一种超长净尺寸碳纤维复合材料面板成型方法技术

本发明专利技术涉及一种碳纤维复合材料面板的成型方法，特别涉及一种超长净尺寸碳纤维复合材料面板的成型方法，属于碳纤维增强树脂基复合材料承力结构成型工艺技术，该方法所制备的复合材料面板作为火箭或导弹的支撑结构，超长尺寸一般指面板的长度为2-4m。面板采用对称铺层，并使用激光投影设备进行铺层辅助定位，确保铺层角度，可以避免固化后的翘曲变形；固化包覆时，预制件上、下表面均要覆盖聚四氟乙烯玻璃漆布，而且尺寸要大于安装整型条后的预制件尺寸，有利于上、下表面挥发性气体及铺层带入空气的导出。

【技术实现步骤摘要】
一种超长净尺寸碳纤维复合材料面板成型方法
本专利技术涉及一种碳纤维复合材料面板的成型方法，特别涉及一种超长净尺寸碳纤维复合材料面板的成型方法，属于碳纤维增强树脂基复合材料承力结构成型工艺技术，该方法所制备的复合材料面板作为火箭或导弹的支撑结构，超长尺寸一般指面板的长度为2-4m。
技术介绍
超长净尺寸碳纤维复合材料面板用于运载火箭先进上面级组合仪器舱，与其他复合材料零件或金属零件组合装配便可以满足直径4m左右的上面级结构的承载和刚度要求，复合材料面板可以一次成型，无需二次加工，而且质轻、整体性强、结构简易便于安装，可以缩短成型工艺周期，可以减少复合材料零件的数量，具有突出的整体稳定性和高结构效率。一般来说，复合材料面板尺寸越大，固化过程排出挥发份和铺层过程带入的空气越困难，在面板内部越容易形成微气孔、夹杂甚至分层缺陷。通过本专利技术特殊的固化包覆形式，可以将超长复合材料面板的缺陷百分比可以控制在1％以内。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种超长净尺寸碳纤维复合材料面板的成型方法，采用该方法制备的复合材料面板质轻、结构简易便于安装、使用可靠、成型周期短。本专利技术通过采用对称铺层及特殊的固化包覆形式，实现了最大长度4m的超长净尺寸复合材料面板的成型，成型质量良好，表面光滑，面板尺寸精度高，是一种安装便捷、使用可靠的复合材料支撑承载结构。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现。本专利技术的一种超长净尺寸碳纤维复合材料面板的成型方法，具体步骤为：1)碳纤维预浸料的制备：碳纤维为碳纤维织物或碳纤维单向无纬布，含胶量为38％～42％，挥发份含量为0.5％～2％；2)根据面板的铺层设计要求进行碳纤维预浸料的铺覆，铺层层数为设计要求的80％-90％；可以采用激光投影铺层定位设备进行辅助，铺层完毕后，对预制件进行裁边，修至单边比最终要求尺寸宽5～10mm；3)将步骤2)得到的预制件上表面和下表面分别铺放聚四氟乙烯玻璃漆布，然后在上表面上的聚四氟乙烯玻璃漆布的上面依次放置吸胶材料、有孔薄膜和整型模具，整型模具采用厚度1～3mm的铝板，真空袋密封后，放入热压罐进行预压实；预压实的温度为70-80℃，压力为0.1-0.3MPa，时间为20-60min；吸胶材料为滤纸，吸胶材料的用量根据铺层厚度和预浸料的树脂含量进行计算；4)将步骤3)得到的预制件依次去除整型模具、有孔薄膜、吸胶材料和聚四氟乙烯玻璃漆布后，根据铺层要求铺制剩余的铺层，然后将预制件裁剪至最终(设计要求)要求尺寸；5)在平板模具上依次铺覆隔胶材料、聚四氟乙烯玻璃漆布、步骤4)得到的预制件，在预制件的四周放置整型条，在预制件表面再依次铺