用于无人机机身、机翼的复合材料层合板的层间增强工艺制造技术

本发明专利技术公开了一种用于无人机机身、机翼的复合材料层合板的层间增强工艺，其包括以下步骤：1）利用拉挤成型工艺制备碳纤维增强树脂基复合材料销钉；2)制备含碳纤维增强树脂基复合材料销钉的泡沫预制体；3)将泡沫预制体中的碳纤维增强树脂基复合材料销钉植入用于无人机机身、机翼的复合材料层合板；4)对植入碳纤维增强树脂基复合材料销钉后复合材料层合板进行力学性能测试。利用该工艺可以提高无人机复合材料层合板结构的抗低速冲击能力，尤其是复合材料层合板加筋结构的抗层间剪切强度，为复合材料层合板的轻量化和低成本化打下坚实基础。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用于无人机身、机翼的复合材料层合板，更具体地说，涉及一种更具抗低速冲击能力和抗层间剪切强度的用于无人机身、机翼的复合材料层合板及其层间增强工艺。
技术介绍
近年来，随着应用研究的深入和成型技术的发展，纤维增强树脂基复合材料(Fiber reinforced resin matrix composites)已经被广泛应用于航空航天的结构件。然而，由于受到传统经典复合材料层合板(Classic composite laminate)的结构以及胶接、共固化等工艺的限制，导致复合材料层合板的层间薄弱，因此复合材料层合板的层间断裂韧性(Interlaminar fracture toughness)和冲击损伤容限(Impact damage tolerance)普遍较低，限制了其在航空航天飞行器主承力结构上的应用。目前，用于复合材料层合板层间增强主要是通过缝合工艺，该缝合工艺是用高抗拉的纱线将很多铺层缝合起来制造具有3D纤维结构的预成型件。但是这种工艺会给预制体造成如下损伤纤维破损、纤维错位、纤维弯折、富树脂区、缝线扭曲、微裂纹、压实。另外，现有无人机中使用的复合材料料层合板结构件存在明显不足，如抗冲击性能较弱，加筋一壁板界面出现分层等等。。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种能有效解决上述问题的用于无人机身、机翼的复合材料层合板的层间增强工艺(Z-pin工艺)。该工艺与传统的预浸料-热压罐工艺相结合，将Z向(垂直)销钉植入层合板结构，增强了复合材料层合板的抗低速冲击能力，尤其是复合材料层合板加筋结构的抗层间剪切强度，为复合材料层合板结构的轻量化和复合材料应用的低成本化打下坚实基础。本专利技术中用于无人机身、机翼的复合材料层合板的层间增强工艺包括有以下步骤 1)采用与无人机复合材料结构中相同的碳纤维和树脂材料，并利用拉挤成型工艺制备碳纤维增强树脂基复合材料销钉； 2)制备含碳纤维增强树脂基复合材料销钉的泡沫预制体； 3)将泡沫预制体中的碳纤维增强树脂基复合材料销钉植入用于无人机机身、机翼的复合材料层合板； 4)对植入碳纤维增强树脂基复合材料销钉后的复合材料层合板进行力学性能测试。在上述步骤3)中利用热压罐法的方法将碳纤维增强树脂基复合材料销钉植入到复合材料层合板的加筋结构与壁板的连接部位。所述热压罐法的方法是将含有碳纤维复合材料销钉的泡沫预制体放在未固化的层合板需要增韧的部位，再套上真空袋，随着温度的升高，层合板的预浸层板逐渐软化，同时泡沫预制体逐渐融溃，使碳纤维复合材料销钉在热压罐产生的压力作用下将转移到层合板的层板里，待固化后，将层合板从热压罐中取出，用金刚刀割除多余的泡沫和碳纤维复合材料销钉。在上述步骤3)中利用超声波辅助嵌入技术将碳纤维增强树脂基复合材料销钉植入到复合材料层合板的加筋结构与壁板的连接部位。所述超声波辅助嵌入技术利用专用的超声枪将泡沫预制体中的泡沫预制体压入层合板的层板间，超声枪中的超声波带动枪头触角进行高频振动，降低嵌入泡沫预制体需要的作用力，振动产生的热使泡沫预制体的树脂软化，易于泡沫预制体的转移。在上述步骤3)中利用手工植入的方式将碳纤维增强树脂基复合材料销钉单独的植入到复合材料层合板的加筋结构与壁板的连接部位。上述步骤I)中的拉挤成型工艺是由供给置供给连续纤维长丝进入浸胶槽，在浸胶槽内使销钉坯与纤维长丝结合固定，从浸胶槽出来的纤维长丝连同销钉坯一起进入到升温模具进行固化，并以卷装的形式缠绕起来以便贮存和运输。