复合材料功能单元以及防止复合材料翘曲的方法技术

本发明专利技术描述了一种复合材料功能单元以及防止复合材料翘曲的方法。本发明专利技术的复合材料功能单元包括：最外层；中间层；内层；以及最内层，该最内层由绝缘材料构成，并且包括外工艺层和内工艺层。本发明专利技术的防止复合材料翘曲的方法则还包括二次固化工艺。本发明专利技术的核心技术在于：(1)增设了工艺层来消除内应力防止翘曲的方法；(2)利用二次固化工艺进行加工方法。因此，与现有技术相比，本发明专利技术由于增设了工艺层和二次固化工艺，因而不仅有效地解决了功能单元在制造过程中的产生的翘曲问题，降低了碳纤维层导电可能会对人员或后面基体结构造成伤害，而且还显著地提高了使用过程中的安全性。

Composite functional units and methods to prevent composite warpage

【技术实现步骤摘要】
复合材料功能单元以及防止复合材料翘曲的方法
本专利技术涉及复合材料设计制造领域，尤其涉及一种复合材料功能单元以及防止复合材料翘曲的方法。
技术介绍
复合材料是人们运用先进的材料制备技术将不同性质的材料组分优化组合而成的新材料。一般定义的复合材料需满足以下条件:(i)复合材料必须是人造的，是人们根据需要设计制造的材料；(ii)复合材料必须由两种或两种以上化学、物理性质不同的材料组分，以所设计的形式、比例、分布组合而成，各组分之间有明显的界面存在；(iii)它具有结构可设计性，可进行复合结构设计；(iv)复合材料不仅保持各组分材料性能的优点，而且通过各组分性能的互补和关联可以获得单一组成材料所不能达到的综合性能。通常，复合材料主要有：1、纤维增强复合材料：将各种纤维增强体置于基体材料内复合而成，如纤维增强塑料、纤维增强金属等。2、夹层复合材料：由性质不同的表面材料和芯材组合而成，具有一定刚度和厚度，分为实心夹层和蜂窝夹层两种。3、细粒复合材料：将硬质细粒均匀分布于基体中，如弥散强化合金、金属陶瓷等。4、混杂复合材料：由两种或两种以上增强相材料混杂于一种基体相材料中构成。复合材料由于其具有重量轻，强度高的特点，因而在飞机制造领域被广泛地使用，就连飞机机翼前缘的结构材料也逐步由复合材料来取代传统的重质金属材料。在飞机制造领域中，飞机防冰装置是指防止飞机表面某些突出部位结冰或在结冰时能有效地除去冰层的设备。在机翼和尾翼前缘、或者在螺旋桨前缘、进气道前缘以及驾驶舱风档玻璃上结冰，严重时会使飞行发生危险，例如机翼和尾翼前缘结冰可能改变翼剖面形状，使升力降低，阻力加大，甚至使飞行操纵因难和飞行不稳定，其它部位结冰也都会带来各种各样的困难。为此，在易于结冰的部位必须要安装防冰设备。当前的飞机防冰设备主要有三类：一是利用热空气设备来防冰；二是用冰点很低的防冰液，喷在易于结冰的部位来防冰，或把冰溶掉。防冰液多为酒精和甘油的混合物；三是用电能来防冰，即在易于结冰部位，如螺旋桨前缘、风挡玻璃上粘贴电阻丝，电流通过电阻丝时发出热量来把冰溶化掉。现代大中型客机传统地采用热空气对机翼、尾翼前缘进行防冰。热空气来源于涡轮喷气发动机的压气机。只有部位较小的如空速管、风挡玻璃等才用电加热防冰。然而，由于热气防冰管路热惯性较大，周期性除冰加热控制困难，采用电加热方式则能够对加热功率进行周期性精确控制，从而使得防冰系统也可使用除冰模式，由此进一步显著地降低能耗。因此，伴随着多电/全电飞机越来越大规模地发展，因此也促进了电防冰系统在飞机上的应用。如上所述，基于复合材料结构减重和提升能量利用效率的考虑以及热喷涂电阻膜加热均匀性和外形适应性优点，具有防冰/除冰功能的飞机机翼前缘结构上集成热喷涂电加热膜的结构应运而生。然而，这些复合材料结构设计中都只关注于电防冰功能的实现效果上，却没有注意到因复合材料功能单元制造过程中产生的变形，由此导致产品本身制造的内应力问题以及使用运输过程中的安全性问题。表1现有技术中复合材料功能单元的构成具体地讲，如表1所示，现有的复合材料功能单元由通常由复合材料结构层、绝缘层、电加热膜、防雷击护层等组成，从外向内基本采用最外层+中间层+内层的结构。其中，内层起到结构支撑定性的作用，中间层则用作为功能结构层，而最外层则起到防雷击的作用。另外，所采用的结构层材料体系为复合材料，其中，绝缘层的材料体系为玻璃纤维，采用镍铜合金材料进行热喷涂。然而，现有的结构形式只能够满足防除冰功能单元的需求，却无法消除复合材料固化过程的内应力以及保证使用过程中的安全性。例如，现有文献CN201811336162.7(公布日期为2019年3月15日)公开了一种基于铝基复合材料的弱化3D打印件残余应力的方法。该文献利用均匀分布的离散点预约束点扫描等方法来消除激光打印铝基时的翘曲和变形现象，从而降低内应力水平。现有文献CN201611039272.8(公布日期为2016年11月21日)公开了一种PC复合材料及其制备方法和应用。该文献通过在PC合金材料添加特定含量的铁元素来减低PC材料的翘曲及内应力。现有文献CN201210018380.2(公布日期为2012年1月20日)公开了一种空心玻璃微珠塑料复合建筑模板及其制备方法。该文献利用芯层部分加入的空心玻璃微珠使得建筑模板具有很好的稳定性和流动性，从而减少收缩和翘曲。现有文献JP09310705(公布日期为1997年11月12日)公开了一种纤维增强树脂复合材料的制造方法。该文献利用增强树脂复合材料成型制备的分散纤维填料，使其成型过程中无残余内应力。此外，现有文献CN201811211381.2(公布日期为2018年10月17日)公开了一种低翘曲玻纤增强聚丙烯复合材料及其制备方法；现有文献CN201711430967.3(公布日期为2018年6月12日)公开了一种低翘曲耐高温导电液晶聚酯复合材料及其制备方法；现有文献CN201711178335.2(公布日期为2018年4月10日)公开了一种轻质抗翘曲连续玻纤增强聚丙烯复合材料及其制备方法，上述文献均是通过调整复合材料制备配方来获得低翘曲的复合材料性能。显然，上述现有技术文献都无法有效地解决目前存在的技术难题，因为上述现有文献都仅仅采用了最外层+中间层+内层的结构，而且也只采用了一次固化工艺对复合材料功能单元进行制备。鉴于上述内容可知，目前在本
中还尚不存在这样一种复合材料功能单元以及防止复合材料翘曲的方法，其通过增加工艺层，消除了复合材料功能单元固化过程中的内应力，而且还提高了使用过程中的安全性，并且利用二次固化工艺进行加工，由此确保了复合材料功能单元满足后续加工工艺的需求。因此，如何能够设计一种复合材料功能单元以及防止复合材料翘曲的方法能够同时满足这些条件的俨然成为了亟待解决的技术问题。
技术实现思路
本专利技术正是为了解决上述技术问题而作，其目的在于提供一种复合材料功能单元以及防止复合材料翘曲的方法，其通过增加工艺层，消除了复合材料功能单元固化过程中的内应力，而且还提高了使用过程中的安全性，并且利用二次固化工艺进行加工，由此确保了复合材料功能单元满足后续加工工艺的需求。为了解决上述技术问题，根据本专利技术的一个方面，提供了一种复合材料功能单元，包括：最外层；中间层，所述中间层包括外绝缘层、点热层和内绝缘层；以及内层；其特点在于，所述复合材料功能单元还包括最内层，所述最内层由绝缘材料构成，并且包括外工艺层和内工艺层。较佳地，在本专利技术的复合材料功能单元中，所述最内层由玻璃纤布预浸料构成。较佳地，在本专利技术的复合材料功能单元中，所述最内层的所述外工艺层和所述内工艺层的单层厚度为0.1毫米较佳地，在本专利技术的复合材料功能单元中，所述最内层的所述外工艺层和所述内工艺层的层数为2层。较佳地，在本专利技术的复合材料功能单元中，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种复合材料功能单元，包括：/n最外层；/n中间层，所述中间层包括外绝缘层、点热层和内绝缘层；以及/n内层；/n其特征在于，所述复合材料功能单元还包括最内层，所述最内层由绝缘材料构成，并且包括外工艺层和内工艺层。/n

