一种大尺寸复合材料箱体成型方法
【专利摘要】本发明公开了一种大尺寸复合材料箱体成型方法，包括以下几个步骤：1)模具准备；2)将包括纤维材料的多个层铺层设到模具外表面上；3)在铺设的增强材料层上表面布设真空系统，布入胶管、出胶管；4)整体包真空，抽真空、检查气密性；5)配胶充模；6)待固化后脱模、产品修整、加工成型。本发明成型产品的纤维含量分布均匀，质量可靠，工艺重复性好；整个过程只需要真空泵即可完成，不需专有设备，投资少，劳动强度低，花费的工时较少，成本较低。本工艺属于闭模成型，有害气体挥发少，既能减少环境污染，又可保障操作人员的健康，益于推广。
【专利说明】
一种大尺寸复合材料箱体成型方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种箱体成型方法，尤其涉及一种大尺寸复合材料箱体成型方法。
【背景技术】
[0002] 箱式发射技术因其能够有效地提高导弹武器系统的贮存可靠性、具有全天候适应 能力以及战场快速反应能力等优点，被当今各种陆基和舰载先进导弹武器系统采用。箱式 发射技术的核心和关键是发射箱，其未来的主要发展趋势之一就是发射箱的小型化、轻量 化。自七十年代以来，纤维复合材料以其比强度高、比模量高、力学性能的可设计性、阻尼减 震、耐疲劳、耐老化、成型工艺简单等一系列优点，在航空航天等领域获得广泛的应用。
[0003] 箱体作为贮运发射箱的主要组成部分，承担着容装导弹、安装定向器以及主承力 作用，属大尺寸封闭截面构件。采用纤维增强复合材料制造发射箱箱体，可以很好地解决金 属结构箱体存在的重量大、焊接变形、易锈蚀等诸多问题，以及越来越低的生产成本，为在 贮运发射箱上应用开辟了广阔的前景。
[0004] 发射箱多为四边形、六边形、八边形等结构，多边形制品边长大于300mm，长度 2000mm~15000mm，厚度大于2_。增强材料可以选用玻璃纤维、碳纤维、高强纤维、玄武岩 纤维；树脂材料可以选用环氧树脂、乙烯基树脂、不饱和树脂、酚醛树脂、聚酰亚胺树脂等合 成树脂。
[0005] 复合材料发射箱主要成型工艺有湿法手糊、预浸料热压釜袋压、纤维缠绕等几种 工艺成型。湿法手糊成型材料强度发挥率不高、人为因素较大，导致批产工艺可靠性较差； 预浸料热压釜袋压工艺原辅材料、设备投资较高，成本较大，尤其大尺寸制品；纤维缠绕成 型需要专有的成型工装才可实现多边形制品成型，工艺实现性复杂。真空辅助树脂传递模 塑工艺（VARTM/SCRIMP)适用于质量要求高、小批量和尺寸较大的制品。用这种方法加工的 复合材料，纤维含量高，制品力学性能优良，而且产品尺寸不受限制，尤其适合制作大型制 品。它和传统的热压罐成型工艺相比，具有模具成本低，树脂室温固化以及几乎不受限制的 制品尺寸等突出的特点。随着SCR頂P工艺的发展和相关原辅材料的性能提高，使SCR頂P 工艺在多边形制品成型方面具有明显的优势。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种大尺寸复合材料箱体成型方 法。
[0007] 本发明通过以下技术方案来实现上述目的：
[0008] 本发明包括纤维材料的多个层铺层设到模具外表面上，在铺设的增强材料层上表 面布设真空系统，布入胶管、出胶管、整体包真空，抽真空、检查气密性，配胶充模（胶液灌 注），待固化后脱模、产品修整、加工成型。
[0009] 所述的真空灌注工艺包括以下几个步骤：
[0010] 1)模具准备：清理模具，修补平整，然后在模具表面喷涂封孔剂和脱模剂。
[0011] 2)铺放增强材料：将经烘干处理的增强材料铺放在模具上。
[0012] 3)铺放辅材：在增强材料上依次放置脱模布、多孔膜。
[0013] 4)在所述的增强材料层表面布设灌注系统；该灌注系统包括有渗透层、若干条流 道和与流道相通的注胶口；其中，渗透层为至少1层具有高渗透功能的导流网；若干条流道 铺放在该导流网上；
[0014] 5)在步骤4)布设的灌注系统外表面密封包覆有至少一层真空袋薄膜，所述真空 袋薄膜的边缘与所述分模面相接处贴有密封胶条，将真空袋薄膜边缘与所述分模面紧密粘 接，使第一层真空袋薄膜与模具之间的模腔构成一可抽真空的密封空间；再将所述注胶口 处的真空袋薄膜刺穿，露出该注胶口在外，与装有阀门的注胶管相接；
[0015] 6)步骤5)所述的真空口通过与其连接的真空管和外设的真空泵相接，启 动真空泵将步骤5)所述的密封空间内抽成真空状，使模具密封不透气，当真空度达 到-0. 090MPa~-0.1 MPa后关闭真空泵，保压15min，期间真空度允许下降值少于50mbar ;