在纤维长丝通过浸溃槽前对纤维长丝进行预热，同时加热浸溃槽及调节浸溃槽内树脂温度能降低树脂的粘度。用于制备含碳纤维增强树脂基复合材料销钉的碳纤维增强树脂基复合材料为SiC/双马树脂、T650/双马树脂、T300/环氧、T300/双马树脂、PlOO/环氧或S玻纤/环氧。所述含碳纤维增强树脂基复合材料销钉的直径在O. 15 mm 1. 5 mm之间。利用本专利技术中的层间增强工艺后既可以弥补当前广泛应用的缝合工艺的不足，又能为目前流行的树脂传递模塑成型(RTM)、真空辅助树脂传递模塑成型(VARTM)工艺提供层间增强的纤维织物预制体，因此成为国内外复合材料界研究的焦点。本专利技术中的层间增强工艺提高了无人机复合材料层合板的抗低速冲击能力，尤其是复合材料层合板加筋结构的抗层间剪切强度，为复合材料层合板结构的轻量化和低成本化打下坚实基础。附图说明图1为本专利技术中复合材料层合板层间增强的工艺流程图。图2为本专利技术中复合材料销钉的拉挤成型工艺的流程示意图。图3为本专利技术中的预制泡沫件的结构示意图。图4为本专利技术中热压罐植入步骤的示意图。图5为本专利技术中超声波植入步骤的示意图。具体实施例方式下面将结合附图对本专利技术中的具体实施例作详细说明。本专利技术中用于无人机身、机翼的复合材料层合板的层间增强的工艺包括有以下步骤 O材料、设备的准备此步骤中主要是单向碳纤维丝束的采购、模具材料的采购、拉挤成型工艺装置的搭建、成型模具的制造、基体树脂体系、工艺参数的确定。本专利技术中的含炭纤维增强树脂基复合材料销钉是一种直径很小的销钉(通常直径在O. 15mm 1. 5mm之间)，在制备之前选用适合不同复合材料层合板的销钉还，销钉还的直径有Φ0. 4mm, Φ0. 6mm, Φ0. 8mm, Φ1. Omm,Φ1. 2mm。在后续工艺中通过控制碳纤维的用量来制作不同的复合材料销钉，并控制复合材料销钉的胶含量，如表1:本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于无人机机身、机翼的复合材料层合板的层间增强工艺，包括以下步骤：1）采用与无人机复合材料结构中相同的碳纤维和树脂材料，并利用拉挤成型工艺制备碳纤维增强树脂基复合材料销钉；2)?制备含碳纤维增强树脂基复合材料销钉的泡沫预制体；3)?将泡沫预制体中的碳纤维增强树脂基复合材料销钉植入用于无人机机身、机翼的复合材料层合板；4)?对植入碳纤维增强树脂基复合材料销钉后的复合材料层合板进行力学性能测试。

【技术特征摘要】
1.用于无人机机身、机翼的复合材料层合板的层间增强工艺，包括以下步骤 1)采用与无人机复合材料结构中相同的碳纤维和树脂材料，并利用拉挤成型工艺制备碳纤维增强树脂基复合材料销钉； 2)制备含碳纤维增强树脂基复合材料销钉的泡沫预制体； 3)将泡沫预制体中的碳纤维增强树脂基复合材料销钉植入用于无人机机身、机翼的复合材料层合板； 4)对植入碳纤维增强树脂基复合材料销钉后的复合材料层合板进行力学性能测试。2.根据权利要求1所述的用于无人机机身、机翼的复合材料层合板的层间增强工艺，其特征在于在上述步骤3)中利用热压罐法的方法将碳纤维增强树脂基复合材料销钉植入到复合材料层合板的加筋结构与壁板的连接部位。3.根据权利要求2所述的用于无人机机身、机翼的复合材料层合板的层间增强工艺，其特征在于所述热压罐法的方法是将含有碳纤维复合材料销钉的泡沫预制体放在未固化的层合板需要增韧的部位，再套上真空袋，随着温度的升高，层合板的预浸层板逐渐软化，同时泡沫预制体逐渐融溃，使碳纤维复合材料销钉在热压罐产生的压力作用下将转移到层合板的层板里，待固化后，将层合板从热压罐中取出，用金刚刀割除多余的泡沫和碳纤维复合材料销钉。4.根据权利要求1所述的用于无人机机身、机翼的复合材料层合板的层间增强工艺，其特征在于在上述步骤3)中利用超声波辅助嵌入技术将碳纤维增强树脂基复合材料销钉植入到复合材料层合板的加筋结构与壁板的连接部位。5.根据权利要求4所述的用于无人机机身、机翼的复合材料层合板的层间增强工艺，其特征在于所述超声波辅助嵌...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹可乐，周洪，王红州，刘晓刚，
申请(专利权)人：航天神舟飞行器有限公司，
类型：发明
国别省市：