸 為358mmX135mmX22mm的長方體，這是由于樹脂傳遞模塑和模壓工藝自身特點(diǎn)所決定的。 采用樹脂傳遞模塑工藝成型復(fù)合材料外殼時，如果設(shè)計的模具尺寸較大并且形狀復(fù)雜，一 方面裝配時容易引起的誤差，容易造成內(nèi)部芯材的破壞；另一方面增加了樹枝浸潤纖維織 物的難度，容易出現(xiàn)局部無法浸膠而出現(xiàn)“干斑”，影響產(chǎn)品的整體性能。采用模壓工藝成型 復(fù)合材料外殼時，需要壓機(jī)對模具施壓一定的壓力和溫度，如果模具外形較大，就需要更大 的壓機(jī)設(shè)備、更多的投資；如果復(fù)合材料外殼形狀復(fù)雜，隨之設(shè)計的模具外形就要復(fù)雜，則 在壓擠過程中難以保證各處受力均勻，容易引起局部應(yīng)力集中或內(nèi)部芯材破壞。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種整體閉合復(fù)合材料外殼的真空輔助成型 方法，針對目前采用傳統(tǒng)手糊工藝生產(chǎn)復(fù)合材料外殼時勞動衛(wèi)生條件惡劣、勞動強(qiáng)度大、生 產(chǎn)效率低下、采用樹脂傳遞工藝和模壓工藝難以生產(chǎn)尺寸較大、形狀復(fù)雜的具有復(fù)合材料 外殼的產(chǎn)品等問題，可生產(chǎn)大尺寸、形狀復(fù)雜的復(fù)合材料外殼；進(jìn)一步解決的技術(shù)問題是， 該工藝方法只需在內(nèi)部芯材的表面鋪設(shè)導(dǎo)流介質(zhì)和注膠管道，通過真空壓力使樹脂浸潤纖 維織物，既不需要特定的模具，又可以成型大尺寸、形狀復(fù)雜的復(fù)合材料外殼。為了實(shí)現(xiàn)解決上述技術(shù)問題的目的，本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案
本發(fā)明的一種整體閉合復(fù)合材料外殼的真空輔助成型方法，包括在復(fù)合材料外殼使用 纖維織物，外殼內(nèi)部使用“H”形或者近似“H”形內(nèi)部芯材，特征在于加工工藝包括
(1)材料選擇
復(fù)合材料外殼用纖維織物的選擇選用的纖維織物的纖維包括但不僅限于玻璃纖 維、碳纖維、凱夫拉纖維、超高分子量聚乙烯纖維或玄武巖纖維，織物結(jié)構(gòu)包括但不僅限于 平紋布、斜紋布、緞紋布或多軸向經(jīng)編織物；
復(fù)合材料外殼用樹脂的選擇適用于本專利的樹脂包括但不僅限于低粘度的聚酯樹 脂、乙烯基樹脂、環(huán)氧樹脂或酚醛樹脂等；
內(nèi)部芯材的選擇適用于本專利的芯材的壓縮強(qiáng)度應(yīng)大于0. 5MPa，包括但不僅限于輕 質(zhì)浮力材料、聚氯乙烯泡沫、聚苯乙烯泡沫、聚乙烯泡沫、聚氨酯泡沫或balsa木等；
(2)內(nèi)部芯材的形狀加工
適用于本發(fā)明的內(nèi)部芯材外形為“H”形體或者近似“H”形；
(3)纖維織物鋪層
將預(yù)先裁好尺寸的纖維織物鋪設(shè)在內(nèi)部芯材上，鋪層過程中采用定型劑固定織物使其 保持設(shè)計形狀；也可以直接將纖維織物鋪設(shè)在內(nèi)部芯材表面，并采用剪刀等工具在形狀進(jìn) 行修剪，采用定型劑固定織物使其保持設(shè)計形狀；
(4)導(dǎo)流介質(zhì)設(shè)置
鋪層作業(yè)完成后，在纖維織物上鋪設(shè)一層脫模布，脫模布上再設(shè)置一層導(dǎo)流布；然后設(shè) 置注膠管和真空管，注膠管包括中間平板芯材的注膠管、側(cè)板芯材內(nèi)壁的注膠管和側(cè)板芯 材外壁的注膠管，其中，
①中間平板芯材的注膠管設(shè)置方法為當(dāng)注膠管與平板芯材和側(cè)板芯材連接處超過 40cm時，在“H”形體芯材的中間設(shè)置一圈閉合的注膠管，之后在注膠管兩側(cè)每相距40士5cm 再設(shè)置一圈閉合的注膠管；當(dāng)注膠管與平板芯材和側(cè)板芯材連接處不足40cm時，在平板芯 材與側(cè)板芯材連接處設(shè)置一圈閉合的注膠管；
