碳纤维复合材料厚层均匀树脂分布与低孔隙率成型方法技术

本发明专利技术公开了一种碳纤维复合材料厚层均匀树脂分布与低孔隙率成型方法，具体包括如下步骤：步骤1，对复合材料厚层合板结构进行厚度方向分区；步骤2，根据步骤1所得的分区结果，对分区之后的铺层表层铺贴胶膜，并进行加热加压预压实；步骤3，将预压实后的所有分区层合板封装之后按照材料供应商提供的固化工艺曲线进行固化；步骤4，厚复合材料层合板脱模。本发明专利技术不需要更换新的材料以及设备，也不需要大量的流动压实模拟与实验数据，仅需要对层合板进行分区和加热加压预压实，便可确保厚复合材料层合板内部树脂分布均匀以及降低内部孔隙率。合板内部树脂分布均匀以及降低内部孔隙率。合板内部树脂分布均匀以及降低内部孔隙率。

【技术实现步骤摘要】
碳纤维复合材料厚层均匀树脂分布与低孔隙率成型方法


[0001]本专利技术属于复合材料成型
，涉及一种碳纤维复合材料厚层均匀树脂分布与低孔隙率成型方法。

技术介绍

[0002]目前碳纤维厚复合材料层合板的成型过程通常为：利用预浸料，采用手工铺层或者自动铺层至所需的厚度或者层数，然后采用隔离膜、真空袋等材料封装之后放入热压罐中，在一定的温度或者压力下固化成型。
[0003]当层合板结构较厚，且所使用的预浸料体系固化过程存在树脂流动时，靠近成型模具的铺层树脂流量过少，而靠近外侧吸胶层的树脂流量过多，导致层合板在厚度方向上产生树脂分布不均匀。同时，厚层合板由于厚度较大，固化压力无法有效传递到靠近模具的铺层，导致这些铺层压力不足，而产生孔隙等缺陷，从而极大降低了层合板结构的服役力学性能。
[0004]对于控制厚复合材料层合板树脂的梯度分布与孔隙率，现在技术是从固化过程或者材料体系进行控制的。其中，固化过程的控制，需要通过大量的实验或者有限元仿真方法，寻找足够大的固化压力或者合适的升温曲线，但目前并没有合适的协调方法。而从材料体系控制，一旦层合板设计完成，材料也是固定的，无法更改。因此，如何解决现有的厚复合材料层合板树脂均匀度与孔隙度调控问题，亟需解决。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种碳纤维复合材料结构均匀树脂分布与低孔隙率成型方法，解决了目前厚层合板成型方式存在的树脂分布不均匀以及孔隙率高的问题。
[0006]本专利技术所采用的技术方案是，碳纤维复合材料厚层均匀树脂分布与低孔隙率成型方法，具体包括如下步骤：
[0007]步骤1，对复合材料厚层合板结构进行厚度方向分区；
[0008]步骤2，根据步骤1所得的分区结果，对分区之后的铺层表层铺贴胶膜，并进行加热加压预压实；
[0009]步骤3，对经步骤2处理后的厚层合板进行固化成型；
[0010]步骤4，对经步骤3成型的厚层合板进行脱模处理。
[0011]本专利技术的特点还在于：
[0012]步骤1的具体过程为：将碳纤维复合材料厚层合板沿厚度方向依次划分为N个分区层，第一分区层为靠近模具的一侧。
[0013]步骤2的具体过程为：
[0014]步骤2.1，碳纤维复合材料第一分区层铺贴在模具上，在第一分区层的上表面铺设一层以树脂制作的胶膜形成第一分区铺层，对第一分区铺层进行预压后采用封装材料对第一分区铺层进行封装，得到第一分区封装体；
[0015]步骤2.2，将步骤2.1得到的第一分区封装体置入热压罐中，以0.100℃0000的升温速率升温至400100℃，同时加压0.400.8MPa，保温10030000后降温到室温，而后将第一分区封装体从热压罐中取出，拆除封装材料，得到第一分区压实层；
[0016]步骤2.3，在步骤2.2得到的第一分区压实层上表面铺设碳纤维复合材料第二分区层，在第二分区层的上表面铺设一层以树脂制作的胶膜形成第二分区铺层；
[0017]步骤2.4，将步骤2.2所得的第一分区压实层和步骤2.3所得的第二分区铺层进行整体封装后，得到第二分区封装体；
[0018]步骤2.0，将步骤2.4所得的第二分区封装体置入热压罐中，以0.100℃0000的升温速率升温到400100℃，同时加压0.400.8MPa，保温10030000后降温到室温，而后将该封装体从热压罐中取出，拆除封装材料，得到第二分区压实层；
[0019]步骤2.6，重复执行步骤2.202.0，继续在第二分区压实层上依次进行第三分区层、第四分区层、......、第N
‑
1分区层的铺贴，得到第N
‑
1分区压实层；
[0020]步骤2.7，在步骤2.6得到的N
‑
1分区压实层上表面铺设碳纤维复合材料第N分区层，在第N分区层的上表面铺设一层以树脂制作的胶膜形成第N分区铺层，并将N个分区层进行统一封装，得到碳纤维复合材料厚层合板的整个封装体。
