[發(fā)明專利]一種泡沫夾芯復(fù)合材料VARI工藝樹脂浸潤控制系統(tǒng)及方法

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• 申請日: 2022-10-11
• 公開（公告）號: CN115742372A
• 公開（公告）日: 2023-03-07
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 閆超;徐小偉;田亦瑤;蘇霞;李宗澤;劉秋峰
• 申請（專利權(quán)）人: 中航西安飛機工業(yè)集團(tuán)股份有限公司
• 主分類號: B29C70/36
• 分類號: B29C70/36
• 代理公司: 中國航空專利中心 11008
• 代理人: 杜永保

本發(fā)明公開了一種泡沫夾芯復(fù)合材料VARI工藝樹脂滲透控制系統(tǒng)及方法，控制系統(tǒng)包括模板、纖維增強預(yù)制體、泡沫芯、輔助材料層、導(dǎo)流層、真空袋、注膠管路、出膠管路、管路控制閥門、樹脂儲存器、真空源、減速帶。其中，泡沫芯沿厚度方向設(shè)置了若干通孔，減速帶設(shè)置于導(dǎo)流層上泡沫芯兩側(cè)板－板區(qū)和上蒙皮板－芯區(qū)。本發(fā)明對通過調(diào)節(jié)泡沫芯開孔位置、減速帶寬度、減速帶位置實現(xiàn)對泡沫夾芯復(fù)合材料樹脂浸潤過程的精確控制。本發(fā)明解決了泡沫夾芯復(fù)合材料各個區(qū)域樹脂浸潤效果差異大，浸潤過程控制困難的問題，可實現(xiàn)樹脂高效、高質(zhì)量浸潤，保證成型零件質(zhì)量穩(wěn)定性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明專利涉及復(fù)合材料成型技術(shù)中的低成本液體成型VARI工藝制造領(lǐng) 域，特別涉及一種泡沫夾芯復(fù)合材料VARI工藝樹脂浸潤控制系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)

隨著復(fù)合材料制造技術(shù)的不斷發(fā)展，復(fù)合材料在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用日益 廣泛，其用量成為衡量飛行器先進(jìn)性的一大指標(biāo)。低密度泡沫夾芯復(fù)合材料結(jié) 構(gòu)具備優(yōu)異的結(jié)構(gòu)減重效益，泡沫芯密度僅為52kg/m³-110kg/m³，同時兼?zhèn)涓?結(jié)構(gòu)強度和優(yōu)異的耐壓縮蠕變性能。此外，相對于蜂窩夾芯結(jié)構(gòu)，泡沫夾芯結(jié) 構(gòu)在使用過程中維護(hù)成本較低。因此，復(fù)合材料泡沫夾芯結(jié)構(gòu)在航空領(lǐng)域的用 量逐漸增加，且未來將嘗試應(yīng)用在更復(fù)雜、大尺寸的結(jié)構(gòu)當(dāng)中。相對于熱壓罐 成型方法，以VARI(真空輔助樹脂熔滲)為代表的液體成型技術(shù)在泡沫夾芯復(fù) 合材料的制造過程中表現(xiàn)出高成型質(zhì)量、低制造成本、高制造效率、高尺寸和表面精度等優(yōu)勢，在泡沫夾芯復(fù)合材料成型技術(shù)中具備廣泛的應(yīng)用前景。

VARI工藝是在單面芯塊上上采用碳纖維、玻璃纖維等鋪貼預(yù)制體，鋪放輔 助材料后，進(jìn)行樹脂進(jìn)、出流道鋪放。隨后封裝真空袋進(jìn)行檢漏，在真空條件 壓力下將樹脂壓入真空袋內(nèi)，使樹脂充分浸潤預(yù)制體。隨后關(guān)閉注膠、出膠口 后，經(jīng)加熱使樹脂固化，冷卻后，得到復(fù)合材料零件。

樹脂浸潤過程控制是決定VARI工藝成型質(zhì)量的關(guān)鍵技術(shù)之一,也是制造過 程中的一大難點，預(yù)制體中不同區(qū)域的材料種類、層數(shù)、角度、預(yù)制體局部結(jié) 構(gòu)存在差異，導(dǎo)致其滲透率參數(shù)不同，樹脂在其中的滲透行為存在顯著差異。 滲透相對困難的區(qū)域易產(chǎn)生樹脂流動前鋒匯集，空氣被樹脂包裹于預(yù)制體內(nèi)部 的現(xiàn)象，最終造成該區(qū)域內(nèi)部存在孔隙等缺陷。對于泡沫夾芯結(jié)構(gòu)，板板區(qū)、 芯上蒙皮、芯下蒙皮在結(jié)構(gòu)和滲透率方面均存在顯著差異，這主要表現(xiàn)在：

(1)芯上蒙皮與芯下蒙皮滲透行為差異

如圖2所示，泡沫芯下蒙皮區(qū)域無法鋪設(shè)導(dǎo)流層，這是由于導(dǎo)流層為網(wǎng)狀 結(jié)構(gòu)，在零件重量和真空袋壓力作用下會在下蒙皮上產(chǎn)生壓痕，影響零件表面 質(zhì)量。因此，下蒙皮樹脂浸潤相對上蒙皮較慢，上蒙皮樹脂流動前鋒先到達(dá)出 膠管處，阻塞出膠管路，導(dǎo)致下蒙皮流動前鋒處的真空壓力差降低，樹脂浸潤 驅(qū)動力不足，下蒙皮預(yù)制體內(nèi)部形成空氣包裹區(qū)域(15)，進(jìn)而固化后該區(qū)域易 出現(xiàn)干斑或密集孔隙等質(zhì)量問題。

(2)板-板、板-芯區(qū)滲透行為差異

泡沫芯為多孔結(jié)構(gòu)，表面閉孔會吸附樹脂，在一定程度上造成板-芯區(qū)預(yù)制 體滲透困難，這部分樹脂前鋒流動速率顯著慢于板-板區(qū)。板-板區(qū)流動前鋒易 在臨近出膠口位置發(fā)生匯集時，出膠通道阻塞，導(dǎo)致上蒙皮板-芯區(qū)臨近出膠口 位置形成空氣包裹(15)，固化后的零件出現(xiàn)干斑或密集孔隙等質(zhì)量問題(圖 5(a))。

減速帶是指滲透率顯著低于增強材料預(yù)成形體的帶狀工藝輔助材料，樹脂 在減速帶內(nèi)部的流動時間較長，將減速帶設(shè)置沿樹脂流動方向設(shè)置，可降低局 部區(qū)域的樹脂滲透速率，調(diào)節(jié)樹脂滲透前鋒，保障樹脂滲透均勻性，避免因流 動前鋒匯聚產(chǎn)生的樹脂滲透缺陷。