碳纤维复合材料雷达构件RTM成型工艺探索.doc

2003年 2003年江苏省复合材料科学技术与工程学术研讨会论文集 南京2003．5 碳纤维复合材料雷达构件RTM成型工艺探索 方芳颜万生 (十四所‘丁艺部) 摘要：采用碳纤维复合材料制造天线骨架构件可以提高精度，减轻重量。本文叙述了采用RTM技术试制复合材料 槽形件的工作概况，介绍了低粘度树脂体系、增强材料预成型、固化工艺等多方面研究工作。研制的槽形件精度 高，满足了使用要求。 关键词：碳纤维复合材料RTM技术周化工艺 l刖吾 碳纤维具有高强度、高弹性模量、耐高温、耐腐蚀、耐疲劳、抗蠕变、导电、传热等特性， 属于典型的高性能纤维，碳纤维复合材料的许多优势是传统的金属材料不可比拟的。国外有关碳纤 维复合材料的应用研究非常广泛。包括在航天、航空、电子等尖端技术以及其它部门，近年来我 国也纷纷开展其应用研究工作，航天、航空部门率先进行，80年代初期，电子工业及其它工业部 门也陆续开展研究应用工作，目前己研制出天线反射面、馈源、波导等制品，采用碳纤维复合材 料制作结构件也是提高产品性能指标、适应现代战争要求的重要途径。 随着碳纤维复合材料应用领域的不断扩大。先进复合材料的成型工艺方法也成为研究开发的 热点。降低成本、提高性价比，已成为我单位许多产品的追求目标。本研究就是针对我所有关产 品要求进行的，期望通过该研究，掌握RTM法制造高性能雷达构件的工艺技术。降低先进复合材 料制件的制造成本，以扩大先进复合材料在雷达上的应用范围。 2槽形件工艺流程 本研究采用碳纤维复合材料制作高精度槽形件，准备用于雷达天线阵骨架。在保证天线刚度 基础上，减轻重量，提高骨架平面度，从而改善反射板的翘曲变形，来满足使用要求。 图l为槽形件的工艺流程。 图1槽形件成型工艺示意图 2003年 2003年江苏省复合材料科学技术与丁程学术研讨会论文集 南京2003．5 3制造技术 RTM技术是目前较先进的低成本复合材料成型工艺方法，具有很多优点，国内以往多用于玻 璃钢制品生产。而用来制造高精度的碳纤维复合材料制件的报道较少。RTM成型工艺技术主要包 括低粘度树脂系统选择、预制件的制造、工装设计制造、树脂充模、固化等多个方面，下面即按 这几个方面分别介绍。 3．1树腊系统选择 RTM工艺对树脂系统的有许多特殊的要求，可概括为：室温或较低温度下具有低粘度及一定 的储存期：树脂对增强材料具有良好的浸润性、粘附性；树脂在固化温度下具有良好的反应性： 收缩率低，以保证制品尺寸准确；同时因为压注成型是在密闭模具中固化，固化时不可能施加外 部压力和排逸低分子物。故只能采用无溶剂的和聚合时无低分子析出物的树脂体系。要获锝同时 满足上述要求的树脂系统困难很大。而以上要求中，粘度的要求尤其重要。一般来说，RTM要求 使用较低粘度的树脂体系，范围在0．1—1．OPa．s之内，为适应RTM工艺，树脂注入粘度必须在较 长时间内保持变化不大，以保证树脂在凝胶前充满整个模具，并使纤维浸润完全。如果树脂粘度 太大，就需要较高的注入压力，易导致纤维贫胶或纤维错位，从而降低制件性能。 根据上述要求可以使用的树脂有不饱和聚酯树脂、环氧树脂、双马来酰亚胺树脂、氰酸酯树 脂等。根据试验情况，我们决定采用环氧树脂系统。由于单纯的双酚A环氧树脂粘度太大，常温 下为2．SPa．S，作为RTM用树脂难以满足要求。我们通过试验，决定采用低粘度的缩水甘油酯环 氧树脂(粘度0．35—0．7Pa．S)，与双酚A环氧树脂进行混合。为使树脂体系适用于RTM成型，固 化体系采用的是低粘度液体胺类。表1是不同温度及不同比例下树脂系统的粘度值。 通过对树脂体系进行粘度测试发现，增加缩水甘油酯环氧树脂的含量或提高体系温度都有利 于降低粘度，但是缩水甘油酯环氧树脂含量的增加会影响制品的其他性能，如收缩率、力学性能 等．同时还会增加制造成本。而温度太高．储存期短。操作困难。根据实验结果，我们选择两种 树脂的比例为l；l，这一树脂系统在60℃时粘度为0．45 Pa．s，粘度适中，因此确定注射温度为 60℃，经实验证明效果良好。表2为该树脂系统的部分性能。 表1树脂系统的粘度值 树腊组成 粘度(Pa．s) 常温15℃ 40℃ 60℃ 80℃ 100％双酚A环氧树脂 1 1 l 0．086 75％双酚A环氧树脂+25％缩水甘油酯环氧树脂 1 l 0．86 0．082 50％双盼A环氧树脂+50％缩水甘油醑环氧树脂 1 0．95 0．45 O．075 25％双酚A环氧树腊+75％缩水甘油酪环氧树嚣 1 0．7 0．38 0．071 100$缩水甘油醑环氧树脂 0．7 0．5 0．30 0 066 表2为该树鹰系统的部分性能 50％双酚A环氧树脂