【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于复合材料，具体是涉及一种适用自动铺放原位固结工艺下的热塑性复合材料制备方法。
技术介绍
1、热塑性复合材料具备抗冲击性能好、制造效率高、可焊接、易修补等优点，已成为航空材料重要发展方向。热塑性复合材料具备高韧性、耐疲劳、可重复加工等特性，可弥补传统热固性复合材料韧性不足、在低速冲击下易分层、疲劳极限低等问题；在热塑性复合材料成型过程中树脂无化学反应，成型周期短，效率高；具有重塑性，可实现制件焊接和原位修复，有效减少传统制件中的紧固件和连接件，在国外军民用飞机结构上得到应用，实现结构减重和效能提升。
2、原位固结工艺无需使用热压罐，可显著降低制造成本，缩短成型周期，国内外航空装备的需求明确。热塑性复合材料“熔融-固结”的成型过程非常适合原位固结工艺，可在获得优异制件性能的同时节省传统制造过程中热压罐设备、辅助材料等的投入，显著提高制造效率和制件质量，有效推进其工程化扩大应用。原位固结热塑性复合材料应用潜力巨大，国外已在gulfstream650的方向舵和升降舵、victrex与coriolis公司合作的机身壁板结构、空客公司的平尾扭力盒和机身验证件等结构上成功应用，在实现制造成本降低与减重的同时，提高了结构损伤容限和抗疲劳性能。
3、热塑性复合材料原位成型过程中的升降温速度较快、工艺时间短且不使用热压罐或压机等装备，面临铺放层间界面结合差、制件孔隙多等问题。自动铺放原位固结制备复合材料质量的好坏与所用的预浸窄带的质量与性能密切相关，预浸窄带需与自动铺放原位固结工艺相适应匹配。国内现有热塑性预浸
技术实现思路
1、(一)要解决的技术问题
2、本专利技术主要针对以上问题，提出了一种适用自动铺放原位固结工艺下的热塑性复合材料制备方法，其目的是解决热塑性复合材料制备过程中高孔隙率的问题，促进航空热塑性复合材料自动铺放原位固结技术的快速可靠应用。
3、(二)技术方案
4、为实现上述目的，本专利技术提供了一种适用自动铺放原位固结工艺下的热塑性复合材料制备方法，该制备方法包括如下步骤：
5、s100、选用与基体结构相同但粘度低于基体结构的热塑性树脂粉末，将此粉末做成水性悬浮液，对纤维进行上浆处理，控制上浆量在特定范围内；
6、s200、采用与步骤s100中相同类型的热塑性树脂粉末，配置为浓度高于步骤s100中的水性悬浮液，使用热熔法对经过上浆处理的纤维制备出连续纤维热塑性预浸料；
7、s300、将所得的连续纤维热塑性预浸料按需分切，形成宽度适配自动铺放及原位固结工艺要求的热塑性窄带。
8、进一步地，所使用的热塑性树脂粉末选自聚醚醚酮、聚醚酮酮、聚醚酮、聚醚砜酮酮、聚醚砜醚酮酮、改性聚醚砜、改性聚醚酮中的一种或多种混合物，粒径d50范围为0.1μm-10μm；最佳粒径d50范围为1μm-5μm。
9、进一步地，步骤s100中的所述水性悬浮液浓度为1％-10％，最佳浓度范围2％-5％。
10、进一步地，在步骤s100中，纤维上浆后需要进行高温连续后处理，处理温度介于300℃-400℃之间，最佳处理温度320℃-380℃。
11、进一步地，进行高温连续后处理的处理时间为10s-60s，最佳处理时间20s-40s。
12、进一步地，控制上浆量范围为0.5％-8％，最佳上浆量范围为2％-5％。
13、进一步地，步骤s200中，与上浆剂同类的高性能热塑性树脂粉末包括并不限于分子量更高、分子量分布更窄的同类热塑性树脂粉末，粉末粒径d50范围为1μm-30μm，最佳粒径d50范围为5μm-15μm。
14、进一步地，所述热熔法制备连续纤维热塑性预浸料的步骤包括：穿纱、展纱、悬浮液浸润、高温浸润、高温辊压浸润以及牵引收卷等步骤。
15、进一步地，步骤s200中的水性悬浮液浓度为8％-30％，最佳浓度范围10％-20％。
16、进一步地，步骤s200中，高温烘道的温度范围为250℃-400℃，最佳温度范围为300℃-380℃，高温烘道也可以分段进行，温度从入口到进口温度逐渐升高，烘道长度2000mm-4000mm，线速度为1m/min-5m/min。
17、进一步地，步骤s200中，高温压辊温度为50℃-350℃，最佳温度范围为150℃-250℃。