【技术特征摘要】
1.一种复合材料功能单元，包括：
最外层；
中间层，所述中间层包括外绝缘层、点热层和内绝缘层；以及
内层；
其特征在于，所述复合材料功能单元还包括最内层，所述最内层由绝缘材料构成，并且包括外工艺层和内工艺层。


2.如权利要求1所述的复合材料功能单元，其特征在于，所述最内层由玻璃纤布预浸料构成。


3.如权利要求1所述的复合材料功能单元，其特征在于，所述最内层的所述外工艺层和所述内工艺层的单层厚度为0.1毫米。


4.如权利要求1所述的复合材料功能单元，其特征在于，所述最内层的所述外工艺层和所述内工艺层的层数为2层。


5.如权利要求1所述的复合材料功能单元，其特征在于，所述内层采用的是碳纤维对称铺层。


6.一种防止由权利要求1－5中任一项权利要求所述的复合材料功能单元所构成的复合材料翘曲的方法，包括如下步骤：
步骤一：一次固化：将所述复合材料功能单元的所述内层、所述内绝缘层和所述最内层的所述内工艺层形成的对称铺层进行一次固化，以作为金属热喷涂的承力基底；
步骤二：清洗：使用...

【专利技术属性】
技术研发人员：李泽江，刘汉旭，晏嬴，白斌，冯畅野，何志全，
申请(专利权)人：中国商用飞机有限责任公司，中国商用飞机有限责任公司上海飞机设计研究院，
类型：发明
国别省市：上海;31