[0016] 7)再次开启步骤6)的真空泵，所述密封空间在负压的作用下，胶液混合物通过所 述的注胶管注入并充满所述流道后流至所述灌注系统的各个部位，并逐渐浸渍所述增强材 料层，直至完全浸透后，停止注胶。
[0017] 具体地，根据步骤7)所述的胶液充模步骤为：
[0018] A)按工艺要求取定量树脂混合液装入容器内；
[0019] B)将步骤3)中带有阀门的注胶管置于装有胶液混合物的容器内，打开注胶管上 的阀门，胶液混合物在大气压的作用下被导入内为负压的密封空间内；
[0020] C)当所述胶液混合物有步骤4)所述的真空口溢出时，确定该胶液混合物已完全 浸渍所述的增强材料层；然后关闭注胶管上的阀门，充模结束。
[0021] 进一步，所述固化、脱模与修边：按照固化工艺进行固化，固化后冷却到室温，撕去 所述脱模布、多孔膜、导流网、真空袋膜、流道与装有注胶管的注胶口；然后进行修边，进行 后加工与装配，得到方箱制品。
[0022] 进一步，所述增强材料包括增强纤维和增强泡沫，所述的增强纤维为玻璃纤维、碳 纤维、玄武岩纤维或有机纤维的一种或多种，有机纤维选自超高分子聚乙烯纤维、芳纶纤维 中的一种或多种。
[0023] 进一步，所述增强纤维的形式是平纹织物、斜纹织物、缎纹织物、单向织物、多轴向 经编织物等的一种或多种。
[0024] 进一步，所述泡沫是轻木、PVC泡沫、PMI泡沫、PU硬质泡沫的一种或多种。
[0025] 进一步，所述树脂是环氧树脂、乙烯基树脂、不饱和树脂、酚醛树脂。
[0026] 本发明的有益效果在于：
[0027] 本发明与现有成型工艺相比，SCR頂P工艺成型产品的纤维含量分布均匀，质量可 靠，工艺重复性好；整个过程只需要真空泵即可完成，不需专有设备，投资少，劳动强度低， 花费的工时较少，成本较低，本工艺属于闭模成型，有害气体挥发少，既能减少环境污染，又 可保障操作人员的健康，益于推广。
【附图说明】
[0028] 图1为本发明的工艺流程图。
【具体实施方式】
[0029] 下面对本发明作进一步说明：
[0030] 如图1所示，本发明下面通过四边形发射箱的成型工艺来详细描述真空灌注工 艺，其成型工艺包括以下步骤，其工艺流程图1所示：
[0031] 1)模具准备：用酒精将模具表面擦拭干净，然后在模具表面喷涂Chemlease?: 15 Sealer封孔剂和release 818脱模剂。
[0032] 2)铺放增强材料：将经烘干处理的增强材料铺放在模具上，其中的增强材料由依 次铺放在玻璃纤维织物、轻木、PVC泡沫板以及PU泡沫板组成。具体铺放顺序为：先铺放 4-20层玻璃纤维织物，最佳铺放10层；然后在玻璃纤维织物上面按照常规方式铺放轻木、 PVC泡沫板以及PU泡沫板，再铺放4-20层的玻璃纤维织物，最佳铺放10层。
[0033] 3)铺放辅材：将裁剪好的85PA脱模布铺放在增强材料上，然后依次放置多孔膜和 透气毯等。
[0034] 4)布置导流网及导流通道：步骤3)外表面布设灌注系统；该灌注系统包括有渗 透层、若干条流道和与流道相通的注胶口；其中，渗透层为至少1层具有高渗透功能的导流 网；若干条流道铺放在该导流网上；
[0035] 5)在步骤4)布设的灌注系统外表面密封包覆有至少一层真空袋薄膜，所述真空 袋薄膜的边缘与所述分模面相接处贴有密封胶条，将真空袋薄膜边缘与所述分模面紧密粘 接，使第一层真空袋薄膜与模具之间的模腔构成一可抽真空的密封空间；再将所述注胶口 处的真空袋薄膜刺穿，露出该注胶口在外，与装有阀门的注胶管相接；
[0036] 6)抽真空灌注：将抽气口与真空泵连接，然后抽真空并检查密封模腔的气密性。 按工艺要求取定量树脂混合液装入容器内；将步骤3)中带有阀门的注胶管置于装有胶液 混合物的容器内，打开注胶管上的阀门，胶液混合物在大气压的作用下被导入内为负压的 密封空间内；当所述胶液混合物有步骤4)所述的真空口溢出时，确定该胶液混合物已完全 浸渍所述的增强材料层；然后关闭注胶管上的阀门，充模结束。
[0037] 7)固化、脱模及修边：按照固化工艺进行固化，固化过程中必须保持成型模腔内 的真空度直到固化完全。固化后冷却到室温，然后脱模与修边。得到方向产品。
[0038] 为了便于产品脱模，在上述步骤2)所述的导流网与所述增强材料层之间由下至 上依次铺设有脱模布和多孔膜；其中，脱模布选用表面活性小、抗粘性强的四氟乙烯或尼龙 材料；多孔膜选用带孔的聚烯烃树脂塑料薄膜，孔经为1. 1_ ;导流网选用具有高渗透特性 的网状材料，铺设1-2层；