②側(cè)板芯材內(nèi)壁的注膠管設(shè)置當(dāng)側(cè)板芯材邊緣距離平板芯材超過30cm時，在平板 芯材與側(cè)板芯材連接處兩側(cè)相距30 士 3cm各設(shè)置一根注膠管，之后在注膠管外側(cè)每相距 30士3cm再設(shè)置一根注膠管；當(dāng)側(cè)板芯材邊緣距離平板芯材不足30cm時，側(cè)板芯材內(nèi)壁不 設(shè)置注膠管；
③側(cè)板芯材外壁的注膠管設(shè)置當(dāng)側(cè)板芯材長度大于60cm時，在側(cè)板芯材外壁的中間 位置設(shè)置一根注膠管，并在此注膠管兩側(cè)每相距30士3cm再設(shè)置一根注膠管；當(dāng)側(cè)板芯材 長度小于60cm時，側(cè)板芯材外壁僅設(shè)置中間位置的注膠管；真空管設(shè)置方式為真空管共設(shè)置四根，分別設(shè)置在左右兩側(cè)板的上下邊緣處；
(5)整體密封
用真空密封袋膜和密封膠帶將上述的織物進(jìn)行密封作業(yè)，并檢驗真空度；
(6)樹脂注入
待密封袋膜內(nèi)的真空壓力< -0. 095Mpa時，將固化劑、促進(jìn)劑和樹脂按照配方混合均 勻后注入；樹脂注入時首先開通平板中間注膠管，之后依次開通其兩側(cè)的其他注膠管；當(dāng) 開通平板芯材與側(cè)板芯材連接處注膠管的同時，開通側(cè)板芯材外壁中間的注膠管；依次開通 側(cè)板芯材內(nèi)壁和外壁的其他注膠管；當(dāng)樹脂完全浸潤纖維織物后，封閉注膠管和真空管；
(7)固化
注入的樹脂在放熱固化之后，在室溫條件下在后固化24h方可脫模?？梢葬槍?fù)合材料外殼用樹脂品種的不同選用相應(yīng)的促進(jìn)劑、固化劑，只要達(dá)到 固化成型的具有力學(xué)性能的即可滿足要求。通過采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明具有以下的有益效果
采用本發(fā)明的技術(shù)方法，可以明顯改善大型、復(fù)雜復(fù)合材料外殼成型時的勞動衛(wèi)生條 件，提高生產(chǎn)效率；由于真空輔助工藝為新型的潔凈工藝，幾乎不產(chǎn)生有害氣體揮發(fā)，極大 地保護(hù)了操作人員的身體健康；成型過程中，只需控制注膠管路布置和整體真空度，減少了 人為因素對產(chǎn)品性能的影響，因此采用本發(fā)明生產(chǎn)的復(fù)合材料外殼性能優(yōu)異，質(zhì)量穩(wěn)定。
圖1是“H”形體的復(fù)合材料外殼結(jié)構(gòu)成型示意圖。。圖2是“H”形聚氨酯芯材的復(fù)合材料外殼成型方法導(dǎo)流介質(zhì)布置示意圖。圖3是“H”形體的截面示意圖。1.內(nèi)部芯材；2.纖維織物；3脫模布；4.導(dǎo)流布；5.平板中間注膠管；6.平板 芯材與側(cè)板芯材連接處注膠管；7側(cè)板中間注膠管；8.真空管；9.真空袋膜。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1
“H”形體的截面尺寸如圖3所示，長度為1000mm，Ll、L2、Hl、H2分別為40 mm、830 mm、 160 mm、400 mm。內(nèi)部芯材為密度300kg/m3的聚氨酯泡沫塑料，復(fù)合材料外殼的增強(qiáng)材料 采用面密度220g/m2的S玻纖緞紋布，成型后厚度為2mm ；基體樹脂為乙烯基不飽和樹脂 Atlac430LV，利用本專利的真空輔助成型方案來實(shí)施整體閉合復(fù)合材料外殼的成型。(1)、將“H”形聚氨酯芯材的平板部分和側(cè)板部分分別采用銑床加工而成，然后采 用環(huán)氧膠粘劑將平板和側(cè)板粘接起來，固化后進(jìn)行后續(xù)操作。(2)、將10層按尺寸裁減好的S玻纖緞紋布鋪敷在“H”形聚氨酯芯材表面，鋪敷過 程中采用霧狀定型劑將相鄰的S玻纖緞紋布固定在一起。(3)、采用脫模布完全覆蓋已經(jīng)鋪敷的S玻纖緞紋布；導(dǎo)流布設(shè)置在脫模布上，除 側(cè)板邊緣的60mm長度范圍外，其余部位采用設(shè)置導(dǎo)流布；在“H”形聚氨酯芯材的平板部位 中間設(shè)置一圈閉合的注膠管，在平板芯材與側(cè)板芯材連接處各設(shè)置一圈閉合的注膠管，之 后在側(cè)板芯材外壁中間位置設(shè)置一根注膠管；四根真空管分別設(shè)置在左右側(cè)板芯材的上下
