[發明專利]用于飛機主/次承力構件的熱塑性復合材料產品的制造技術

有效

• 申請號: 201510024542.7
• 申請日: 2015-01-19
• 公開（公告）號: CN105313345B
• 公開（公告）日: 2017-07-21
• 發明（設計）人: 李云博;于啟珍
• 申請（專利權）人: 北京盛華瑞科技有限公司
• 主分類號: B29C70/34
• 分類號: B29C70/34
• 代理公司: 北京知舟專利事務所(普通合伙)11550
• 代理人: 趙宇

技術領域

本發明涉及一種熱塑性復合材料產品的制造技術，具體來說，涉及一種用于飛機主/次承力構件的熱塑性復合材料產品的制造技術。

背景技術

目前，在航空領域應用較多的復合材料屬于熱固性復合材料，但其耐濕熱性、抗沖擊和損傷能力、導電性及延伸率均較差，在一定程度上限制了飛機復合材料承力構件的發展。且熱固性復合材料難以回收，限制了飛機上“綠色材料”的應用進程。熱塑性樹脂與連續纖維組成的高性能熱塑性復合材料具有許多優于熱固性復合材料的綜合性能，可用作性能要求較高的飛機結構材料，而且該種材料具有可回收性，大大加速其應用進程。熱塑性復合材料最突出的優點是具有較高的韌性、優秀的損傷容限以及良好的抗沖擊性能，有利于克服熱固性樹脂基復合材料層間韌性不足和沖擊分層的缺點，可應用于使用環境較為苛刻、承載能力要求較高、容易受到強烈沖擊的場合。

近年來，熱塑性復合材料在飛機部件產品上的應用越來越普遍，如空客A350上應用的熱塑性復合材料角片和耳片；空客A380的翼肋和油箱口蓋。連續纖維增強高性能熱塑性復合材料具有耐高溫、耐沖擊、耐疲勞和更輕質等突出優點，且成型周期短，利于大規模批量化生產。但由于高性能熱塑性樹脂的成型溫度較高(大于300℃)，其成型工藝比較復雜，故目前多采用熱壓罐工藝成型，主要具有以下缺點：

第一其設備成本和工藝成本都很高，包括設備投入費用、場地成本及在制造產品過程中使用輔材等成本。

第二模具投入成本高，模具基本為高性能金屬材料(在高溫下保持材料性性能)，因對精度的要求，其前期投入很高，特別是對大尺寸模具的投入更加高昂。

第三加工周期長，規模化生產困難。在實施過程中，加壓和加溫均需要消耗時間，還有模具限制等原因，產品也只能以個的方式計數，很難量產。

因此需要尋求一種低成本成型技術-非熱壓罐成型方法，熱壓成型技術成為最有前途一種方法。本發明致力于該項技術，并提出了一種以二次模壓成型為核心的非熱壓罐技術。該技術為實現高性能熱塑性復合材料在飛機主/次承力構件上的應用奠定基礎，也可推廣到汽車、船艇、石油等領域。

發明內容

本發明的目的是提供了一種熱塑性復合材料產品的制造技術，以克服熱壓罐工藝過程中能耗高、成本高、周期長的缺點。模具損耗嚴重、成本高、預浸料片材均勻鋪放困難、成型壓力難控制、厚度不均勻和孔隙率高等問題，并且該技術不僅降低了成本、改善了工藝窗口的控制難度，而且提高了構件的力學性能。該技術可以改進，利用機器人技術實現全自動控制。

本發明的目的是通過以下技術方案來實現：

一種飛機主/次承力構件的熱塑性復合材料產品的制造技術，包括以下步驟：

步驟1：選取預浸料片材，根據預浸料片材的實測厚度、面密度和重量參數設計一次成型平板模具；

步驟2：根據一次成型平板模具的尺寸，剪裁預浸料片材放置平板模具中，通過加熱和施壓處理，制造熱塑性復合材料平板；

步驟3：根據一次成型平板的厚度設計二次成型產品模具，產品模具厚度尺寸應略小于一次成型平板的實際厚度；

步驟4：將步驟2中得到的復合材料平板先放入預熱設備充分預熱，然后快速轉移到產品模具中，立即施壓，保壓降溫后取出，制得熱塑性復合材料產品。

進一步的，所述步驟1中，選取的預浸料片材為連續纖維增強高性能熱塑性材料，連續纖維種類為碳纖維和玻璃纖維，高性能熱塑性樹脂主要為聚苯硫醚和聚醚醚酮，其組合包括：碳纖維/聚苯硫醚，碳纖維/聚醚醚酮，玻璃纖維/聚苯硫醚和玻璃纖維/聚醚醚酮。

進一步的，所述步驟1中，預浸料片材的鋪放厚度大于成型平板的實際厚度，取值1.01～1.25倍。

進一步的，所述步驟2中，對于聚苯硫醚樹脂基，平板成型溫度為290～320℃；對于聚醚醚酮樹脂基，平板成型溫度為370～400℃。

進一步的，所述步驟2中，平板成型的保壓時間為15～30min，平板成型壓力范圍包括：0.1～1MPa、1～5MPa、5～10MPa和大于10MPa。

進一步的，所述步驟3中，產品模具厚度尺寸應略小于一次成型平板的實際厚度，公差取值＜0.3mm。

進一步的，所述步驟4中，預熱設備與產品模具分離，預熱方式包括電加熱和紅外加熱，對于聚苯硫醚樹脂基，預熱設備溫度為290～320℃，產品模具溫度為120～160℃；對于聚醚醚酮樹脂基，預熱設備溫度為370～400℃，產品模具溫度為130～180℃。