多墙体复合材料构件的VIMP制备方法技术

本发明专利技术公开了一种多墙体复合材料构件的VIMP制备方法，包括以下步骤：（1）准备预成型体：设计并制备成型用模具件，在其侧面铺覆增强材料，得预成型体；（2）组装VIMP成型系统：在预成型体上包覆脱模布并构建真空导流介质系统，将其置放于刚性平面模上，在刚性平面模外围包覆真空袋膜形成模腔，设置好注胶系统和抽真空系统，得VIMP成型系统；（3）真空注胶：检查VIMP成型系统的气密性并向其模腔中注入树脂体系；（4）共固化成型：按预设的固化制度进行共固化成型；（5）后续处理：对成型后的固化体进行一次修整、脱模和二次修整，得多墙体复合材料构件。本发明专利技术的方法制备工序少、成本低、制品整体化程度和工艺效率都很高。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种复合材料构件的制备方法，尤其涉及一种多墙体复合材料结构件的制备方法。
技术介绍
装备结构轻量化，可以提高装备的机动能力，降低动力所需能耗，增加有效载荷容量，提高其服役效率。装备结构轻量化的技术途径主要有三个:一是优化结构设计，以最小尺寸、最合理形状满足服役条件要求，达到减重目的；二是合理选用高性能材料，以使用最少量的材料，达到减重目的；三是采用整体制备工艺制备结构件，以减少零部件、连接件数量，同时提高结构件的整体性和可靠性，达到减重目的。复合材料具有优异的综合性能，用来成型装备结构不仅能很好地满足结构的功能需求，还能有效达到轻量化目标。在交通运输装备中，已成功制备出了复合材料车头盖、车门、窗框等列车部件，并通过了应用性能考核，初步实现了轨道交通车辆车体的复合材料化，而作为主承力件的顶盖和牵引梁仍广泛使用铝合金等材料，不利于结构轻量化，因此有必要实现该类构件的复合材料化。列车顶盖和牵引梁等诸如此类的装备结构件具有大尺寸、多墙体的结构特点(其结构可参见图1)，此类构件不仅构型复杂，同时由于承载不同，多墙体复合材料构件中的各墙面长度、厚度一般不同。如果采用复合材料来进行制备，会导致多墙体构件各墙面的浸溃速度、时间和固化速度各不相同，且由于各墙面之间互有交错，传统浸溃方法难免会在墙角等处出现干斑、孔隙等浸溃不完全的现象，整体制备成型难度大。如果采用分型制备、整体胶结的方法来制备此类多墙体结构复合材料构件(如图2所示)，由于复合材料中纤维的不连续性及胶结面的影响，不利于结构整体承载特点的发挥，力学性能较差。VIMP工艺的工艺原理如图3所示，它是采用干法铺层把增强材料预成型体2先铺放到涂覆有脱模剂28的刚性平面模I上，然后在增强材料预成型体2上依次铺设脱模布27、导流布26和吸胶毡25，再用真空袋膜21和密封胶带29密封，设置好注胶系统和抽真空系统，利用真空泵23实施抽真空，树脂收集器24用于收集溢出的树脂胶液，树脂桶22中预先配制的树脂体系因真空负压而被灌注到刚性平面模I与真空袋膜21形成的模腔中成型制品。与手糊工艺等传统开模成型工艺制品相比，VIMP工艺模具制备简单，制品力学性能好、孔隙率低、纤维体积分数高，且为闭模成型，挥发分少，已成为先进复合材料低成本制造技术的主要发展方向之一。然而，现有的VMP工艺用于多墙体复合材料构件的成型还存在很多技术上的困难，在模具设计、纤维铺层、纤维浸溃、脱模上具有很大的技术难题，从而难以实现该类多墙体复合材料构件的一次整体成型。因此，如何将VIMP工艺更好地应用于多墙体复合材料构件的成型，这对于本领域技术人员而言将具有重要意义
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种制备工序少、成本低、制品整体化程度高、工艺效率高的多墙体复合材料构件的VIMP制备方法。为解决上述技术问题，本专利技术提出的技术方案为一种多墙体复合材料构件的VMP制备方法，包括以下步骤: (1)准备预成型体:根据多墙体复合材料构件的形状设计并制备成型用模具件，然后按照铺层设计方案在所述成型用模具件的侧面铺覆增强材料，使所述成型用模具件的顶面和底面外露，得到预成型体； (2)组装VIMP成型系统:将所述预成型体用一脱模布进行完全包覆，然后在所述脱模布上构建一真空导流介质系统，并置放于一刚性平面模上，再在所述刚性平面模外围包覆真空袋膜形成一模腔，使所述预成型体位于模腔中，设置好注胶口和抽气口，使所述注胶口、抽气口分别连接VMP工艺用注胶系统和抽真空系统，得到VMP成型系统； (3)真空注胶:检查所述VIMP成型系统的气密性后，准备树脂体系，通过抽真空方式向VIMP成型系统的模腔中注入所述树脂体系，直至树脂充填完毕，停止注入； (4)共固化成型:卸除所述注胶系统和抽真空系统，然后按照预设的固化制度进行共固化成型； (5)后续处理:成型后先将所述真空袋膜、真空导流介质系统和刚性平面模全部卸除，对成型后的固化体进行一次修整使模具件的顶面和底面外露，再经过脱模和二次修整，得到多墙体复合材料构件。上述的VMP制备方法中，优选的，所述成型用模具件为三个直三棱柱状的模具件，所述模具件通过模具固定杆互相固定组装成长方体状的模具，所述模具内有一“V”形槽状模腔。所述“V”形槽状模腔包含有交棱端和外棱端，所述注胶口设于模具底面的交棱端处，所述抽气口设于模具顶面的外棱端处。上述的VMP制备方法中，优选的，所述步骤(5)中的脱模包括以下步骤:通过紧固件在所述模具件底面或顶面的预留孔处固接一模具连接板，然后在所述模具连接板的一侧连接一牵引杆，通过所述牵引杆将所述模具件取出。 