[0039] 为了保证整个真空系统的气密性，本发明还可在步骤3)中所述的真空袋薄膜成 型时采用双真空系统，即在灌注系统外表面包覆2层真空袋薄膜，即在步骤4)中第1层真 空袋薄膜外表面纵横铺放几层透气毡；第二层真空袋薄膜边缘与所述分模面的外侧密封粘 接；完成第一层真空袋薄膜与第二层真空袋薄膜之间构成第二个可抽真空的密封空间；相 对于双真空系统，在分模面上沿其内、外圈开设有2圈真空口，其中，内圈真空口开设于该 分模面内侧，外圈真空口开设于该分模面外侧。
[0040] 上述实施例只是本发明的较佳实施例，并不是对本发明技术方案的限制；只要是 不经过创造性劳动即可在上述实施例的基础上实现的技术方案，均应视为落入本发明专利 的权利保护范围内。
【主权项】
1. 一种大尺寸复合材料箱体成型方法，其特征在于：包括纤维材料的多个层铺层设到 模具外表面上，在铺设的增强材料层上表面布设真空系统，布入胶管、出胶管、整体包真空， 抽真空、检查气密性，配胶充模（胶液灌注），待固化后脱模、产品修整、加工成型。 所述的真空灌注工艺包括以下几个步骤： 1) 模具准备：清理模具，修补平整，然后在模具表面喷涂封孔剂和脱模剂。 2) 铺放增强材料：将经烘干处理的增强材料铺放在模具上。 3) 铺放辅材：在增强材料上依次放置脱模布、多孔膜。 4) 在所述的增强材料层表面布设灌注系统；该灌注系统包括有渗透层、若干条流道和 与流道相通的注胶口；其中，渗透层为至少1层具有高渗透功能的导流网；若干条流道铺放 在该导流网上； 5) 在步骤4)布设的灌注系统外表面密封包覆有至少一层真空袋薄膜，所述真空袋薄 膜的边缘与所述分模面相接处贴有密封胶条，将真空袋薄膜边缘与所述分模面紧密粘接， 使第一层真空袋薄膜与模具之间的模腔构成一可抽真空的密封空间；再将所述注胶口处的 真空袋薄膜刺穿，露出该注胶口在外，与装有阀门的注胶管相接； 6) 步骤5)所述的真空口通过与其连接的真空管和外设的真空泵相接，启动 真空泵将步骤5)所述的密封空间内抽成真空状，使模具密封不透气，当真空度达 到-0. 090MPa~-0.1 MPa后关闭真空泵，保压15min，期间真空度允许下降值少于50mbar ; 7) 再次开启步骤6)的真空泵，所述密封空间在负压的作用下，胶液混合物通过所述 的注胶管注入并充满所述流道后流至所述灌注系统的各个部位，并逐渐浸渍所述增强材料 层，直至完全浸透后，停止注胶。2. 根据权利要求1所述的一种大尺寸复合材料箱体成型方法，其特征在于：根据步骤 7)所述的胶液充模步骤为： A) 按工艺要求取定量树脂混合液装入容器内； B) 将步骤3)中带有阀门的注胶管置于装有胶液混合物的容器内，打开注胶管上的阀 门，胶液混合物在大气压的作用下被导入内为负压的密封空间内； C) 当所述胶液混合物有步骤4)所述的真空口溢出时，确定该胶液混合物已完全浸渍 所述的增强材料层；然后关闭注胶管上的阀门，充模结束。3. 根据权利要求2所述的一种大尺寸复合材料箱体成型方法，其特征在于：所述固化、 脱模与修边：按照固化工艺进行固化，固化后冷却到室温，撕去所述脱模布、多孔膜、导流 网、真空袋膜、流道与装有注胶管的注胶口；然后进行修边，进行后加工与装配，得到方箱制 品。4. 根据权利要求3所述的一种大尺寸复合材料箱体成型方法，其特征在于：所述增强 材料包括增强纤维和增强泡沫，所述的增强纤维为玻璃纤维、碳纤维、玄武岩纤维或有机纤 维的一种或多种，有机纤维选自超高分子聚乙烯纤维、芳纶纤维中的一种或多种。5. 根据权利要求4所述的一种大尺寸复合材料箱体成型方法，其特征在于：所述增强 纤维的形式是平纹织物、斜纹织物、缎纹织物、单向织物、多轴向经编织物等的一种或多种。6. 根据权利要求5所述的一种大尺寸复合材料箱体成型方法，其特征在于：所述泡沫 是轻木、PVC泡沫、PMI泡沫、PU硬质泡沫的一种或多种。7. 根据权利要求6所述的一种大尺寸复合材料箱体成型方法，其特征在于：所述树脂 是环氧树脂、乙烯基树脂、不饱和树脂、酚醛树脂。
【文档编号】B29C70/44GK105881932SQ201410664963
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2014年11月20日
【发明人】郝春功, 唐泽辉, 刘归, 王明哲, 陈雨林, 王嵘
【申请人】北京玻钢院复合材料有限公司