一种含大长细比内部通道复合材料结构及其制备方法与流程

1.本发明属于复合材料应用与制造技术领域，特别涉及一种含大长细比内部通道复合材料结构及其制备方法。


背景技术：

2.大长径比复合材料制件是指零件长度尺寸与横向尺寸之比超过30的空心薄壁零件，其具有重量轻、强度高、刚度大、不易变形、通道密封性好等特点，广泛应用于航空、航天、汽车等各个领域。
3.目前，大长细比复合材料制件普遍采用可溶模固化成型或橡胶膨胀成型方法。大长细比复合材料管因长度长、宽度小，导致采用可溶模固化成型的制件存在加工误差大、表面质量差、形变量大以及不易脱模等缺点；而采用橡胶膨胀成型方法，硅橡胶芯体现出强度低、耐温性差、刚度小等特点，固化后橡胶容易失效或出现橡胶断裂，难以实现脱模等现象。
4.因此，如何制造含大长细比内部通道复合材料结构成为相关业者所亟待解决的技术问题。


技术实现要素：

5.本发明的主要目的在于提供一种含大长细比内部通道复合材料结构及其制备方法，通过采用具有自脱模特性、热膨胀特性以及耐高温特性的铁氟龙芯材，可在较宽固化温度范围内实现含大长细比内部通道复合材料结构的高效低成本成型。
6.为解决上述目的，本发明采用的技术方案是：
7.一种含大长细比内部通道复合材料结构的制备方法，包括以下步骤：
8.1)根据要制备的复合材料内部通道形状，通过对铁氟龙材料进行片材机械加工成型或粉料挤压成型，得到表面光滑的铁氟龙芯材；根据要制备的复合材料结构形状裁剪出预浸料的复合材料料片；根据要制备的复合材料结构形状，机械加工固化成型制备用的模具；
9.2)在铁氟龙芯材上包裹若干层复合材料料片，包裹过程应连续，避免出现铺层工艺边界；
10.3)在成型模具中首先铺覆整层复合材料料片，形成通道底部整体承载层；然后在对应位置放置步骤2)包裹好的铁氟龙芯材，并在相邻的铁氟龙芯材中间补充铺覆复合材料料片或泡沫；再然后继续在上方铺覆整层复合材料料片，形成通道上部整体承载层，完成大长细比内部通道复合材料结构铺层；最后进行制袋密封；
11.4)将步骤3)完成模具中铺覆的材料进行加热固化成型，利用铁氟龙材料的热膨胀特性施加冷却通道上下复合材料料片固化所需压力，固化时采用对应的复合材料固化工艺参数；
12.5)待加热固化成型后，冷却脱模，铁氟龙材料经过高温后仍具有较高强度，利用铁氟龙材料自脱模特性拔出铁氟龙芯材，得到含大长细比内部通道的复合材料结构。
13.优选地，复合材料内部通道形状为圆形或三角形、四边形、五边形等任意多边形。
14.优选地，铁氟龙芯材为聚四氟乙烯(ptfe)、四氟乙烯—全氟烷氧基乙烯基醚共聚物(pfa)、全氟乙烯丙烯共聚物(fep)或乙烯-四氟乙烯共聚物(etfe)。
15.优选地，复合材料选择高强中模级碳纤维，如t300、t700、t800、t1100等，或者选用高强高模级碳纤维，如m40j、m55j等；复合材料的树脂体系选用中温环氧、高温环氧、双马树脂、氰基树脂、聚酰亚胺等。
16.优选地，制袋密封时，为获得较好的表面成型质量，可在上方布置均压垫，如硅橡胶或其他具有较好表面质量特性的片层材料。
17.优选地，加热固化成型采用真空袋压、热压罐或模压工艺。
18.优选地，加热固化成型的固化温度为室温至300℃。
19.优选的，在模具中铺覆时，铁氟龙芯材相对于复合材料料片两端露头，且至少一端长出至少20mm。
20.优选地，脱模时，用钳子夹住铁氟龙芯材外露至少20mm的一端，沿长度方向将铁氟龙芯材拽出，必要时可单独制备具有导向作用的专用拔出工装。
21.一种含大长细比内部通道复合材料结构，利用上述方法制备得到。
22.本发明针对现有技术采用可溶模或橡胶膨胀成型含大长细比内部通道复合材料结构不可行的问题，提供一种含大长细比内部通道复合材料结构及其制备方法，通过采用具有自脱模特性的铁氟龙芯材，来制备高质量高精度实现含大长细比内部通道复合材料结构。
附图说明
23.图1是一种含大长细比内部通道复合材料结构示意图。
具体实施方式
24.为使本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附图作详细说明如下。
25.本实施例采用本发明提出的制备方法制备如图1所示的一种含大长细比内部通道复合材料结构，包括以下步骤：
26.1)根据要制备的复合材料内部通道形状，该形状为圆形或三角形、四边形、五边形等任意多边形，本实施例为四边形，通过对铁氟龙材料进行片材机械加工成型或粉料挤压成型，得到表面光滑的铁氟龙芯材；铁氟龙芯材为ptfe、pfa、fep或etfe，本实施例选用ptfe；根据要制备的复合材料结构形状裁剪出预浸料的复合材料料片；复合材料选择高强中模级碳纤维，如t300、t700、t800、t1100等，或者选用高强高模级碳纤维，如m40j、m55j等；复合材料的树脂体系选用中温环氧、高温环氧、双马树脂、氰基树脂、聚酰亚胺等；本实施例选用t300和双马树脂；根据要制备的复合材料结构形状，机械加工固化成型制备用的模具；
27.2)在铁氟龙芯材上包裹若干层复合材料料片，包裹过程应连续，避免出现铺层工艺边界；
28.3)在成型模具中首先铺覆整层复合材料料片，形成通道底部整体承载层；然后在对应位置放置步骤2)包裹好的铁氟龙芯材，并在相邻的铁氟龙芯材中间补充铺覆复合材料
料片或泡沫；再然后继续在上方铺覆整层复合材料料片，铁氟龙芯材相对于复合材料料片两端露头，且至少一端长出至少20mm，铺覆形成通道上部整体承载层，完成大长细比内部通道复合材料结构铺层；最后进行制袋密封；制袋密封时，为获得较好的表面成型质量，在上方布置均压垫，如硅橡胶或其他具有较好表面质量特性的片层材料；
29.4)将步骤3)中完成模具中铺覆的材料进行加热固化成型，可以采用真空袋压(烘箱)、热压罐或模压工艺中的一种，温度控制在室温至300℃，利用铁氟龙材料的热膨胀特性施加冷却通道上下复合材料料片固化所需压力，固化时采用对应的复合材料固化工艺参数；
30.5)待加热固化成型后，冷却脱模，脱模时，用钳子夹住铁氟龙芯材外露至少20mm的一端，沿长度方向将铁氟龙芯材拽出，必要时可单独制备具有导向作用的专用拔出工装；铁氟龙材料经过高温后仍具有较高强度，利用铁氟龙材料自脱模特性拔出铁氟龙芯材，得到含大长细比内部通道的复合材料结构。
31.虽然本发明已以实施例公开如上，然其并非用以限定本发明，本领域的普通技术人员对本发明的技术方案进行的适当修改或者等同替换，均应涵盖于本发明的保护范围内，本发明的保护范围以权利要求所限定者为准。


