一种变厚度复合材料工件的制备方法

本发明属于复合材料成型技术领域，具体为一种变厚度复合材料工件的制备方法。

背景技术：

在复合材料各类工件制作的过程中，常常由于加工工艺、模具本身、成型条件等因素，对处理变厚度工件存在一定困难，即使耗费了大量的人力、资金和时间所制作出的工件也难免会出现材料分层、贫胶、劈裂等现象，制作缺陷会导致复材工件的强度、刚度、稳定性能出现不同幅度的下降,对单向纤维制件影响尤为严重。对于特殊的加工面，传统方式有两大类，一类就是加大资金投入，制作更为复杂的模具，进而弥补简单模具在制作复材工件上的缺陷，满足加工要求，达到一体成型的目的。第二类即通过优化设计方案来解决在具体成型工艺中难以加工的部分。传统解决方案无疑是对于项目资金以及时间的巨大消耗。

技术实现要素：

鉴于上述问题，本发明提供了一种变厚度复合材料工件的制备方法。该方法基于一种现有的模具，可以生产更多种类变厚度面复合材料工件的加工，扩大了该模具的适用范围，尤其适合研制阶段更改频繁，周期紧的情况。具体方案为：基于模压成型的单一固定模具，所述的模具包括两个压制模块，压制模块装配后形成一压制空间用于放置待压制工件，所述的工件本体与多个拼接单元组成的整体形状与所述压制空间相匹配。包括如下步骤，

步骤1：采用两个压制模块组成的模具，对该模具涂抹脱模剂；

步骤2：制备变厚度复合材料构件及拼接单元；

步骤3：将复合材料构件、拼接单元及模具组装放入模压机，调整模压机参数成型。

进一步地，在模具内部均匀涂抹脱模剂，涂抹均匀，待完全风干后进行下一次涂抹，共计5次。

进一步地，步骤2中，采用热塑性复合材料片料，裁成细条形原料，进行多层铺层，形成与该模具空间匹配的原始工件，将原始工件切割成变厚度工件单元(制件)与拼接工件单元。

进一步地，采用记号笔标记不同铺层所需截断的位置。

进一步地，在变厚度工件与拼接单元接触表面铺贴后再铺贴隔离膜，然后将其放入模具内。

进一步地，模压机内操作包括如下几个阶段：

1)保温阶段:调整模压机第一阶段目标温度108度，升温时间40分钟，开始加热直至温度升高108度，控停设备保温20分钟，保证模具内部温度传递均匀；保温后迅速调温至140度，保温30分钟，二次预热以保证材料受热充分，为排气工作做准备。

2)排气:保温曲线全部施加完毕后，根据预设参数模压机以3mpa持续压制模具，反复4-6次，将材料内存在的气泡排除。

3)成型:排气后根据预设第三阶段曲线，继续升温到195度，保温30分钟，升温过程调整为1小时；模压机以6mpa压力进行压制，并保持压力，等待预设三阶段全部完毕后，切断温度电源，待冷却至室温开模、脱模。对制件表面打磨，除掉多余的树脂，使表面光滑。

进一步地，采用模具表面涂脱模剂，拼接单元与制件之间放置隔离膜。

进一步地，所述的铺层方式为

[0/0/90/0/0]5s、[0/0/90/0/0]5s、[0/0/90/0/0]5s、[0/0/90/0/0]5s、[0/0/90/0/0]5s

本方法通过对复材制件组装拼接进而一体成型完成其特殊面的加工，解决了在传统成型工艺中的问题，即本应改变原有加工模具、加工条件完成特殊面的加工手段导致的时间延长、费用激增。使用隔离膜等材料、预安装凹凸部分原料，完成对特殊面制作的预准备工作，大大缩短了研制周期，极大地提高了效率。在制作过程中，通过对于原有模具的高效利用，减少了试验资金及时间的浪费。通过对原模具的利用，与原加工过程相比，相较于耗费大量的资金、时间去制作新模具，使用原模具加隔离膜的方法，使得目标件的特殊面与相应的部分形成凹凸部相互咬合，仍可以在原有模具中阴阳合模热压成型，大大提高了模具的可利用性。

附图说明

图1为本发明中模具的一种实施例的阴模结构示意图；

图2为本发明中模具的一种实施例的阳模结构示意图；

图3为采用本发明的模具所制备的工件与拼接件位置示意图；

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

参考图1-3，本发明提供了一种变厚度复合材料工件的制备方法，基于模压成型的单一固定模具，所述的模具包括阴模及阳模两个压制模块，压制模块装配后形成一压制空间用于放置待压制工件，所述的工件本体与多个拼接单元组成的整体形状与所述压制空间相匹配。包括如下步骤，

步骤1：采用两个压制模块组成的模具，对该模具涂抹脱模剂；在模具内部均匀涂抹脱模剂，涂抹均匀待完全风干后进行下一次涂抹，共计5次。

步骤2：制备变厚度复合材料构件及拼接单元；采用热塑性复合材料进行片料，裁成细条形原料，进行多层次铺层，形成与该模具空间匹配的原始工件，将原始工件切割成变厚度工件单元与拼接工件单元。采用记号笔标记不同铺层所需截断的位置。在变厚度工件与拼接单元接触表面抹脱模剂，再铺贴隔离膜，然后将其放入模具内。