[0021]步骤2.2和步骤2.0中，升温速率、升温温度以及加压压力根据如下公式(1)所示的树脂流动模型确定，确保树脂含量在碳纤维复合材料厚层合板的厚度方向均匀分布，且不再随时间变化时的树脂流动时间为最短保温时间：
[0022][0023]式中，k
x
、k
y
、k
z
分别为复合材料沿x、y和z三个方向的渗透率；m
v
为体积变化系数；P
r
为树脂压力；η为树脂粘度。
[0024]本专利技术的有益效果是，本专利技术提供的成型方法，只需要通过调整厚复合材料层合板的分区，并在分区表层铺贴树脂层，继而针对分区的铺层进行预压实，来达到调整厚复合材料层合板内部树脂含量与孔隙率的目的；与现有技术相比，本专利技术不需要更换额外的材料及设备，操作简单，也不需要大量的流动压实模拟数据；同时成型参数的设置也不需要改变，有效地解决了现有成型方式中所存在的厚复合材料层合板成型后内部树脂分布不均匀以及孔隙率过高的问题，保证了厚复合材料层合板力学性能符合设计要求。
附图说明
[0025]图1是本专利技术碳纤维复合材料厚层均匀树脂分布与低孔隙率成型方法中的厚层合板结构分区示意图；
[0026]图2是本专利技术碳纤维复合材料厚层均匀树脂分布与低孔隙率成型方法的固化工艺曲线。
具体实施方式
[0027]下面结合附图和具体实施方式对本专利技术进行详细说明。
[0028]本专利技术碳纤维复合材料厚层均匀树脂分布与低孔隙率成型方法，具体包括如下步
骤：
[0029]步骤1，规划厚层合板铺层分区：根据厚复合材料层合板厚度特点，将厚复合材料层合板沿厚度方向进行分区划分(从下至上，最下方为第一层，靠近模具一侧，依次划分为第一分区、第二分区到第N分区)，以此作为后续分批预压实的基础；每一个分区的厚度在001000。
[0030]步骤2，分区铺层的铺贴、封装及预压实：
[0031]首先将第一分区的铺层，按照设计铺层要求，把预浸料逐层铺贴在模具上，并在第一分区的最上面一层，铺设一层以树脂制作的胶膜，预压后采用封装材料进行封装；将封装好的第一分区的铺层，置入热压罐中，以0.100℃0000中的升温速率升温到400100℃，同时加压0.400.8MPa，保温10030000后降温到室温。而后将该封装体从热压罐中取出，拆除封装材料，在第一分区的最上层，继续按照铺层设计角度要求铺贴第二分区，铺贴好之后同样在第二分区的最上层铺贴一层树脂层，将第一、第二分区整体封装之后，置入热压罐中，以0.100℃0000的升温速率升温到400100℃，同时加压0.400.8MPa，保温10030000后降温到室温。而后将该封装体从热压罐中取出，拆除封装材料，在第二分区的最上层，继续按照铺层设计角度要求铺贴第三分区以及树脂层，重复上述过程，直至铺贴完最后一个分区。
[0032]在步骤2中，升温温度，可以利用动态差示本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.碳纤维复合材料厚层均匀树脂分布与低孔隙率成型方法，其特征在于：具体包括如下步骤：步骤1，对复合材料厚层合板结构进行厚度方向分区；步骤2，根据步骤1所得的分区结果，对分区之后的铺层表层铺贴胶膜，并进行加热加压预压实；步骤3，对经步骤2处理后的厚层合板进行固化成型；步骤4，对经步骤3成型的厚层合板进行脱模处理。2.根据权利要求1所述的碳纤维复合材料厚层均匀树脂分布与低孔隙率成型方法，其特征在于：所述步骤1的具体过程为：将碳纤维复合材料厚层合板沿厚度方向依次划分为N个分区层，第一分区层为靠近模具的一侧。3.根据权利要求2所述的碳纤维复合材料厚层均匀树脂分布与低孔隙率成型方法，其特征在于：所述步骤1中，每个分区层的厚度为5～10mm。4.根据权利要求2所述的碳纤维复合材料厚层均匀树脂分布与低孔隙率成型方法，其特征在于：所述步骤2的具体过程为：步骤2.1，碳纤维复合材料第一分区层铺贴在模具上，在第一分区层的上表面铺设一层以树脂制作的胶膜形成第一分区铺层，对第一分区铺层进行预压后采用封装材料对第一分区铺层进行封装，得到第一分区封装体；步骤2.2，将步骤2.1得到的第一分区封装体置入热压罐中，以0.1～5℃0m00的升温速率升温至40～100℃，同时加压0.4～0.8MPa，保温15～30m00后降温到室温，而后将第一分区封装体从热压罐中取出，拆除封装材料，得到第一分区压实层；步骤2.3，在步骤2.2得到的第一分区压实层上表面铺设碳纤维复合材料第二分区层，在第二分区层的上表面铺设一层以树脂制作的胶膜形成第二分区铺层；步骤2.4，将步骤2.2...

【专利技术属性】
技术研发人员：元振毅，魏方见，杨振朝，同新星，孔令飞，思悦，
申请(专利权)人：西安理工大学，
类型：发明
国别省市：