本发明专利技术公开一种碳纤维复合材料格栅结构的液体成型方法及装置，涉及纤维预成型体制造领域和树脂传递模塑成型技术领域，本方法包括纤维预成型体的制备和树脂充模固化等工艺环节，本装置包括预成型模具、注塑成型模具、注射系统、固化设备和无损检测设备。本发明专利技术采用液体成型工艺，只需通过液体成型工艺即可制备形状更为复杂的格栅结构件，大大提升了生产效率。率。率。
【技术实现步骤摘要】
一种碳纤维复合材料格栅结构的液体成型方法及装置
[0001]本专利技术涉及纤维预成型体制造领域和RTM(Resin Transfer Molding，树脂传递模塑成型)
，具体涉及一种碳纤维复合材料格栅结构的液体成型方法及装置。
技术介绍
[0002]树脂传递模塑成型(Resin transfer molding，RTM)工艺是一种典型的连续纤维增强树脂基复合材料液体成型工艺，具有适于复杂结构制造、尺寸精度高、性能优异等优点，在航空航天领域，与热压罐工艺相比，是一种低成本高品质的制造技术。具体的工艺过程是：在一定温度压力下，将低黏度的树脂体系通过注射设备注入已放置增强纤维预成型体的闭合模具中，经树脂的充模流动使纤维增强材料完全浸透，固化后脱模得到复合材料制件。
[0003]目前，关于RTM制备复杂格栅结构复合材料制件成型技术的研究国内还较少，已有的格栅制件模具设计及结构较复杂的复合材料制件的成型方法专利公告号为：CN112172198A、CN207711141U、CN109986801A、CN110948911A、CN109367071A、CN107283879A、CN106863849A、CN208148281U、CN106853694A，以上专利的不足之处主要在于：
[0004](1)CN112172198A、CN207711141U以及CN109986801A制备的复合材料均为格栅结构制件，模具设计上与本专利技术具有类似的地方，如均采用了易于脱模的设计，将芯模设计为多个块体组成等，但是在成型方法上有所不同。对于专利技术专利CN112172198A，制造的格栅结构件采用的是模压成型方法，专利CN207711141U、CN109986801A制备的格栅结构件采用热压罐工艺。
[0005](2)CN110948911A与CN109367071A中涉及的复合材料构件形状均较复杂，并采用多个成型方法进行加工制造。CN110948911A采用的工艺包括热压罐工艺、胶接工装、模压工艺以及液体成型工艺，CN109367071A采用的工艺包括模压工艺以及液体成型工艺，制造过程较为繁琐。
[0006](3)CN107283879A中涉及一种带加强筋复合材料制件的RTM模具，该模具针对带加强筋复材制件的结构特点设计，能够使得制件的加强筋成型且尺寸精确，但其芯模未设计成由多个块体组合而成，脱模时依靠拔销器脱出，脱模较为困难。
[0007](4)CN106863849A、CN208148281U中涉及的RTM模具设计均较为精密，CN106863849A采用了滑块撞击的方式脱离芯模，解决了现有技术中在脱模过程中存在的无着力点难以拔模的问题，实现了结构复杂的复合材料结构件的顺利脱模；CN208148281U实现同一副模具上可制作不同厚度的层压板。虽然二者在模具设计上较为精密，但是制件的复杂程度低于本专利技术涉及的复合材料结构。
[0008](5)CN106853694A中涉及一种水溶性的格栅结构型芯，解决了高曲率格栅结构脱模困难的问题，但是水溶性芯模为一次性模具无法重复使用，存在整套工艺流程繁琐，生产周期长且生产成本高昂的问题。
[0009]综上所述，现有公开技术不适用于本专利技术所涉及的格栅结构复合材料制件，有必要开发一种液体成型的方法及装置，具备生产质量合格复合材料制件的能力。
技术实现思路
[0010]本专利技术的目的是提供一种碳纤维复合材料格栅结构的液体成型装置和成型方法，包括纤维预成型体的制备和树脂充模固化等工艺环节，采用液体成型工艺，只需通过液体成型工艺即可制备形状更为复杂的格栅结构件，大大提升了生产效率。
[0011]为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0012]一种碳纤维复合材料格栅结构的液体成型方法，包括如下步骤：
[0013]选择树脂体系和增强体材料，树脂体系选用热固性树脂，增强体材料选用碳纤维织物；
[0014]对选择的树脂体系进行流变特性和固化特性测试，确定合适的注射温度以及固化条件；对选择的碳纤维织物进行面密度和体密度测试，为后续计算铺层数提供数据；
[0015]根据产品承载性能要求设计织物的铺设方式；
[0016]将定型剂喷洒在碳纤维织物表面进行定型，对定型后的碳纤维织物根据纤维铺层数和制件的形状进行裁剪；
[0017]在预成型模具表面涂抹脱模剂，将裁剪后的碳纤维织物分别铺设在活块和芯块的表面，装好预成型模具并通过螺栓锁紧，放入烘箱中在设定的温度下加热至形成碳纤维预成型体，然后取出并冷却至室温，再将预成型体和芯模一同取出；
[0018]在注塑成型模具表面涂抹脱模剂，将预成型体以及芯模和活块装入到注塑成型模具中，通过螺栓锁紧，保持模具气密；
[0019]将所述树脂体系在真空烘箱中进行脱泡处理，然后预热至注射温度，再导入到上述注塑成型模具中，再将注塑成型模具放入烘箱中，在设定的固化条件下进行加热固化；
