叠层碳纤维增强预浸布材料及其包覆弹翼成型方法技术

本申请涉及一种叠层碳纤维增强预浸布材料，及利用该材料层叠后到弹翼的成型方法。采用电介质阻挡放电反应器进行常温等离子体改性，得到改性后的碳纤维织物，将改性后的碳纤维织物在室温下经传到辊浸没入PPS树脂胶液中，得到碳纤维增强预浸布，并利用该预浸布层叠得到弹翼。等离子体源气体中增加含硫气氛，便于提高与含硫树脂结合性，等离子体处理还可实现粗化效果，最终能够提高弹性模量和断裂强度。

【技术实现步骤摘要】
叠层碳纤维增强预浸布材料及其包覆弹翼成型方法
本申请属于复合材料的制备及应用
，尤其涉及一种碳纤维增强预浸布材料的制备方法，及利用该材料层叠后得到弹翼的成型方法。
技术介绍
弹翼是连接在弹体上的主要翼面，其主要功能是产生空气升力，托举弹体，并起到稳定操控的作用。随着现代武器对飞行气动性能要求越来越高，弹翼的翼型越来越薄，弯扭刚度也越来越小，其气动弹性问题也越来越严重。常规的弹翼采用轻质合金或复合材料制成，目前碳纤维增强预浸料作为弹翼使用，其具有比重量小等优异特点。碳纤维增强预浸复合材料具有良好的可设计性,使得在飞行器结构减重方面得到极大的应用。但是由于弹翼在飞行过程中会发生变形、振动、发散和颤振等现象，若振动变形较大，容易产生较大的交变应力，很容易造成疲劳裂纹，对碳纤维增强预浸复合材料的结构强度也提出了更高的要求。
技术实现思路
碳纤维织物预处理，采用电介质阻挡放电反应器中进行常温等离子体改性，在反应腔室电极间通入高纯硫化氢、氧气混合气体，通气流速为20-25mL/min，硫化氢与氧气体积比为（0.2-0.4）:1，在电介质阻挡放电反应器中施加10kHz、20-25kV的交流电源产生常温含硫等离子体，对样品施加处理1-2min。将改性后的碳纤维织物在室温下经传到辊浸没入PPS树脂胶液中，均匀涂抹在试样的两面，放置一段时间后，再次浸没树脂胶液，使树脂浸透碳纤维织物；经滚压去除多余树脂达到预定厚度得到碳纤维增强预浸布，将浸没过胶液的碳纤维布放在双辊开炼机上，调节两个辊轮之间的间距，开动机器，反复滚压，以除去多余的树脂，使树脂含量达到标准，双辊开炼机的温度为55-65℃，加热有利于树脂胶液中低沸点溶剂的挥发，同时又能提高预浸程度，直到树脂均匀浸渍于碳纤维中，将预浸布取下。弹翼主梁包括弹翼端部及型面部，端部为飞行过程中的迎风面，弹翼主梁为高强钢框架结构，表面具有镂空结构以减轻重量，弹翼主梁端部包括上下弧面，型面部分为上型面和下型面，在弹翼表面各区域铺设碳纤维增强预浸布，后经加热固化得到碳纤维复合材料弹翼。具体的碳纤维复合材料弹翼铺设包覆缠绕成型方法，主要步骤如下：1)弹翼主梁上型面位置采用过渡定位工装铺设14层碳纤维增强预浸布；2)弹翼主梁下型面位置采用过渡定位工装铺设38层碳纤维增强预浸布；3)弹翼主梁上下弧面展向各平铺4层碳纤维增强预浸布；4)弹翼主梁侧面缠绕4层碳纤维增强预浸布；5)对铺设的弹翼主梁进行加热固化，在成型工装中120℃加热固化2h后拆除成型工装。等离子体源气体中增加含硫气氛，便于提高与含硫树脂结合性，等离子体处理还可实现粗化效果。由于碳纤维容易脆性断裂，通过等离子体的粗化效应增大了碳纤维的比表面积，提高了在浸没过程中与树脂的结合面积，此外通过使氧气及硫化氢气体等离子体化，在碳纤维表面形成含硫活性基团，提高了其与PPS树脂的结合性，整体提高了叠层结构的强度。PPS树脂具有很高的热稳定性、耐化学腐蚀性、阻燃性，能够提高弹翼的阻燃及稳定性，由于选用含硫树脂，在该过程中在碳纤维表面形成含硫活性基团，能更好地提高与树脂之间的结合性能。采用上述碳纤维增强预浸布制备得到的弹翼具有高弹性模量及断裂强度的特点，更加适用于真实环境，提高使用稳定性。附图说明附图1为弹翼主梁结构示意图。图中：1、上弧面；2、下弧面；3、下型面；4、上型面。具体实施方式实施例1：碳纤维织物预处理，采用电介质阻挡放电反应器中进行常温等离子体改性，在反应腔室电极间通入高纯硫化氢、氧气混合气体，通气流速为25mL/min，硫化氢与氧气体积比为0.3:1，在电介质阻挡放电反应器中施加10kHz、23kV的交流电源产生常温含硫等离子体，对样品施加处理1-2min。