CN110978562A - 一种耐高温复合材料舱段的制备方法 - Google Patents

一种耐高温复合材料舱段的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种耐高温复合材料舱段的制备方法，包括：步骤一、制备预浸料；步骤二、使用所述预浸料铺放加厚区、端框及蒙皮；其中，在预浸料铺放过程中，每铺放设定的层数后进行除溶剂一次；步骤三、铺放完成后，将产品放置在热压罐中，除去剩余溶剂；步骤四、使用真空材料产品将产品包覆后，进行固化；步骤五、脱模后，在固化炉中进行高温处理，得到所述耐高温复合材料舱段；其中，所述高温处理的温度为400～420℃。本发明提供的耐高温复合材料舱段的制备方法，在每铺放一定层数的预浸料后，进行除溶剂，并且在铺放完成后，使用热压罐‑真空袋技术进行固化；能够降低的产品的空隙率以及实现复合材料舱段在高温状态下的应用。

Description

一种耐高温复合材料舱段的制备方法
技术领域
本发明属于复合材料舱段成型工艺技术领域，特别涉及一种耐高温复合材料舱段的制备方法。
背景技术
纤维增强复合材料在航空领域已经得到愈加广泛的应用，应用场景也愈加多样，舱体耐热性能的要求也不断增高。纤维增强热固性聚酰亚胺树脂复合材料具有强度高、质量轻、耐高温、耐低温、耐腐蚀等优势，为了满足舱段轻质化、高耐热的使用需求，聚酰亚胺树脂复合材料的应用将更加广泛。
作为一种带有端框结构及加厚区的耐温400℃聚酰亚胺复合材料舱段，成型中涉及到的预浸料制备、预浸料铺放、除溶剂及高温高压固化工艺为成型中的攻关目标。
发明内容
本发明提供了一种耐高温复合材料舱段的制备方法，在每铺放一定层数的预浸料后，进行除溶剂，并且在铺放完成后，使用热压罐-真空袋技术进行固化；本发明的目的是解决聚酰亚胺复合材料成型过程中挥发分高、成型难度大的问题，并且能够降低的产品的空隙率以及实现复合材料舱段在高温状态下的应用。
本发明提供的技术方案为：
一种耐高温复合材料舱段的制备方法，包括如下步骤：
步骤一、制备预浸料；
步骤二、使用所述预浸料铺放加厚区、端框及蒙皮；
其中，在预浸料铺放过程中，每铺放设定的层数后进行除溶剂一次；
步骤三、铺放完成后，将产品放置在热压罐中，除去剩余溶剂；
步骤四、使用真空材料产品将产品包覆后，进行固化；
步骤五、脱模后，在固化炉中进行高温处理，得到所述耐高温复合材料舱段；
其中，所述高温处理的温度为400～420℃。
优选的是，在所述步骤一中，以二甲基乙酰胺为溶剂制备预浸料。
优选的是，在所述步骤二中，所述除溶剂的方法为：
使用隔离材料、吸胶材料、导气材料及密封材料将产品包覆，抽真空，在200℃下恒温1h。
优选的是，所述设定的层数为8层。
优选的是，在所述步骤二中，除溶剂过程的升温速率为0.02℃/min，真空度≥0.9。
优选的是，在所述步骤三中，所述热压罐的温度为220～250℃。
优选的是，在所述步骤三中，除去剩余溶剂的过程中，升温速率为2～3℃/min，压力为1.0～1.5MPa。
优选的是，在所述步骤四中，固化温度为280～380℃，固化时间为6～8h。
优选的是，在所述步骤四中，固化时升温速率为2～3℃/min，压力为2.5～2.8MPa。
优选的是，在所述步骤五中，所述高温处理的时间为1～2h。
本发明的有益效果是：
本发明提供的耐高温复合材料舱段的制备方法，采用二甲基乙酰胺(DMAc)作为溶剂，制备热固性聚酰亚胺树脂/碳纤维预浸料，每铺放一定层数后进行除溶剂，完成铺放后，使用热压罐-真空袋技术进行固化；解决了聚酰亚胺复合材料成型中挥发分高、成型难度大的问题，降低了材料的空隙率。
本发明采用热固性聚酰亚胺树脂制作复合材料舱段，实现了复合材料舱段在高温状态(300～400℃)下的应用。
附图说明
图1本发明的实施例中所述的复合材料舱段成型模具示意图。
图2本发明的实施例中得到的复合材料舱段产品的外形示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
本发明提供了一种耐高温复合材料舱段的制备方法，包括如下步骤：
(1)制作复合材料舱段成型模具。所述的成型模具包括带有加强区及端框的分瓣，芯模，上下盖板。
(2)制备预浸料。
制备碳纤维/聚酰亚胺复合材料，以碳纤维/聚酰亚胺复合材料作为原料，以DMAc为溶剂预浸料制备，以DMAc为溶剂能够增强树脂对纤维的浸润性；所述碳纤维/聚酰亚胺复合材料中，碳纤维的体积含量为57％～63％。
所述预浸料采用单向纤维增强预浸料或纤维织物增强预浸料。
(3)铺放预浸料。使用预浸料铺放加厚区、端框及蒙皮，每铺放8层除溶剂一次，依次使用有孔隔离膜、吸胶毡、导气毡及真空袋将产品包覆，抽真空，在200℃下恒温1h。
(4)除去剩余溶剂。使用有孔隔离膜、吸胶毡、导气毡及真空袋将产品包覆，在热压罐中去除剩余的溶剂，其温度为220～250℃，时间为1h。
(5)固化。使用有孔隔离膜、吸胶毡、导气毡及真空袋将产品包覆，真空度≥0.9维持10min以上后可进行高温固化，固化温度为280～380℃。
(6)脱模。将模具脱模，得到一体化、一次成型的带有端框及加厚区结构的纤维增强聚酰亚胺复合材料舱段。
(7)高温后处理。将脱模后的舱段在固化炉中进行高温处理，温度为400～420℃。
在另一个实施例中，在步骤(3)中的除溶剂升温速率为0.02℃/min，真空袋内的真空度≥0.9。
在另一个实施例中，在步骤(4)中的除去剩余溶剂的升温速率为2～3℃/min，压力要求1.0～1.5MPa，在除去剩余溶剂后，需要对真空辅助材料进行更换。
在另一个实施例中，在步骤(5)中的固化时升温速率为2～3℃/min，压力要求2.5～2.8MPa，固化时间为6～8h。
在另一个实施例中，在步骤(7)中的高温后处理时间为1～2h。
实施例
按照本发明中提供的方法制备复合材料舱段，具体实施方法如下：
(1)制作复合材料舱段成型模具，如图1所示，所述复合材料舱段包括模具芯模110及模具分瓣120；
(2)制备碳纤维/聚酰亚胺复合材料，DMAc为溶剂，碳纤维的体积含量为57％～63％。
(3)铺放预浸料。使用预浸料铺放加厚区、端框及蒙皮，每铺放8层除溶剂一次，依次使用有孔隔离膜、吸胶毡、导气毡及真空袋将产品包覆，抽真空，以0.02℃/min的升温速率升至200℃恒温1h；其中，真空袋内的真空度≥0.9。
(4)除去剩余溶剂。使用有孔隔离膜、吸胶毡、导气毡及真空袋将产品包覆，在热压罐中去除剩余的溶剂，以2～3℃/min的升温速率升至220～250℃，时间为1h；其中，除去剩余溶剂过程中压力为1.0MPa。
(5)固化。使用有孔隔离膜、吸胶毡、导气毡及真空袋将产品包覆，真空度≥0.9维持10min以上后可进行高温固化，固化制度为380℃/8h；其中，固化过程中升温速率为2～3℃/min，压力为2.5MPa。
(6)脱模。将模具脱模，得到一体化、一次成型的带有端框及加厚区结构的纤维增强聚酰亚胺复合材料舱段，产品外形如图2所示，包括内翻端框210、加强区区域220及蒙皮区域230。
(7)高温后处理。将脱模后的舱段在固化炉中进行高温处理，处理制度为400℃/2h。
在制作复合材料舱段的同时制备了力学试样单向板，按照国标进行测试，测试强度如表1所示：
表1实施例中制备的力学试样单向板的性能测试表
Figure BDA0002293009360000041
Figure BDA0002293009360000051
在舱体进行取样，进行理化性质分析，测得结果如表2所示：
表2实施例中制备的舱体试样理化性质分析表
密度(g/cm<sup>3</sup>) 1.566
纤维体积含量(％) 61.734
固化度(％) 97.218
空隙率(％) 0.7158
本实施例中采用二甲基乙酰胺(DMAc)作为溶剂，制备热固性聚酰亚胺树脂/碳纤维预浸料，每铺放8层加热至200℃除溶剂，完成铺放后，使用热压罐-真空袋技术进行固化；采用热固性聚酰亚胺树脂制作复合材料舱段，能够实现复合材料舱段在高温状态(300～400℃)下的应用，解决了聚酰亚胺复合材料成型中挥发分高、成型难度大的问题，降低了材料的空隙率。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (10)