18、(三)有益效果
19、与现有技术相比，本专利技术提供的一种适用自动铺放原位固结工艺下的热塑性复合材料制备方法，具有如下效果：
20、(1)适于制备低孔隙单向高性能热塑性预浸料：由于采用同类低粘度树脂进行碳纤维上浆处理并控制上浆量，并采用同类高性能粉末悬浮热熔法制备预浸料，树脂浸润碳纤维效果好，并结合高温热压，使制备的热塑性预浸料孔隙率达到1％以下。
21、(2)制备的预浸料窄带适于自动铺放原位固结工艺：由于上浆剂为相对低粘度同类树脂，利于树脂浸润纤维的同时，也利于树脂体系粘度的降低，进一步利于铺放过程排除裹进的空气，降低复合材料孔隙率。
22、(3)制造环境安全友好：由于采用水性悬浮液，污染少，对操作人危害小，制造环境安全友好。
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1.一种适用自动铺放原位固结工艺下的热塑性复合材料制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种适用自动铺放原位固结工艺下的热塑性复合材料制备方法，其特征在于，所使用的热塑性树脂粉末选自聚醚醚酮、聚醚酮酮、聚醚酮、聚醚砜酮酮、聚醚砜醚酮酮、改性聚醚砜、改性聚醚酮中的一种或多种混合物，粒径D50范围为0.1μm-10μm。
3.根据权利要求1所述的一种适用自动铺放原位固结工艺下的热塑性复合材料制备方法，其特征在于，步骤S100中的所述水性悬浮液浓度为1％-10％。
4.根据权利要求1所述的一种适用自动铺放原位固结工艺下的热塑性复合材料制备方法，其特征在于，在步骤S100中，纤维上浆后进行高温连续后处理，处理温度介于300℃-400℃之间。
5.根据权利要求4所述的一种适用自动铺放原位固结工艺下的热塑性复合材料制备方法，其特征在于，进行高温连续后处理的处理时间为10s-60s。
6.根据权利要求1所述的一种适用自动铺放原位固结工艺下的热塑性复合材料制备方法，其特征在于，控制上浆量范围为0.5％-8％。p>
7.根据权利要求1所述的一种适用自动铺放原位固结工艺下的热塑性复合材料制备方法，其特征在于，所述热熔法制备连续纤维热塑性预浸料的步骤包括：穿纱、展纱、悬浮液浸润、高温浸润、高温辊压浸润以及牵引收卷。
8.根据权利要求1所述的一种适用自动铺放原位固结工艺下的热塑性复合材料制备方法，其特征在于，步骤S200中的水性悬浮液浓度为8％-30％。
9.根据权利要求7所述的一种适用自动铺放原位固结工艺下的热塑性复合材料制备方法，其特征在于，步骤S200中，高温烘道的温度范围为250℃-400℃，分段进行温度逐渐升高，烘道长度2000mm-4000mm，线速度为1m/min-5m/min。
10.根据权利要求7所述的一种适用自动铺放原位固结工艺下的热塑性复合材料制备方法，其特征在于，步骤S200中，高温压辊温度为50℃-350℃。
...【技术特征摘要】
1.一种适用自动铺放原位固结工艺下的热塑性复合材料制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种适用自动铺放原位固结工艺下的热塑性复合材料制备方法，其特征在于，所使用的热塑性树脂粉末选自聚醚醚酮、聚醚酮酮、聚醚酮、聚醚砜酮酮、聚醚砜醚酮酮、改性聚醚砜、改性聚醚酮中的一种或多种混合物，粒径d50范围为0.1μm-10μm。
3.根据权利要求1所述的一种适用自动铺放原位固结工艺下的热塑性复合材料制备方法，其特征在于，步骤s100中的所述水性悬浮液浓度为1％-10％。
4.根据权利要求1所述的一种适用自动铺放原位固结工艺下的热塑性复合材料制备方法，其特征在于，在步骤s100中，纤维上浆后进行高温连续后处理，处理温度介于300℃-400℃之间。
5.根据权利要求4所述的一种适用自动铺放原位固结工艺下的热塑性复合材料制备方法，其特征在于，进行高温连续后处理的处理时间为10s-60s。
6.根据权利要求1...
【专利技术属性】
技术研发人员：张宝艳，高亮，霍红宇，周典瑞，吴天宇，姚鑫，
申请(专利权)人：中国航空制造技术研究院，
类型：发明
国别省市：
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