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复合材料长桁共固化成型工艺研究

摘要:复合材料长桁种类主要包括“工”字长桁;“T”字长桁;“Ω”

长桁等。长桁制造工艺采“复合式铺叠”,通过整体定位实现壁板及长

桁共固化成型,各种长桁共固化成型完全采用数字化制造定位盖板,

制造工艺上完全实现数字化在复合材料成型上的应用,使用该成型工

艺保证壁板的成型质量及轮廓尺寸;长桁内部及外观质量;长桁行位

公差有标志性的提高;整体构件质量。

关键词:长桁整体成型数字化盖板共固化

该文描述热固性复合材料壁板类零件共固化成型工艺,长桁截面

种类包括“工”字长桁;“T”字长桁;“Ω”长桁的成型工艺,采用新成型

工艺解决在制造中出现质量问题,提高零件的成型质量及工作效率。

复合材料壁板类零件制造采用长桁与蒙皮整体共固化成型工艺,辅以

复合材料数字化制造工艺盖板,实现复合材料壁板类零件的整体成

型。

1制造用材料描述

1.1材料描述

零件试验制造选用材料为cytec生产的环氧树脂基预浸料,选择

材料为高温固化、高增韧环氧树脂基干法预浸料。碳纤维增强体是赋

予复合材料制件的高强度和高模量等力学性能的关键因素。本预浸料

是高强度碳纤维,纤维拉伸强度为5.59?GPa,拉伸模量为294?GPa,

延伸率为1.9%,该材料已在多种机型上广泛应用。

1.2基体材料描述

复合材料基体材料在制件中是关键作用,(1)将增强体粘接成整

体;(2)在纤维之间起传递载荷,并使载荷均匀;(3)保护纤维,防

止纤维受损。复合材料的多数性能与基体材料密切相关,复合材料的

耐热性、耐腐蚀性、阻燃性、抗辐射、耐溶剂性、吸湿及相关工艺性

能都取决于基体材料。复合材料制件的成型工艺及固化参数都取决于

基体材料。一般典型环氧树脂基体黏度曲线如图1所示,一般在77?℃

左右数值黏度达到最低,数值流动性最高。环氧数值在固化过程中通

过化学反应交联成为三维网状结构。单纯的环氧数值固化后物性脆,

制件CAI值很差,因此选用基体材料做增韧处理,该文涉及材料全

部进行了高增韧处理。

1.3?环氧树脂性质

环氧树脂是指分子中含有两个或两个以上环氧基,以脂肪族或芳

香族有机化合物为骨骼并通过环氧基团反应能形成有用的热固性产

物的高分子低聚体。环氧树脂及固化物的性能相似。

1.3.1环氧树脂固化

环氧树脂含有伸张的三元环,非常容易和各种交联剂反应。固化

树脂的性能不仅依赖于环氧树脂的结构,同时也依赖于固化剂的类型

和用量,利用固化剂中的某些基团与环氧树脂中的环氧基或羟基发生

反应来实现的。环氧树脂体系的固化速度有固化剂类型和用量、固化

条件所决定。

1.3.2环氧树脂结构与性能

环氧树脂实际上是含有不同聚合度分子的混合物,且部分分子可

能支化,以及极少部分终止的基团是氯醇基团,因此,环氧树脂的环

氧基含量、氯含量和分子质量分布等对树脂的固化及固化物性能有很

大影响。环氧树脂的性能除与合成条件有关外,主要取决于分子结构,

环氧树脂中的缩水甘油基团是柔性链段,可以降低树脂的黏度,提高

工艺性能,但同时降低了固化树脂的耐热性。

1.3.3环氧树脂增韧

环氧树脂最大的弱点是韧性差,固化后环氧树脂性脆,耐冲击性

较差,容易开裂。因此用于高性能复合材料需要对其进行改性,主要

途径有以下几种。

用弹性体、热塑性树脂或刚性颗粒等第二相来增韧。

用热塑性树脂连续地贯穿于热固性树脂中形成互穿网络来增韧

改性。

通过改变交联网络的化学结构以提高网链分子的活性能力来增

韧。

有控制分子交联状态的不均匀性来形成有利于塑性形变的非均

匀结构来实现

增韧。

1.4环氧树脂体系化学流变特性分析

1.4.1动态黏度分析

某型号环氧树脂体系动态黏度测量曲线如图1所示。该树脂体系

在90?℃以下,树脂体系黏度最低,因此在制造工艺上需根据树脂的

测量报告作出相应的工艺调整。

2复合材料壁板类零件成型工艺参数分析

影响复合材料成型工艺的参数包括温度、压力、时间等要素。固

化温度高低影响树脂与固化剂的反应活性,对于环氧树脂,固化一般

是以固化剂为中心,反应由中心以辐射状向四周发展,形成两项球粒

的固化网络结构。从力学性能角度环氧树脂在固化过程中分为四种状

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