1.一种耐高温复合材料舱段的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一、制备预浸料；
步骤二、使用所述预浸料铺放加厚区、端框及蒙皮；
其中，在预浸料铺放过程中，每铺放设定的层数后进行除溶剂一次；
步骤三、铺放完成后，将产品放置在热压罐中，除去剩余溶剂；
步骤四、使用真空材料产品将产品包覆后，进行固化；
步骤五、脱模后，在固化炉中进行高温处理，得到所述耐高温复合材料舱段；
其中，所述高温处理的温度为400～420℃。
2.根据权利要求1所述的耐高温复合材料舱段的制备方法，其特征在于，在所述步骤一中，以二甲基乙酰胺为溶剂制备预浸料。
3.根据权利要求2所述的耐高温复合材料舱段的制备方法，其特征在于，在所述步骤二中，所述除溶剂的方法为：
使用隔离材料、吸胶材料、导气材料及密封材料将产品包覆，抽真空，在200℃下恒温1h。
4.根据权利要求3所述的耐高温复合材料舱段的制备方法，其特征在于，所述设定的层数为8层。
5.根据权利要求4所述的耐高温复合材料舱段的制备方法，其特征在于，在所述步骤二中，除溶剂过程的升温速率为0.02℃/min，真空度≥0.9。
6.根据权利要求3-5任意一项所述的耐高温复合材料舱段的制备方法，其特征在于，在所述步骤三中，所述热压罐的温度为220～250℃。
7.根据权利要求6所述的耐高温复合材料舱段的制备方法，其特征在于，在所述步骤三中，除去剩余溶剂的过程中，升温速率为2～3℃/min，压力为1.0～1.5MPa。
8.根据权利要求7所述的耐高温复合材料舱段的制备方法，其特征在于，在所述步骤四中，固化温度为280～380℃，固化时间为6～8h。
9.根据权利要求8所述的耐高温复合材料舱段的制备方法，其特征在于，在所述步骤四中，固化时升温速率为2～3℃/min，压力为2.5～2.8MPa。
10.根据权利要求9所述的耐高温复合材料舱段的制备方法，其特征在于，在所述步骤五中，所述高温处理的时间为1～2h。
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