连续碳纤维CF/PAEK热塑性复合材料支撑搭扣的制作方法技术

本发明专利技术涉及一种连续碳纤维CF/PAEK热塑性复合材料支撑搭扣的制作方法，包括模具，模具包括用于形成内部型腔的上部型腔板和下部型腔板、用于形成模具外框的底板和模框框板、用于与压机接触并给上部型腔板施压的压块；上部型腔板为由楔形块及其两边的边板相互拼接构成的整体纵剖面呈T形的实心板状结构；两边的边板位于T形的左右两部分，楔形块位于T形的正中间部分；该模具的应用是：以连续碳纤维CF为增强相，以PAEK为基体相，将预浸料置于内部型腔中，并采用高温高压工艺一步成型制得连续CF/PAEK热塑性复合材料且为90

【技术实现步骤摘要】
连续碳纤维CF/PAEK热塑性复合材料支撑搭扣的制作方法


[0001]本专利技术属于复合材料
，应用于航空航天、军工行业和医疗领域，应用于抗疲劳、抗磨损的关键部位，涉及一种连续碳纤维CF/PAEK热塑性复合材料支撑搭扣的制作方法，包括模具及其相应的成型方法。

技术介绍

[0002]连续CF/PAEK热塑性复合材料是指碳纤维以连续纤维(长纤维)或者织物形式增强PAEK树脂基的热塑性复合材料。树脂基体赋予了其优良的力学性能、热性能、耐化学腐蚀性和易成型加工性能；CF则主要决定了复合材料的机械性能。通过合理的设计优化，弥补单纯PAEK材料性能的不足，可以应用于航飞航天军工飞行器、特殊行业的耐磨损件抗疲劳件、医疗器械或者植入性骨组织结构等领域。
[0003]支撑搭扣，又称支撑扣、角片或者链接角片，是连续CF/PAEK热塑性复合材料在航空飞机上典型的应用，用于桁梁或者桁条的搭接部位，要求该材料的耐冲击、耐疲劳、抗磨损、耐高低温性能好，另外，在摩擦生热过程中，要求材料具有一定的导热性，可以将热量尽快传输出去。一般而言，一架大飞机上面需要数千个支撑搭扣。
[0004]连续CF/PAEK热塑性复合材料的成型工艺，可使用铺放后进热压罐成型、铺丝原位固结成型、缠绕原位固结成型、高温热压成型或者将毛坯板材进行冲压成型。针对连续CF/PAEK热塑性复合材料的成型设备，国内研究尚处于开发和验证阶段，除了个别军工单位，具有连续CF/PAEK热塑性复合材料批量化生产能力的企业和单位很少，异型构件更是少之又少。针对异型构件制品，一方面可以通过毛坯板材进行机加工，即耗费加工时间，又浪费材料，机加工过程中，需要将连续纤维裁断，连续纤维增强作用大打折扣；另一方面，先制作复合材料板材，再可以通过一定的加热方式进行折弯冲压形式实现，冲压需要专门的设备，需要实现高温、高压、保压功能，成品板材进行二次处理，纤维和树脂涉及高温下重新排布，否则很容易出现局部富胶、局部胶不足、局部出现纤维断裂、纤维褶皱等问题。鉴于此，异型结构复合材料产品作为一种非平板普通型材，折弯的角度都有一定限制，弯折的角度必须大于90
°
，多多少少一般以钝角形式存在，相对角度越大，折弯越容易。
[0005]现有技术中公开过一种制备热塑性复合材料飞机机翼翼肋的方法，其使用CFF和PPS材料先模压成板材，再升温至一定温度，放置飞机机翼翼肋模具中，进行冲压成制品，需要两道工序成型，两步加热降温程序等，比较耗时间。
[0006]因此，开发出一种可以实现一体一步成型且带有90
°
折弯的支撑搭扣的方法具有十分重要的意义。