技术特征：
1.一种含大长细比内部通道复合材料结构的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1)根据要制备的复合材料内部通道形状，通过对铁氟龙材料进行片材机械加工成型或粉料挤压成型，得到表面光滑的铁氟龙芯材；根据要制备的复合材料结构形状裁剪出预浸料的复合材料料片；根据要制备的复合材料结构形状，机械加工固化成型制备用的模具；2)在铁氟龙芯材上包裹若干层复合材料料片，包裹过程应连续，避免出现铺层工艺边界；3)在模具中首先铺覆整层复合材料料片，形成通道底部整体承载层；然后在对应位置放置步骤2)包裹好的铁氟龙芯材，并在相邻的铁氟龙芯材中间补充铺覆复合材料料片或泡沫；再然后继续在上方铺覆整层复合材料料片，形成通道上部整体承载层，完成大长细比内部通道复合材料结构铺层；最后进行制袋密封；4)将步骤3)完成模具中铺覆的材料进行加热固化成型，利用铁氟龙材料的热膨胀特性施加冷却通道上下复合材料料片固化所需压力，固化时采用对应的复合材料固化工艺参数；5)待加热固化成型后，冷却脱模，铁氟龙材料经过高温后仍具有较高强度，利用铁氟龙材料自脱模特性拔出铁氟龙芯材，得到含大长细比内部通道的复合材料结构。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，复合材料内部通道形状为圆形或任意多边形。3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，铁氟龙芯材为聚四氟乙烯、四氟乙烯—全氟烷氧基乙烯基醚共聚物、全氟乙烯丙烯共聚物或乙烯-四氟乙烯共聚物。4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，复合材料选择高强中模级碳纤维，包括t300、t700、t800或t1100；或者选用高强高模级碳纤维，包括m40j或m55j；复合材料的树脂体系选用中温环氧、高温环氧、双马树脂、氰基树脂或聚酰亚胺。5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，制袋密封时，在上方布置均压垫。6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，加热固化成型采用真空袋压、热压罐或模压工艺。7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，加热固化成型的固化温度为室温至300℃。8.优选的，在模具中铺覆时，铁氟龙芯材相对于复合材料料片两端露头，且至少一端长出至少20mm。9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，脱模时，用钳子夹住铁氟龙芯材外露至少20mm的一端，沿长度方向将铁氟龙芯材拽出。10.一种含大长细比内部通道复合材料结构，利用权利要求1-9任一项所述的方法制备得到。

技术总结
本发明公开一种含大长细比内部通道复合材料结构及其制备方法，属于复合材料应用与制造技术领域，通过采用具有自脱模特性、热膨胀特性以及耐高温特性的铁氟龙芯材，可在较宽固化温度范围内实现含大长细比内部通道复合材料结构的高效低成本成型。料结构的高效低成本成型。料结构的高效低成本成型。


技术研发人员：田智立 张涛 夏雅男 刘雷波 魏洪峰
受保护的技术使用者：航天特种材料及工艺技术研究所
技术研发日：2021.11.24
技术公布日：2022/3/7