本申请实施例提供的一种热塑性复合材料抗冲阻力板及其制备工艺。本申请实施例提供的热塑性复合材料抗冲击力板包括主板，所述主板的两侧设置有加强梁，所述主板上设置有横向加强筋及纵向加强筋，所述横向加强筋沿所述主板的宽度方向延伸，所述纵向加强筋沿所述主板的长度方向延伸，所述主板与所述加强梁通过榫卯结构连接。本申请实施例通过榫卯结构连接的方式弥补了热塑性复合材料粘接强度低的缺陷，实现了抗冲阻力板承载能力均衡化的目标。本申请实施例采用抗冲击结构与热塑性复合材料相结合的方法，通过真空袋压成型制备出与现有抗冲击力板结构不同的热塑性产品。击力板结构不同的热塑性产品。击力板结构不同的热塑性产品。
【技术实现步骤摘要】
一种热塑性复合材料抗冲阻力板及其制备工艺
[0001]本申请涉及复合材料结构成型
，具体涉及一种热塑性复合材料抗冲阻力板及其制备工艺。
技术介绍
[0002]碳纤维增强树脂基复合材料具有较高的比强度、比刚度、耐腐蚀、抗冲吸能效果好等一系列优点，已成为航空航天领域首选材料。根据国外研究，复合材料结构产品的抗冲吸能效果优于铝合金材料结构件，在相同几何尺寸的前提下，相同重量的复合材料结构件吸收的能量几乎为铝合金结构件的2.7倍，复合材料试样单位长度吸收的能量几乎为铝合金试样的1.33倍。目前，在复合材料使用全寿命周期内，普遍出现的损伤模式为冲击损伤。对于热固性复合材料而言，尽管该材料体系抗冲吸能效果优于金属材质，但仍存在冲击能量吸收偏低，制品的损伤容限偏小的问题，导致热固性复合材料制品在冲击损伤后引发其他破坏模式最终失效。此外，热固性复合材料还存在冲击损伤后难以修复，产品失效后无法重复使用的问题。
[0003]与热固性复合材料相比，热塑性复合材料树脂基体分子结构呈现线性结构，分子在外力的作用下变形大，其韧性能够达到热固性树脂的10倍以上，可进行多次加热熔融，重复使用，有效的降低了产品的维修成本。目前已将玻璃纤维增强聚苯硫醚(GF/PPS)热塑性复合材料应用在空客A380的机翼前缘中，与热固性相比该结构减重了25％。Fokker公司使用碳纤维增强聚醚醚酮(CF/PEEK)热塑性复合材料制作了扭矩盒试验件，采用焊接方式实现了加强筋粘接。西班牙复合材料研究与应用中心(FIDAMC)开发了热塑性复合材料支撑结构的铺放工装，采用自动化和非热压罐方法制备了机翼结构。尽管热塑性复合材料具有良好的力学性能，但在工况恶劣的场合，需要根据结构服役工况特点，以产品刚度、强度为约束条件，开展结构尺寸、纤维分布、纤维含量等工艺参数优化，以达到最大减重比例。王汝等采用ISIGHT中的Kriging模型和系列二次规划对复合材料薄壁加筋板的结构进行优化，根据优化结果对铺层顺序、铺层数量等参数进行优化。Almeida等采用遗传算法(GA)对结构进行截面优化，在考虑制造特点的TFP过程的基础上，通过施加约束，以产生可行的纤维模式用于制造，通过优化截面特定结构刚度提高了22.0％。
[0004]抗冲阻力板具有较高的承载要求，还具有载荷多样化、分布差异大特点。现有技术没有报道过利用热塑性复合材料制备抗冲阻力板。由于热塑性复合材料粘结强度低，若现有抗冲阻力板的成型工艺将热塑性复合材料加工成现有结构的抗冲阻力板，制作出的抗冲阻力板会出现承载能力不均衡的缺陷。
技术实现思路
[0005]为了解决上述技术缺陷之一，本申请实施例提供了一种热塑性复合材料抗冲阻力板及其制备工艺，本申请实施例采用抗冲击结构与热塑性复合材料相结合的方法，通过真空袋压成型制备出抗冲阻力板，根据抗冲阻力板的载荷分布特点，采用横向加强筋和纵向