[0020]固化结束后取出注塑成型模具，待冷却至室温时进行脱模，取出制件；
[0021]对所述制件进行表面清洁处理，并进行无损检测，获得合格的复合材料制件。
[0022]进一步地，所述热固性树脂为环氧树脂、酚醛树脂、氰酸酯树脂、双马树脂或聚酰亚胺树脂，树脂室温粘度小于1.0Pa
·
s，优选0.2～0.3Pa
·
s。
[0023]进一步地，所述碳纤维织物为平纹织物、斜纹织物或缎纹织物。
[0024]进一步地，计算纤维铺层数的公式如下：
[0025][0026]其中，v
f
表示纤维体积分数，n表示纤维铺层数，a
f
表示纤维层的纤维面密度，ρ
f
表示纤维的体密度，h
f
表示纤维铺层的厚度。
[0027]进一步地，所述铺设方式包括铺层数、纤维体积分数、铺层纤维角度和铺层顺序。
[0028]进一步地，定型剂的定型方法选用粉末法或者溶液法，定型剂用量为增强体材料质量的3％～8％。
[0029]进一步地，树脂体系导入到注塑成型模具的步骤包括：
[0030]将预热至注射温度的树脂体系放入装料罐中；将出胶口处连接真空泵，在密封情况下打开真空泵抽真空，达到一定真空度；
[0031]在设定的注塑温度下，将树脂体系通过注射机或其他气压施加装置的压力将树脂体系导入进注塑成型模具中；
[0032]观察出胶口流出胶液的情况，待流出的胶液无气泡时关闭出胶口；继续注射一段时间后再打开出胶口，若流出的胶液有气泡，则再关闭出胶口并继续注射一段时间后打开出胶口，再次观察流出的胶液是否有气泡，重复上述过程直到流出的胶液无气泡后，关闭出胶口和注胶口。
[0033]一种碳纤维复合材料格栅结构的液体成型装置，包括：
[0034]预成型模具，用于制备预成型体；该预成型模具包括底板、盖板、活块以及芯模，其中底板和盖板上均设置有锁紧结构，该锁紧结构通过将螺本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种碳纤维复合材料格栅结构的液体成型方法，其特征在于，包括如下步骤：选择树脂体系和增强体材料，树脂体系选用热固性树脂，增强体材料选用碳纤维织物；对选择的树脂体系进行流变特性和固化特性测试，确定合适的注射温度以及固化条件；对选择的碳纤维织物进行面密度和体密度测试，为后续计算铺层数提供数据；根据产品承载性能要求设计织物的铺设方式；将定型剂喷洒在碳纤维织物表面进行定型，对定型后的碳纤维织物根据纤维铺层数和制件的形状进行裁剪；在预成型模具表面涂抹脱模剂，将裁剪后的碳纤维织物分别铺设在活块和芯块的表面，装好预成型模具并通过螺栓锁紧，放入烘箱中在设定的温度下加热至形成碳纤维预成型体，然后取出并冷却至室温，再将预成型体和芯模一同取出；在注塑成型模具表面涂抹脱模剂，将预成型体以及芯模和活块装入到注塑成型模具中，通过螺栓锁紧，保持模具气密；将所述树脂体系在真空烘箱中进行脱泡处理，然后预热至注射温度，再导入到上述注塑成型模具中，再将注塑成型模具放入烘箱中，在设定的固化条件下进行加热固化；固化结束后取出注塑成型模具，待冷却至室温时进行脱模，取出制件；对所述制件进行表面清洁处理，并进行无损检测，获得合格的复合材料制件。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述热固性树脂为环氧树脂、酚醛树脂、氰酸酯树脂、双马树脂或聚酰亚胺树脂，树脂室温粘度小于1.0Pa
·
s。3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述碳纤维织物为平纹织物、斜纹织物或缎纹织物。4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，计算纤维铺层数的公式如下：其中，v
f
表示纤维体积分数，n表示纤维铺层数，a
f
表示纤维层的纤维面密度，ρ
f
表示纤维的体密度，h
f
表示纤维铺层的厚度。5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述铺设方式包括铺层数、纤维体积分数、铺层纤维角度和铺层顺序。6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，定型剂的定型方法选用粉末法或者溶液法，定型剂用量为增强体材料质量的3％～8％。7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，树脂体系导入到注塑成型模具的步骤包括：将预热至注射温度的树脂体系放入装料罐中；将出胶口处连接真空泵，在密封情况下打开真空泵抽真空，达到一定真空度；在设定的注塑温度下，将树脂体系通过注射机或其他气压施加装置的压力将树脂体系导入进注塑成型模具中；观察出胶口流出胶液的情况，待流...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈超，王希，唐中华，张帅，倪敏轩，郭长龙，刘秀，孙萌萌，
申请(专利权)人：海鹰空天材料研究院苏州有限责任公司，
类型：发明
国别省市：
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