[發明專利]一種碳纖維增強樹脂基復合材料的成型方法

在審

• 申請號: 202210632835.3
• 申請日: 2022-06-07
• 公開（公告）號: CN115384085A
• 公開（公告）日: 2022-11-25
• 發明（設計）人: 孔令美;王小兵;徐洪敏;王炤亮;馮古雨;付文強;齊燕燕;王寶春;高泉喜
• 申請（專利權）人: 山東非金屬材料研究所
• 主分類號: B29C70/54
• 分類號: B29C70/54;B29C70/44
• 代理公司: 濟南泉城專利商標事務所 37218
• 代理人: 李桂存

本發明公開了一種碳纖維增強樹脂基復合材料的成型方法，采用真空輔助灌注工藝，鋪層步驟中，在碳纖維預制件下方預鋪設底部脫氣裝置、底部脫氣裝置超出碳纖維織物預制件的區域外側局部環繞搭接鋪置U形阻流排氣裝置、阻流排氣裝置遠離碳纖維織物預制件的一側上方設置脫氣系統。底部脫氣裝置、阻流排氣裝置以及脫氣系統相連，明顯增大了碳纖維織物預制件的脫氣面積，解決了碳纖維預制件絲束之間以及碳纖維預制件與模具之間壓實緊密造成的“脫氣不暢”問題，從而降低了樹脂流動阻力，實現了樹脂對碳纖維預制件的有效浸潤。另外，本發明方法還具有操作簡單、環境友好、脫氣效率高、樹脂浸潤均勻完全，質量一致性好，制品合格率高等優點。

技術領域

本發明屬于復合材料成型技術領域,涉及真空輔助灌注成型技術，特別涉及碳纖維織物增強樹脂基復合材料成型技術。

背景技術

隨著先進裝甲裝備對輕質高強復合材料的迫切需求，輕量化復合材料水平已成為先進裝甲裝備發展的重要技術特征。碳纖維增強樹脂基復合材料裝甲構件的密度僅為1.5kg/m²,分別是裝甲鋁和裝甲鋼密度的55.5%和19.2%，相比于傳統玻璃纖維增強的樹脂基復合材料，碳纖維增強樹脂基復合材料的密度降低約25%，同時具有更加優異的力學性能，其強度可提高30%，模量可提高2～3倍，因此，碳纖維增強樹脂基復合材料構件越來越多地受到先進裝甲裝備的青睞，其在裝甲裝備上的應用已成為軍事化水平的重要標志。

真空輔助灌注成型具有操作簡單、環境友好、成型效率高的特點，相比于手糊和常規模壓工藝，應用真空輔助灌注工藝可以降低樹脂浸漬過程紗束結構變形和纖維損傷，所成型的纖維增強樹脂基復合材料具有質地均勻、表面質量好的特點。

目前，真空輔助灌注成型已是復合材料制品的常用成型工藝，但碳纖維的單絲直徑僅有5μm～7μm，相比于單絲直徑12μm的玻璃纖維，碳纖維單絲比較細，抽真空后碳纖維預制件絲束之間壓實緊密，樹脂膠液難以有效浸潤，同時，碳纖維絲束與模具之間也緊密貼合，對抽氣系統形成一定程度的“阻礙”，樹脂從注膠端灌注后流動阻力越來越大，灌注效率極低，對于碳纖維增強樹脂基復合材料，采用現行工藝僅可以有效成型厚度不大于10mm，樹脂流動距離不大于700mm的碳纖維樹脂基復合材料，對于樹脂流動距離較長、厚度較大的碳纖維增強樹脂基復合材料，在成型過程中碳纖維預制件絲束之間以及碳纖維預制件與模具之間壓實緊密易造成“脫氣不暢”，樹脂需要克服在碳纖維中的流動阻力，容易出現樹脂浸潤不全的現象，從而導致復合材料不能有效成型，嚴重制約了碳纖維增強樹脂基復合材料制品的推廣應用。

中國專利CN 104139529A針對硬質夾芯材料復合材料在成型過程中由于短路在預制件內包裹一定空氣和揮發物，形成“注膠死區”從而導致干斑缺陷的情況，在夾芯材料預制件上側鋪設導流系統，下側鋪設半透膜解決了由于樹脂短路造成的硬質夾芯材料的干斑缺陷問題。但該專利同樣未解決樹脂流動距離較長、厚度較大的碳纖維增強樹脂基復合材料，在成型過程中容易因“脫氣不暢”，出現樹脂浸潤不全的問題。

發明內容

本發明所要解決的技術問題在于提供一種有效制備碳纖維增強樹脂基復合材料的成型方法，提高碳纖維增強樹脂基復合材料的產品質量和生產效率。

為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是這樣的：在傳統真空輔助灌注工藝的基礎上，在碳纖維復合材料預制件下側鋪設脫氣氈，在制品有效尺寸的整個面內形成底部脫氣裝置，縮短樹脂在碳纖維中的流動距離，降低流動阻力，以此來實現碳纖維增強樹脂基復合材料構件的有效制造，該方法對于提高碳纖維增強樹脂基復合材料的產品質量和生產效率，推動碳纖維增強樹脂基復合材料在軍事領域的推廣應用具有重要意義。

采用真空輔助灌注工藝，在常規鋪設導流系統和脫氣系統的基礎上，在纖維織物預制件下側依次鋪設半透膜（4）和脫氣氈（5），形成底部脫氣裝置，底部脫氣裝置與阻流排氣裝置（6）相連形成脫氣系統，以此增大預制件（1）脫氣面積，解決碳纖維預制件絲束之間以及碳纖維預制件與模具之間壓實緊密造成的“脫氣不暢”問題，降低樹脂流動阻力，實現樹脂對碳纖維預制件的有效浸潤。