加强筋进行定点增强，实现抗冲击强度最大化的目标；此外，本申请实施例提供的热塑性复合材料抗冲击力板具有榫卯结构，通过榫卯结构连接的方式弥补了热塑性复合材料粘接强度低的缺陷，使抗冲阻力板的承载能力均衡化。
[0006]第一方面，本申请实施例提供了一种热塑性复合材料抗冲阻力板包括主板，所述主板的两侧设置有加强梁，所述主板上设置有横向加强筋及纵向加强筋，所述横向加强筋沿所述主板的宽度方向延伸，所述纵向加强筋沿所述主板的长度方向延伸，所述主板与所述加强梁通过榫卯结构连接。
[0007]优选的，所述主板包括抗冲击部及两个连接部，两个连接部对称设置于所述抗冲击部的两侧，所述抗冲击部的截面呈波形结构，所述波形结构包括圆弧形波、正弦波、余弦波、三角波、矩形波中的至少一种。
[0008]进一步优选的，所述连接部的厚度由靠近所述抗冲击部的一端向远离所述抗冲击部的一端逐渐增大，所述连接部在远离所述抗冲击部的一端设置有榫头，所述加强梁上设置有与所述榫头对应的榫槽，所述连接部与对应的加强梁通过榫头嵌入榫槽的榫卯结构连接。
[0009]优选的，所述横向加强筋的数量不少于三个，所述横向加强筋等间距分布；所述纵向加强筋的数量不少于三个，所述纵向加强筋等间距分布。
[0010]优选的，所述加强梁为L型结构，两个加强梁对称设置于所述主板的两侧。
[0011]第二方面，本申请实施例提供的一种如第一方面所述的热塑性复合材料抗冲击力板的制备工艺，包括如下步骤：
[0012](1)裁剪热塑性预浸料，获得预浸料块A、预浸料块B、预浸料块C、预浸料块D及预浸料块E；其中，所述预浸料块A的尺寸不小于所述主板的抗冲击部的尺寸；所述预浸料块B的的尺寸不小于所述主板的连接部的尺寸，所述预浸料块C的尺寸不小于所述横向加强筋的尺寸，所述预浸料块D的尺寸不小于所述纵向加强筋的尺寸，所述预浸料块E的尺寸不小于所述加强梁的尺寸；
[0013](2)准备主板铺层模具，采用超声焊对预浸料块A、预浸料块B、预浸料块C及预浸料块D进行加热；将预浸料块B铺于所述主板铺层模具上，按照预定铺层要求完成与所述主板的连接部对应的增厚铺层，获得预制体B；将预浸料块C铺于主板铺层模具上，按照预定铺层要求完成与所述横向加强筋对应的增厚铺层，获得预制体C；将预浸料块D铺于主板铺层模具上，按照预定铺层要求完成与所述纵向加强筋对应的增厚铺层，获得预制体D；
[0014](3)准备加强梁铺层模具，采用超声焊对预浸料块E进行加热，将预浸料块E铺于加强梁铺层模具上，按照预定铺层要求完成与所述加强梁对应的铺层，获得预制体E；
[0015](4)准备主板成型模具和加强梁成型模具；采用超声焊对预浸料块A进行加热；将预制体C、预制体D、预制体B及预浸料块A依次装模，使预制体C在主板成型模具中的位置与横向加强筋对应，预制体D在主板成型模具中的位置与纵向加强筋对应，预制体B在主板成型模具中的位置与主板的连接部对应，预浸料块A在主板成型模具中的位置与主板的抗冲击部对应；将预制体E放入加强梁成型模具内；
[0016](5)将步骤(4)装模后的主板成型模具和加强梁成型模具分别放入真空袋内，然后进行真空袋加热成型，经脱模、清理获得主板和加强梁；
[0017](6)对步骤(5)所得主板的端头进行加工形成榫头，对步骤(5)所得加强梁的端头