技术实现思路

[0007]为解决现有技术中存在的问题，本专利技术提供一种连续碳纤维CF/PAEK热塑性复合材料支撑搭扣的制作方法；具体是：一方面，将型腔模具嵌在框状模具之内，两套模具同时使用，避免了单独使用型腔模具存在模压溢料、承压有限的弊端，两套模具同时使用，可以
实现支撑件一体一步成型，工艺简单，避免二次冲压成型；另一方面，材料选用可以根据预浸料、纤维片材和树脂粉、纤维和树脂片材、纤维织物和树脂粉或者树脂片材料组合，纤维和树脂细丝织物等，材料选择多样，不局限于一种材料形式的使用。
[0008]为达到上述目的，本专利技术采用的方案如下：
[0009]一种连续碳纤维CF/PAEK热塑性复合材料支撑搭扣的制作方法，以连续碳纤维CF为增强相，以PAEK为基体相的预浸料为原料，将其置于组装式模具的内部型腔中成型；所述组装式模具包括用于形成内部型腔的上部型腔板和下部型腔板(支撑搭扣受上部型腔板和下部型腔板的相互挤压成型，上部型腔板和下部型腔板为凹凸配合结构)、用于与压机接触并给上部型腔板施压的压块；用于容纳下部型腔板、上部型腔板和压块的模框框板以及用于支撑下部型腔板的底板；(底板和模框框板通过螺丝孔沉头螺栓进行固定)；
[0010]上部型腔板为由楔形块及其两边的边板相互拼接构成的整体纵剖面呈T形的实心板状结构，由于上部型腔板和下部型腔板为凹凸配合结构，且上部型腔板的纵剖面呈T形，因而采用该模具可以制得的带有折弯的支撑搭扣，且最大折弯角度可以达到90
°
；两边的边板位于T形的左右两部分，楔形块位于T形的正中间部分；楔形块的纵剖面为类等腰三角形或者类等腰梯形(优选)，类等腰三角形由等腰三角形及等腰三角形的底边向两侧外部延伸一定长度形成的延长线构成，延长线与底边共线，类等腰梯形由等腰梯形及等腰梯形的下底(即长度更长的底边)向两侧外部延伸一定长度形成的延长线构成，延长线与底边共线，所述等腰三角形的底边或者等腰梯形的下底构成所述T形的一横的中间部分，T形的一横所在的表面(平面)即为上部型腔板与压块接触的表面；楔形结构有助于力的传递，确保受压下，支撑件底部受力，两侧翼边也有受力，产品各处受力均匀，浸胶量均匀，制件性能均匀；
[0011]本专利技术的上部型腔板由楔形块及其两边的边板相互拼接构成，考虑压机是油缸上下移动单方向受力，压力分布在上下两个平面部位，侧面部位左右方向不受力，复合材料产品属于是层压成品，侧面不受力情况下，侧面部位层间结合强度必定很低，容易分层。考虑增加侧面分力，使用楔形组合的模具结构。随着模具温度的升高，材料受热软化，在恒定的升温压力下，中部楔形组件慢慢下移，下移过程中，往模具两侧分力，楔形组件的上底逐渐接触产品平面，凹部的型腔部位逐渐承受压力。整体依靠楔形结构的移动，实现压机压力方向和侧面左右方向同时间受力，实现制品的成型。
[0012]模具均有一定的厚度要求，确保高压下，模具的配件不容易受挤压飞出，造成事故发生，则模框框板厚度设定在50mm～100mm之间，上下部型腔板的厚度设定在15mm～50mm之间；
[0013]压块属于本专利技术中模具的一部分，位于上型腔板上面，部分在模具外框内，部分处于模具外框上部区域，结构相对简单，根据模具外框确定，压块和模框框板的配合间隙控制在0.2mm～2mm之间，作用主要为满足力的传递，确保压机施压时，力可以从下压板传到上压板。
[0014]作为优选的技术方案：
[0015]如上所述的一种连续碳纤维CF/PAEK热塑性复合材料支撑搭扣的制作方法，等腰三角形的底角为40
°
～85
°
，等腰梯形的下底(即较长的一个底边)对应的内角为40
°
～85
°
；
[0016]等腰三角形的底边或者等腰梯形的下底向两侧外部延伸的一定长度形成的延长线加和的长度占所述等腰三角形的底边或者等腰梯形的下底的边长的20％～60％(目的是
使压力更加均匀)；
[0017]等腰三角形的底边或者等腰梯形的下底的长度为所述T形一横的长度的20％～70％，压块的宽度为等腰三角形的底边或者等腰梯形的下底的长度的150％～300％；
[0018]等腰梯形的上底的长度为所述T形一竖的宽度的25％～60％。
[0019]这些参数如此设置是为了确保力的均匀传递，以防本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种连续碳纤维CF/PAEK热塑性复合材料支撑搭扣的制作方法，其特征是：以连续碳纤维CF为增强相，以PAEK为基体相的预浸料为原料，将其置于组装式模具的内部型腔中成型；所述组装式模具包括用于形成内部型腔且为凹凸配合结构的上部型腔板和下部型腔板(6)、用于与压机接触并给上部型腔板施压的压块(1)；用于容纳下部型腔板(6)、上部型腔板和压块(1)的模框框板(2)以及用于支撑下部型腔板(6)的底板(7)；上部型腔板为由楔形块(4)及其两边的边板(3)相互拼接构成的整体纵剖面呈T形的实心板状结构；两边的边板(3)位于T形的左右两部分，楔形块(4)位于T形的正中间部分；楔形块(4)的纵剖面为类等腰三角形或者类等腰梯形，类等腰三角形由等腰三角形及等腰三角形的底边向两侧外部延伸一定长度形成的延长线构成，延长线与底边共线，类等腰梯形由等腰梯形及等腰梯形的下底向两侧外部延伸一定长度形成的延长线构成，延长线与底边共线，所述等腰三角形的底边或者等腰梯形的下底构成所述T形的一横的中间部分，T形的一横所在的表面即为上部型腔板与压块(1)接触的表面。2.根据权利要求1所述的一种连续碳纤维CF/PAEK热塑性复合材料支撑搭扣的制作方法，其特征在于，等腰三角形的底角为40
°
～85
°
，等腰梯形的下底对应的内角为40
°
～85
°
；等腰三角形的底边或者等腰梯形的下底向两侧外部延伸的一定长度形成的延长线加和的长度占所述等腰三角形的底边或者等腰梯形的下底的边长的20％～60％；等腰三角形的底边或者等腰梯形的下底的长度为所述T形一横的长度的20％～70％，压块(1)的宽度为等腰三角形的底边或者等腰梯形的下底的长度的150％～300％；等腰梯形的上底的长度为所述T形一竖的宽度的25％～60％。3.根据权利要求1所述的一种连续碳纤维CF/PAEK热塑性复合材料支撑搭扣的制作方法，其特征在于，底板(7)上背向下部型腔板(6)的一侧设相互垂直的两道凹槽，两道凹槽的交点位于模具外框的竖直中心轴上；两道凹槽的交点处设圆形槽，圆形槽内部镶嵌圆形金属。4.根据权利要求3所述的一种连续碳纤维CF/PAEK热塑性复合材料支撑搭扣的制作方法，其特征在于，两道凹槽的开槽方向相互垂直，且其...

【专利技术属性】
技术研发人员：王二平，陆士强，董萌萌，李强，
申请(专利权)人：常州君航高性能复合材料有限公司，
类型：发明
国别省市：