覆聚四氟乙烯玻璃漆布、吸胶材料、有孔薄膜、透气材料，整型条宽度为20～50mm，厚度与面板要求厚度相同或略低(0.5mm以内)，包覆真空袋密封，进入热压罐固化；固化温度为160-180℃，压力为0.4-0.8MPa，时间为120-240min；平板模具为长和宽的尺寸均为5m以上的铝质板或钢质板，铝质板的厚度为30mm-50mm，钢质板的厚度为10mm-20mm；隔胶材料为聚丙烯薄膜；吸胶材料为滤纸，吸胶材料的用量要根据预压实后的吸胶量和剩余铺层的实际含胶量进行计算；透气材料为透气毡；整型条的材料为硅橡胶板或薄铝板；步骤5)中聚四氟乙烯玻璃漆布的尺寸大于安装整型条后的预制件的外形尺寸(长和宽)30-50mm；6)依次去除真空袋、透气材料、有孔薄膜、吸胶材料、聚四氟乙烯玻璃漆布、整型条，得到毛坯件，用砂纸打磨掉四周的余胶或碳纤维毛刺，稍加修磨后即得到符合尺寸要求的复合材料面板。本专利技术的有益效果在于：(1)面板采用对称铺层，并使用激光投影设备进行铺层辅助定位，确保铺层角度，可以避免固化后的翘曲变形；(2)固化包覆时，预制件上、下表面均要覆盖聚四氟乙烯玻璃漆布，而且尺寸要大于安装整型条后的预制件尺寸，有利于上、下表面挥发性气体及铺层带入空气的导出；(3)固化过程采用四周放置整型条的方式，可以防止面板“溜边”，保证面板的最终尺寸，减少后续加工的工作量；(4)面板的厚度和尺寸可以根据设计需求调整，就可以满足不同结构的承载能力需求，具有一定的通用性。附图说明图1为实施例所述的复合材料面板固化包覆示意图；图中：1.真空袋；2.透气材料；3.有孔薄膜；4.吸胶材料；5.聚四氟乙烯玻璃漆布；6.预制件；7.隔胶材料；8.平板模具；9.真空密封胶带；10.整型条。具体实施方式下面结合附图1对本专利技术涉及的运载火箭上面级结构所用的长度为4m的复合材料面板成型工艺技术进行描述。如图1所示，本专利技术的具体成型步骤如下：1)碳纤维预浸料的制备：碳纤维预浸料采用碳纤维单向无纬布，含胶量为38％，挥发份含量低于1％；2)根据承载能力和铺层优化设计，铺层为45°、0°和90°交替进行，共20层，铺覆第1-18层碳纤维预浸料，可以采用激光投影铺层定位设备进行铺层辅助，铺层完毕后，对预制件进行裁边，修至单边比最终要求尺寸宽5mm；3)将步骤2)得到的预制件上表面和下表面分别铺放聚四氟乙烯玻璃漆布5，然后在上表面上的聚四氟乙烯玻璃漆布上依次放置吸胶材料4、有孔薄膜3和整形模具，吸胶材料为1层滤纸，整型模具采用厚度2mm的铝板，尺寸与预制件相同，然后采用真空袋1进行密封后，放入热压罐进行预压实；预压实的温度为70℃，压力为0.3MPa，时间为30min；4)将步骤3)得到的预制件去除整型模具、有孔薄膜、吸胶材料和聚四氟乙烯玻璃漆布后，根据铺层要求铺制剩余2层碳纤维预浸料，对预制件进行裁边，修至设计要求尺寸；5)在平板模具8上依次铺覆隔胶材料7、聚四氟乙烯玻璃漆布5、步骤4)得到的预制件6，在预制件的四周放置整型条10，在预制件6表面再依次铺覆聚四氟乙烯玻璃漆布5、吸胶材料4、有孔薄膜3、透气材料2，整型条10宽度为30mm，厚度与面板最终要求厚度相同，包覆真空袋1密封，进入热压罐固化；固化温度为170℃，压力为0.6MPa，时间为120min；平板模具为长和宽的尺寸均为6m钢质板，钢质板的厚度为15mm；隔胶材料为聚丙烯薄膜；吸胶材料为1层滤纸；透气材料为透气毡；整型条的材料为硅橡胶板；步骤5)中聚四氟乙烯玻璃漆布的尺寸大于安装整型条后的预制件的外形尺寸(长和宽)30mm；6)依次去除真空袋、透气材料、有孔薄膜、吸胶材料、聚四氟乙烯玻璃漆布、整型条，得到毛坯件，用砂纸打磨掉四周的余胶或碳纤维毛刺，稍加修磨后即得到符合尺寸要求的复合材料面板。