进行加工形成榫槽，在主板的榫头表面粘结一层电阻材料，然后将榫头嵌入加强梁的榫槽中形成榫卯结构，然后对榫卯结构进行加热处理，使榫头与榫槽粘结，制得热塑性复合材料抗冲击力板。
[0018]优选的，所述热塑性预浸料的树脂基体选自聚丙烯树脂、聚酰胺树脂、聚碳酸酯树脂、聚乙烯树脂、聚醚醚酮树脂、聚芳醚酮树脂中的至少一种。
[0019]优选的，所述真空袋加热成型具体包括：按照30～60℃/h的升温速率，升温至250～280℃后保温30min，升温至340～350℃后保温50min，升温至380～400℃后保温15min，抽真空至
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0.1MPa后继续保温30min，然后按照30～50℃/h的降温速率降至室温，停止抽本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种热塑性复合材料抗冲击力板，其特征在于，包括主板，所述主板的两侧设置有加强梁，所述主板上设置有横向加强筋及纵向加强筋，所述横向加强筋沿所述主板的宽度方向延伸，所述纵向加强筋沿所述主板的长度方向延伸，所述主板与所述加强梁通过榫卯结构连接。2.根据权利要求1所述的热塑性复合材料抗冲击力板，其特征在于，所述主板包括抗冲击部及两个连接部，两个连接部对称设置于所述抗冲击部的两侧，所述抗冲击部的截面呈波形结构，所述波形结构包括圆弧形波、正弦波、余弦波、三角波、矩形波中的至少一种。3.根据权利要求2所述的热塑性复合材料抗冲击力板，其特征在于，所述连接部的厚度由靠近所述抗冲击部的一端向远离所述抗冲击部的一端逐渐增大，所述连接部在远离所述抗冲击部的一端设置有榫头，所述加强梁上设置有与所述榫头对应的榫槽，所述连接部与对应的加强梁通过榫头嵌入榫槽的榫卯结构连接。4.根据权利要求3所述的热塑性复合材料的抗冲击力板，其特征在于，所述加强梁为L型结构，两个加强梁对称设置于所述主板的两侧。5.一种如权利要求1～4中任一项所述的热塑性复合材料抗冲击力板的制备工艺，其特征在于，包括如下步骤：(1)裁剪热塑性预浸料，获得预浸料块A、预浸料块B、预浸料块C、预浸料块D及预浸料块E；其中，所述预浸料块A的尺寸不小于所述主板的抗冲击部的尺寸；所述预浸料块B的的尺寸不小于所述主板的连接部的尺寸，所述预浸料块C的尺寸不小于所述横向加强筋的尺寸，所述预浸料块D的尺寸不小于所述纵向加强筋的尺寸，所述预浸料块E的尺寸不小于所述加强梁的尺寸；(2)准备主板铺层模具，采用超声焊对预浸料块A、预浸料块B、预浸料块C及预浸料块D进行加热；将预浸料块B铺于所述主板铺层模具上，按照预定铺层要求完成与所述主板的连接部对应的增厚铺层，获得预制体B；将预浸料块C铺于主板铺层模具上，按照预定铺层要求完成与所述横向加强筋对应的增厚铺层，获得预制体C；将预浸料块D铺于主板铺层模具上，按照预定铺层要求完成与所述纵向加强筋对应的增厚铺层，获得预制体D；(3)准备加强梁铺层模具，采用超声焊对预浸料块E进行加热，将预浸料块E铺于加强梁铺层模具上，按照预定铺层要求完成与所述加强梁...
【专利技术属性】
技术研发人员：李桂洋，郑国栋，王道晟，郭子民，南巡，周宇，石佩洛，李伟明，左小彪，
申请(专利权)人：航天材料及工艺研究所，
类型：发明
国别省市：
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