上述的VMP制备方法中，优选的，所述共固化成型时的固化制度为先在30 V 70°C下保温固化2h 4h，再在80°C 120°C下保温固化2h 4h。本专利技术上述优选的技术方案中，对模具的形状及结构组成作了特别优化的设计，但模具件的数量、形状等并不局限于上述优选的技术方案。模具和模具件的形状可根据具体实践中多墙体复合材料构件的结构进行设计。与现有技术相比，本专利技术的优点在于:本专利技术提供了一种多墙体复合材料构件的VIMP制备方法，将模具设计与VMP工艺结合起来，解决了此类复合材料构件的一次化整体成型问题，使得VIMP这种先进的复合材料成型工艺可以有效应用到多墙体复合材料构件的制备过程中。本专利技术的制备方法需要的模具数量少，具有制备工序少、成本低、制品整体化程度高、可靠性好等优点。另外，本专利技术可依据不同的服役条件要求对模具及预成型体进行差别化设计，产品可设计性好，有利于提高不同类型结构件的刚度及服役效率。附图说明图1为本专利技术实施例中多墙体复合材料构件的结构示意图(空间立体图)。图2为多墙体复合材料构件采用分型制备、整体胶结方法的工艺原理图。图3为现有VMP工艺的工艺原理图。图4为本专利技术实施例中VMP制备方法的工艺流程图。图5为本专利技术实施例中模具的结构示意图。图6为本专利技术实施例中单个模具件在铺覆第一增强材料时的示意图。图7为本专利技术实施例中单个模具件在铺覆第一增强材料时的示意图。图8为本专利技术实施例中单个模具件在铺覆第一增强材料时的示意图。图9为本专利技术实施例中的铺覆有第一增强材料的模具件固定后的示意图。图10为本专利技术实施例中铺覆了第二增强材料后预成型体的结构示意图。图11为本专利技术实施例中的VIMP封装示意图。图12为图11中A-A处的剖视图。图13为本专利技术实施例中准备脱除模具前的状态示意图。图14为本专利技术实施例中脱除模具时的状态示意图。图例说明: 1、刚性平面模；11、多墙体复合材料构件；12、内墙体；13、外墙体；2、增强材料预成型体；21、真空袋膜；22、树脂桶；23、真空泵；24、树脂收集器；25、吸胶毡；26、导流布；27、脱模布；28、脱模剂；29、密封胶带；3、模具；31、第一增强材料；32、第二增强材料；33、模具螺栓孔；34、模具件；35、模具固定杆；36、模具紧固螺栓；41、“V”形槽状模腔；42、交棱端；43、外棱端；44、注胶口 ；45、抽气口 ；51、底座；52、支撑框架；53、限位隔板；54、模具连接板；55、牵引杆。具体实施例方式以下结合说明书附图和具体实施例对本专利技术作进一步描述，但并不因此而限制本本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多墙体复合材料构件的VIMP制备方法，包括以下步骤：（1）准备预成型体：根据多墙体复合材料构件的形状设计并制备成型用模具件，然后按照铺层设计方案在所述成型用模具件的侧面铺覆增强材料，使所述成型用模具件的顶面和底面外露，得到预成型体；（2）组装VIMP成型系统：将所述预成型体用一脱模布进行完全包覆，然后在所述脱模布上构建一真空导流介质系统，并置放于一刚性平面模上，再在所述刚性平面模外围包覆真空袋膜形成一模腔，使所述预成型体位于模腔中，设置好注胶口和抽气口，使所述注胶口、抽气口分别连接VIMP工艺用注胶系统和抽真空系统，得到VIMP成型系统；（3）真空注胶：检查所述VIMP成型系统的气密性后，准备树脂体系，通过抽真空方式向VIMP成型系统的模腔中注入所述树脂体系，直至树脂充填完毕，停止注入；（4）共固化成型：卸除所述注胶系统和抽真空系统，然后按照预设的固化制度进行共固化成型；（5）后续处理：成型后先将所述真空袋膜、真空导流介质系统和刚性平面模全部卸除，对成型后的固化体进行一次修整使模具件的顶面和底面外露，再经过脱模和二次修整，得到多墙体复合材料构件。

【技术特征摘要】
1.一种多墙体复合材料构件的VIMP制备方法，包括以下步骤: (1)准备预成型体:根据多墙体复合材料构件的形状设计并制备成型用模具件，然后按照铺层设计方案在所述成型用模具件的侧面铺覆增强材料，使所述成型用模具件的顶面和底面外露，得到预成型体； (2)组装VIMP成型系统:将所述预成型体用一脱模布进行完全包覆，然后在所述脱模布上构建一真空导流介质系统，并置放于一刚性平面模上，再在所述刚性平面模外围包覆真空袋膜形成一模腔，使所述预成型体位于模腔中，设置好注胶口和抽气口，使所述注胶口、抽气口分别连接VMP工艺用注胶系统和抽真空系统，得到VMP成型系统； (3)真空注胶:检查所述VIMP成型系统的气密性后，准备树脂体系，通过抽真空方式向VIMP成型系统的模腔中注入所述树脂体系，直至树脂充填完毕，停止注入； (4)共固化成型:卸除所述注胶系统和抽真空系统，然后按照预设的固化制度进行共固化成型； (5)后续处理:成型后先将所述真空袋膜、真空导流介质系统和刚性平面模全部卸除，对成型后的固化体进行一次修...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖加余，尹昌平，蒋彩，江大志，邢素丽，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科学技术大学，
类型：发明
国别省市：