5邊緣，具體設(shè)置如圖2所示。(4)、采用真空袋膜和密封膠帶將“H”形結(jié)構(gòu)預(yù)成型體密封，同時將真空管與真空 泵連接。(5)、按照配方將過氧化甲乙酮、促進(jìn)劑環(huán)烷酸鈷與Atlac430LV樹脂按照 2:0.4:100的配方混合均勻，等到真空壓力彡-0. 095Mpa時將樹脂首先注入平板部位中間 的注膠管，待樹脂浸潤到平板與側(cè)板交接處時，同時開通側(cè)板芯材外壁的真空管和平板芯 材與側(cè)板芯材連接處的注膠管。織物完全被樹脂浸潤后封閉注膠管。(6)、室溫固化24h后脫模。(7)、最終得到表面質(zhì)量良好的復(fù)合材料外殼，整體纖維被樹脂浸潤良好，顏色均 一，沒有出現(xiàn)白斑缺陷。
實(shí)施例2
“H”形體的截面尺寸如圖3所示，長度為1650mm，L1、L2、H1、H2分別為32 mm、950 mm、 115 mm、450 mm。內(nèi)部芯材為高密度聚氯乙烯泡沫塑料，復(fù)合材料外殼的增強(qiáng)材料采用面密 度400g/m2的E玻纖雙軸向織物，成型后厚度為4mm ；基體樹脂為乙烯基樹脂3201，利用本 專利的真空輔助成型方案來實(shí)施整體閉合復(fù)合材料外殼的成型。(1)、將“H”形聚氨酯芯材的平板部分和側(cè)板部分分別采用銑床加工而成，然后采 用環(huán)氧膠粘劑將平板和側(cè)板粘接起來，固化后進(jìn)行后續(xù)操作；
(2)、將11層按尺寸裁減好的E玻纖雙軸向織物鋪敷在“H”形高密度聚氯乙烯芯材表 面，鋪敷過程中采用霧狀定型劑將相鄰的E玻纖雙軸向織物固定在一起；
(3)、采用脫模布完全覆蓋已經(jīng)鋪敷的E玻纖雙軸向織物；導(dǎo)流布設(shè)置在脫模布上，除 側(cè)板邊緣的60mm長度范圍外，其余部位采用設(shè)置導(dǎo)流布；在“H”形高密度聚氯乙烯芯材的 平板部位中間設(shè)置一圈閉合的注膠管，在平板芯材與側(cè)板芯材連接處各設(shè)置一圈閉合的注 膠管，之后在側(cè)板芯材外壁中間位置設(shè)置一根注膠管；四根真空管分別設(shè)置在左右側(cè)板芯 材的上下邊緣，具體設(shè)置如圖2所示。(4)、采用真空袋膜和密封膠帶將“H”形結(jié)構(gòu)預(yù)成型體密封，同時將真空管與真空 泵連接。(5)、按照配方將引發(fā)劑過氧化環(huán)己酮、促進(jìn)劑環(huán)烷酸鈷與3201樹脂混合均勻，等 到真空壓力< -0. 095Mpa時將樹脂首先注入平板部位中間的注膠管，待樹脂浸潤到平板與 側(cè)板交接處時，同時開通側(cè)板芯材外壁的真空管和平板芯材與側(cè)板芯材連接處的注膠管。 織物完全被樹脂浸潤后封閉注膠管。(6)、室溫固化24h后脫模。(7)、最終得到表面質(zhì)量良好的復(fù)合材料外殼，整體纖維被樹脂浸潤良好，顏色均 一，沒有出現(xiàn)白斑缺陷。
權(quán)利要求
1. 一種整體閉合復(fù)合材料外殼的真空輔助成型方法，包括在復(fù)合材料外殼使用纖維織 物，外殼內(nèi)部使用“H”形或者近似“H”形內(nèi)部芯材，特征在于加工工藝包括(1)材料選擇復(fù)合材料外殼用纖維織物選用的纖維為玻璃纖維、碳纖維、凱夫拉纖維、超高分子量聚 乙烯纖維或玄武巖纖維，織物結(jié)構(gòu)為平紋布、斜紋布、緞紋布或多軸向經(jīng)編織物；復(fù)合材料外殼用樹脂為低粘度的聚酯樹脂、乙烯基樹脂、環(huán)氧樹脂或酚醛樹脂；內(nèi)部芯材的選擇適用于本專利的芯材的壓縮強(qiáng)度應(yīng)大于0. 