[發明專利]改性聚甲基戊烯芯模材料的制備方法

在審

• 申請號: 201510167609.2
• 申請日: 2015-04-09
• 公開（公告）號: CN105082553A
• 公開（公告）日: 2015-11-25
• 發明（設計）人: 楊洋;徐艷;劉衛平;袁協堯;龔佑宏;雷毅;潘利劍;劉宇婷
• 申請（專利權）人: 中國商用飛機有限責任公司;上海飛機制造有限公司;東華大學
• 主分類號: B29C70/30
• 分類號: B29C70/30;B29B9/02;B29B9/06;B29C33/38;C08L23/20
• 代理公司: 北京市金杜律師事務所 11256
• 代理人: 孟凡宏

技術領域

本發明涉及改性聚甲基戊烯芯模材料的制備方法。改性聚甲基戊烯芯模材料可用于復合材料帽形加筋壁板的制造，能改善其綜合工藝性能，尤其適用于對內外徑尺寸的精確度要求較高的零件。

技術背景

復合材料以其比強度、比模量高，抗腐蝕、耐疲勞，可設計性好等一系列優點，在航空航天領域獲得廣泛應用，已成為航空航天主要結構材料之一。初期的復合材料應用是對原金屬結構的簡單替代，隨著對復合材料特性了解的深入，目前普遍采用不同于以往金屬結構的適合復合材料特點的結構設計方案。在航空航天結構中，結構重量是重要的性能指標之一，減重對提高飛行器的機動性、續航能力、節約燃油等都有很大的好處。

在飛機結構中，復合材料加筋板占有很重要的地位。設計最小機翼、尾翼和機身上的蒙皮壁板廣泛采用桁條加強的加筋層壓板(簡稱“加筋板”)結構。增加的筋條不僅能大大提高板的剛度、增加板的強度、提高穩定性，而且附加的重量很小。因此在飛機結構中，復合材料加筋板是經常采用的典型結構形式，占有很重要的地位。同時，有效設計最小重量的復合材料加筋板，對降低結構重量具有重要意義。復合材料加筋板能夠承受機身中拉壓和剪切載荷的作用，其結構具有優良的總體和局部剛度，減少了應力集中和釘孔對壁板截面積的削弱，在減重方面擁有很大的優勢。比較典型的加筋結構有T型、J型、L型、帽形等。這些加筋結構一般由蒙皮、緣條和腹板構成。加筋結構通常存在結構突變和自由邊，在結構突變和自由邊處不可避免地存在著應力集中和膠接面應力分布，而膠接面應力往往是引起加筋結構發生分層破壞的重要因素。

帽形加筋是一種減重效率較高的結構形式，但由于這種結構存在由于積水不容易排出而易造成金屬結構腐蝕的缺點，限制了它的應用。復合材料所具有的優異抗腐蝕性能為帽形加筋結構在飛機上的應用提供了條件，較多的飛機結構采用了帽形加筋，如C-17運輸機的復合材料平尾等。然而，民用大飛機上的復合材料成型是特殊工藝，工藝越復雜，可靠性就越難控制。例如，復合材料的帽形加筋板結構其變厚度、變高度、變角度、變截面、變曲率，一次共固化難度非常大，過程控制非常復雜。因此，大型客機后機身帽形加筋板制件的共固化成型成為國內航空復合材料制造的一項關鍵技術。

成型帽形加筋結構可采用金屬芯模、膨脹橡膠芯模和氣囊加壓等方式進行。

膨脹橡膠芯模成型工藝是指復合材料預浸料在閉合性剛性陰模中通過橡膠芯模的熱膨脹來實現對復合材料加壓固化的成型工藝方法。這種方法無需外壓源，適合復雜結構制品的整體成型，尤其是在具有復雜腔體的復合材料結構的成型中，能夠克服外壓難以傳遞均勻以及腔內模具難以脫出甚至無法脫出的缺點。采用該工藝制造出的一些高性能的復合材料構件應用于飛機。對內徑尺寸的精確度要求不高，但對外徑精度要求較高的構件，適合采用膨脹橡膠芯模成型工藝制備。

然而，膨脹橡膠芯模，以及金屬芯模對于細長，帶曲率或開口不暢的帽形結構都存在脫模困難甚至無法實施的問題。而氣囊加壓方式也存在操作比較困難的問題。

采用水溶材料(如水基凝膠陶瓷材料)作為復合材料帽形制件的芯模材料，操作簡便，滿足使用要求，但這種芯模較脆，易碎，操作時要小心。其表面還存在大量細孔，如果不進行處理，可能造成固化時過量的樹脂滲入微孔中，造成制件貧膠。此外，這種帽形制件的內腔質量也不佳。

采用中空或固體橡膠來成型縱梁芯模，費用高，需要脫模劑，存在污染和漏氣問題。而采用PTFE芯模價格昂貴、韌性差。如果單獨使用聚甲基戊烯作為芯模材料來制備帽形加筋結構，則存在價格貴，韌性在某些情況下不能滿足工藝要求等問題。因此，需要一種操作簡單、經濟、穩定且綜合性能優良的改性聚甲基戊烯芯模材料。

采用本發明的方法得到的改性聚甲基戊烯粒料來做縱梁芯模，具有自釋放，非硅，無污染，穩定性好(其熱膨脹系數為10^-6m/℃左右，遠低于于常用的鋼、鋁等材料制成的芯模的熱膨脹系數：鋼的膨脹系數為10^-5，鋁的膨脹系數為10^-5)，耐高溫，可以共固化成型，費用低，可重復使用等優點。典型的是熱塑性改性聚甲基戊烯芯模材料，其具有較高膨脹系數，冷卻時可收縮，從而與固化的復合材料零件脫離，自釋放制造復合材料。

發明內容