步骤3：将复合材料构件及拼接单元及模具组装放入模压机中，调整模压机参数成型。

模压机内操作包括如下几个阶段：

1)保温阶段:调整模压机第一阶段目标温度108度、升温时间40分钟，开始加热直至温度升高108度，控停设备保温20分钟，保证模具内部温度传递均匀；保温后迅速调温至140度，保温30分钟，二次预热以保证材料受热充分，为排气工作做准备；

2)排气:保温曲线全部施加完毕后，根据预设参数模压机以3mpa持续压制模具，反复4-6次将材料内存在的气泡排除；

3)成型:排气后根据预设第三阶段曲线，升温到195度，保温30分钟，升温过程调整为1小时；模压机以6mpa压力进行压制，并保持压力，等待预设三阶段全部完毕后，切断温度电源；待冷却至室温开模、脱模。对制件表面打磨，除掉多余的树脂，使表面光滑。采用模具表面涂脱模剂，拼接单元与制件之间放置隔离膜。

参考图1，本实施例所采用的变厚度工件,为两侧具有阶梯面的板簧构件，采用传统制备上端面为圆弧状的制备模具制作，模型结构参考图2.具体制备方法如下：

步骤1：采用两个压制模块(阴模1与阳模2)组成的模具，对该模具进行涂抹脱模剂；将模具用砂纸打磨后，在模具内部均匀涂抹脱模剂，涂抹均匀，待完全风干后进行下一次涂抹，共计5次。

步骤2：制备变厚度复合材料构件及拼接单元；采用热塑性复合材料片料，裁成细条形原料，进行多层铺层，形成与该模具空间匹配的原始工件，将原始工件切割成变厚度工件单元与拼接工件单元，即阶梯板簧工件3及与其拼接的具有凸起部的两个凸件4。采用记号笔标记不同铺层所需截断的位置。将两个凸件进行固化成型处理，在阶梯板簧工件与拼接单元接触表面抹脱模剂，再铺贴隔离膜最后将其放入模具内；拼接单元与变厚度工件之间铺贴隔离膜，拼接组装。

步骤3：将阶梯板簧工件、及两个凸件及模具组装放入模压机中，调整模压机参数成型。

模压机内操作包括如下几个阶段：

1)保温阶段:调整模压机第一阶段目标温度108度、升温时间40分钟，开始加热直至温度升高108度，控停设备保温20分钟，保证模具内部温度传递均匀；保温后迅速调温至140度，保温30分钟，二次预热以保证材料受热充分，为排气工作做准备。

2)排气:保温曲线全部施加完毕后，根据预设参数模压机以3mpa持续压制模具，反复4-6次。

3)成型:排气后根据预设第三阶段曲线，升温到195度，保温30分钟，升温过程调整为1小时；模压机以6mpa压力进行压制，并保持压力，等待预设三阶段全部完毕后，切断温度电源，；待冷却至室温开模、脱模。对制件表面打磨，除掉多余的树脂，使表面光滑。采用模具表面涂脱模剂，拼接单元与制件之间放置隔离膜。

三阶段曲线指的是三个不同的加热及加压阶段，第一个阶段即保温预热阶段，先进行加热并且保温，目的是让材料进行软化，达到相应玻璃化转变温度108度附近；第二阶段即排期阶段是指升温至加压温度140度，经充分加热过后，施加以压力进行排气，尽可能地排除材料缺陷；第三阶段经过前期所有温度加压准备后，整个材料升温至成型温度195度，并施加成型压力，直至制件冷却脱模后处理。

作为方案的改进，基于该模具设计方式，采用下述铺层方式更加有利于进行拼接单元的裁剪及整个制件的形态稳定性，铺层方式如下：

[0/0/90/0/0]5s、[0/0/90/0/0]5s、[0/0/90/0/0]5s、[0/0/90/0/0]5s、[0/0/90/0/0]5s

隔离膜的排布，就是由于整个制件应是厚度渐变设计，即铺层设计也应是渐变。例整个铺层若共计36层，那么就应该是有18层完整铺层，其他18层进行相应的条形预料两端裁切以达到设计要求，再将裁切后与完成料，交替铺设在整个模具内。而热敏所料布的加入，一般在整个制件的理论中心处，也即是18层位置，将18-36层全部铺层取出，并按实际长度，进行三等分，并进行裁切，分为前1/3，中1/3，后1/3，将中1/3处放置进入模具与原1-18层铺层，以模具中心线进行放置，材料重心应均对其模具重心水平放置。而后将18-36层所有剩下的2/3材料分别依次由隔离膜包覆，将包覆好的前1/3放回原铺设左侧，后1/3放置原铺设右侧，将原模具依旧填满，整理模具，形态上应与原正常渐变板原料铺设形态上几近相同。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。