5MPa，為輕質(zhì)浮力材料、 聚氯乙烯泡沫、聚苯乙烯泡沫、聚乙烯泡沫、聚氨酯泡沫或balsa木；(2)內(nèi)部芯材的外形加工適用于本發(fā)明的內(nèi)部芯材外形為“H”形體或者近似“H”形；(3)纖維織物鋪層將預(yù)先裁好尺寸的纖維織物鋪設(shè)在內(nèi)部芯材上，鋪層過程中采用定型劑固定織物使其 保持設(shè)計形狀；(4)導(dǎo)流介質(zhì)設(shè)置鋪層作業(yè)完成后，在纖維織物上鋪設(shè)一層脫模布，脫模布上再設(shè)置一層導(dǎo)流布；然后設(shè) 置注膠管和真空管，注膠管包括中間平板芯材的注膠管、側(cè)板芯材內(nèi)壁的注膠管和側(cè)板芯 材外壁的注膠管，其中，①中間平板芯材的注膠管設(shè)置方法為當(dāng)注膠管與平板芯材和側(cè)板芯材連接處超過 40cm時，在“H”形體芯材的中間設(shè)置一圈閉合的注膠管，之后在注膠管兩側(cè)每相距40士5cm 再設(shè)置一圈閉合的注膠管；當(dāng)注膠管與平板芯材和側(cè)板芯材連接處不足40cm時，在平板芯 材與側(cè)板芯材連接處設(shè)置一圈閉合的注膠管；②側(cè)板芯材內(nèi)壁的注膠管設(shè)置當(dāng)側(cè)板芯材邊緣距離平板芯材超過30cm時，在平板 芯材與側(cè)板芯材連接處兩側(cè)相距30 士 3cm各設(shè)置一根注膠管，之后在注膠管外側(cè)每相距 30士3cm再設(shè)置一根注膠管；當(dāng)側(cè)板芯材邊緣距離平板芯材不足30cm時，側(cè)板芯材內(nèi)壁不 設(shè)置注膠管；③側(cè)板芯材外壁的注膠管設(shè)置當(dāng)側(cè)板芯材長度大于60cm時，在側(cè)板芯材外壁的中間 位置設(shè)置一根注膠管，并在此注膠管兩側(cè)每相距30士3cm再設(shè)置一根注膠管；當(dāng)側(cè)板芯材 長度小于60cm時，側(cè)板芯材外壁僅設(shè)置中間位置的注膠管；真空管共設(shè)置四根，分別設(shè)置在左右兩側(cè)板的上下邊緣處；(5)整體密封用真空密封袋膜和密封膠帶將上述的織物進(jìn)行密封作業(yè)，并檢驗真空度；(6)樹脂注入待密封袋膜內(nèi)的真空壓力< -0. 095Mpa時，將按照配方混合均勻的樹脂注入；樹脂注 入時首先開通平板中間注膠管，之后依次開通其兩側(cè)的其他注膠管；當(dāng)開通平板芯材與側(cè) 板芯材連接處注膠管的同時，開通側(cè)板芯材外壁中間的注膠管；依次開通側(cè)板芯材內(nèi)壁和 外壁的其他注膠管；當(dāng)樹脂完全浸潤纖維織物后，封閉注膠管和真空管；(7)固化注入的樹脂在放熱固化之后，在室溫條件下在后固化24h方可脫模。
全文摘要
本發(fā)明介紹了一種整體閉合復(fù)合材料外殼的真空輔助成型方法，外殼內(nèi)部包括“H”形或者近似“H”形內(nèi)部芯材，根據(jù)導(dǎo)流介質(zhì)設(shè)置可根據(jù)中間平板芯材、側(cè)板芯材內(nèi)壁的和側(cè)板芯材外壁的尺寸不同設(shè)置不同的注膠管和真空管形式。本發(fā)明可以明顯改善大型、復(fù)雜復(fù)合材料外殼成型時的勞動衛(wèi)生條件，提高生產(chǎn)效率；由于真空輔助工藝為新型的潔凈工藝，幾乎不產(chǎn)生有害氣體揮發(fā)，極大地保護(hù)了操作人員的身體健康；成型過程中，只需控制注膠管路布置和整體真空度，減少了人為因素對產(chǎn)品性能的影響，因此采用本發(fā)明生產(chǎn)的復(fù)合材料外殼性能優(yōu)異，質(zhì)量穩(wěn)定。
文檔編號B29L9/00GK102114689SQ20101061420
公開日2011年7月6日 申請日期2010年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月30日
發(fā)明者張興剛, 張建設(shè), 王利 申請人:中國船舶重工集團(tuán)公司第七二五研究所