将改性后的碳纤维织物在室温下经传到辊浸没入PPS树脂胶液中，均匀涂抹在试样的两面，放置一段时间后，再次浸没树脂胶液，使树脂浸透碳纤维织物；经滚压去除多余树脂达到预定厚度得到碳纤维增强预浸布，将浸没过胶液的碳纤维布放在双辊开炼机上，调节两个辊轮之间的间距，开动机器，反复滚压，以除去多余的树脂，使树脂含量达到标准，双辊开炼机的温度为55-65℃，加热有利于树脂胶液中低沸点溶剂的挥发，同时又能提高预浸程度，直到树脂均匀浸渍于碳纤维中，将预浸布取下，将所述预浸布叠放多层，在成型工装中120℃加热固化2h得到叠层结构。经制备得到的样品在INSTRON5569试验机上进行拉伸，将得到的力和位移数据进行处理，便可得到试样拉伸模量、断裂强度数据。实施例2-4及对比例1-5实施例2-4及对比例1-4采用与实施例1相同的工艺制备得到叠层结构，调整具体的工艺参数，并对各式样进行拉伸模量、断裂强度的测量。对比例5未对碳纤维进行改性，采用实施例1中的方式进行PPS浸没以及叠层制备。通过测试可见未进行表面改性的碳纤维增强预浸布制备得到的叠层结构其拉伸模量以及断裂强度均低于经表面改性后的，弹翼在飞行过程中会受到复杂的气流影响，产生变形、震动等现象，若振动变形较大，容易产生较大的交变应力，很容易造成疲劳裂纹，较高的弹性模量能够抵抗应力，避免出现较大的形变，断裂强度较高能够提高弹翼的可靠性。对比例1-4改变了硫化氢与氧气体积比，硫化氢与氧气的比例关系会影响等离子化后产生的活性官能团种类及数量，合适的配比能够使得改性后的碳纤维与PPS树脂的悬挂键形成键合，提高结合性能，最终提高叠层结构的力学性能。表1.制备参数及性能对比例6-8对比例6-8采用与实施例1相同的工艺制备得到叠层结构，调整具体的树脂种类，并对各式样进行拉伸模量、断裂强度的测量。通过测试可以得出，不同的树脂与改性后的碳纤维织物制备得到叠层结构在性能上存在差异，选用含硫树脂，在改性过程中在碳纤维表面形成含硫活性基团，能更好地提高与树脂之间的结合性能，具体树脂种类及性能参见表2。表2.树脂种类及性能实施例5弹翼主梁端部包括上弧面1、下弧面2，型面部分为上型面4和下型面3，在弹翼表面各区域铺设碳纤维增强预浸布，后经加热固化得到碳纤维复合材料弹翼。具体的碳纤维复合材料弹翼铺设包覆缠绕成型方法，主要步骤如下：1)弹翼主梁上型面4位置采用过渡定位工装铺设14层碳纤维增强预浸布；2)弹翼主梁下型面3位置采用过渡定位工装铺设38层碳纤维增强预浸布；3)弹翼主梁上弧面1和下弧面2展向各平铺4层碳纤维增强预浸布；4)弹翼主梁侧面缠绕4层碳纤维增强预浸布；5)对铺设的弹翼主梁进行加热固化，在成型工装中120℃加热固化2h后拆除成型工装。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种叠层碳纤维增强预浸布材料，其特征在于，采用电介质阻挡放电反应器进行常温等离子体改性，得到改性后的碳纤维织物，将改性后的碳纤维织物在室温下经传导辊浸没入PPS树脂胶液中，均匀涂抹在试样的两面，经滚压去除多余树脂达到预定厚度得到碳纤维增强预浸布，将浸没过胶液的碳纤维布放在双辊开炼机上，反复滚压，所述碳纤维织物改性方法包括，在反应腔室电极间通入高纯硫化氢、氧气混合气体，通气流速为20-25mL/min，硫化氢与氧气体积比为（0.2-0.4）:1，在电介质阻挡放电反应器中施加10kHz、20-25kV的交流电源产生常温含硫等离子体，对样品施加处理1-2min。/n

【技术特征摘要】
1.一种叠层碳纤维增强预浸布材料，其特征在于，采用电介质阻挡放电反应器进行常温等离子体改性，得到改性后的碳纤维织物，将改性后的碳纤维织物在室温下经传导辊浸没入PPS树脂胶液中，均匀涂抹在试样的两面，经滚压去除多余树脂达到预定厚度得到碳纤维增强预浸布，将浸没过胶液的碳纤维布放在双辊开炼机上，反复滚压，所述碳纤维织物改性方法包括，在反应腔室电极间通入高纯硫化氢、氧气混合气体，通气流速为20-25mL/min，硫化氢与氧气体积比为（0.2-0.4）:1，在电介质阻挡放电反应器中施加10kHz、20-25kV的交流电源产生常温含硫...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨红娜，蔡风园，修建，
申请(专利权)人：北京航天天美科技有限公司，北京航天和兴科技有限公司，
类型：发明
国别省市：天津;12