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超长净尺寸碳纤维复合材料面板的成型方法，其特征在于步骤为：1)碳纤维预浸料的制备：碳纤维预浸料含胶量为38％～42％，挥发份含量为0.5％～2％；2)根据面板的铺层设计要求进行碳纤维预浸料的铺覆，铺层层数为设计要求的80％‑90％；铺层完毕后，得到预制件，然后对预制件进行裁边，修至单边比最终要求尺寸宽5‑10mm；3)将步骤2)得到的预制件上表面和下表面分别铺放聚四氟乙烯玻璃漆布，然后在上表面的聚四氟乙烯玻璃漆布上依次放置吸胶材料、有孔薄膜和整型模具，整型模具采用厚度1‑3mm的铝板，真空袋密封后，放入热压罐进行预压实；预压实温度为70‑80℃，压力为0.1‑0.3MPa，时间为20‑60min；4)将步骤3)得到的预制件依次去除整型模具、有孔薄膜、吸胶材料和聚四氟乙烯玻璃漆布后，根据铺层要求铺制剩余的铺层，然后将预制件裁剪至最终要求尺寸；5)在平板模具上依次铺覆隔胶材料、聚四氟乙烯玻璃漆布、步骤4)得到的预制件，在预制件的四周放置整型条，在预制件表面再依次铺覆聚四氟乙烯玻璃漆布、吸胶材料、有孔薄膜、透气材料，整型条宽度为20‑50mm，包覆真空袋密封，进入热压罐固化；固化温度为160‑180℃，压力为0.4‑0.8MPa，时间为120‑240min；平板模具为长和宽的尺寸均为5m以上的铝质板或钢质板，铝质板的厚度为30mm‑50mm，钢质板的厚度为10mm‑20mm；隔胶材料为聚丙烯薄膜；吸胶材料为滤纸；透气材料为透气毡；整型条的材料为硅橡胶板或铝板；步骤5)中聚四氟乙烯玻璃漆布的尺寸大于安装整型条后的预制件的外形尺寸；6)依次去除真空袋、透气材料、有孔薄膜、吸胶材料、聚四氟乙烯玻璃漆布、整型条，得到毛坯件，打磨掉四周的余胶或碳纤维毛刺，修磨后即得到符合尺寸要求的复合材料面板。...

【技术特征摘要】
1.一种超长净尺寸碳纤维复合材料面板的成型方法，其特征在于步骤为：1)碳纤维预浸料的制备：碳纤维预浸料含胶量为38％～42％，挥发份含量为0.5％～2％；2)根据面板的铺层设计要求进行碳纤维预浸料的铺覆，铺层层数为设计要求的80％-90％；铺层完毕后，得到预制件，然后对预制件进行裁边，修至单边比最终要求尺寸宽5-10mm；3)将步骤2)得到的预制件上表面和下表面分别铺放聚四氟乙烯玻璃漆布，然后在上表面的聚四氟乙烯玻璃漆布上依次放置吸胶材料、有孔薄膜和整型模具，整型模具采用厚度1-3mm的铝板，真空袋密封后，放入热压罐进行预压实；预压实温度为70-80℃，压力为0.1-0.3MPa，时间为20-60min；4)将步骤3)得到的预制件依次去除整型模具、有孔薄膜、吸胶材料和聚四氟乙烯玻璃漆布后，根据铺层要求铺制剩余的铺层，然后将预制件裁剪至最终要求尺寸...

【专利技术属性】
技术研发人员：张娅婷，李健芳，刘振，付平俊，黄智彬，张霄楠，
申请(专利权)人：航天材料及工艺研究所，中国运载火箭技术研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11