[发明专利]一种厚尺寸碳纤维制件真空灌注成型方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种复合材料的制作方法，尤其是指一种厚尺寸碳纤维复合材料真空灌注成型方法，为复合材料成型技术领域，主要用于厚尺寸碳纤维复合材料真空灌注成型工艺。

技术背景

碳纤维复合材料以其高比强度和高比模量广泛应用在航天、航空、风电叶片等各领域，厚尺寸碳纤维复合材料件作为结构部件可以大大减轻制件重量。

真空灌注工艺作为复合材料最主要的成型工艺，以其成型快速，污染低和适用于制备大型部件等优点近几年被广泛研究和应用。真空灌注成型时主要使用玻璃纤维进行灌注体的灌注成型，玻璃纤维单丝直径在18-25μm之间，真空压实后堆砌的纤维体内有较大空隙，这样的空隙如同一个导流系统，有利于胶液流动灌注；传统灌注方法借助导流网使胶液沿注胶管方向在导流网上流动，然后在流动的过程中再进行纵向渗透，而此种方法不适用碳纤维灌注，因为碳纤维单丝直径在6-8μm，在真空压实碳纤维体后体系内空隙远小于玻璃纤维体，这样的条件在进行薄板灌注小件尚可进行，若是进行大制件厚板灌注则不能实现真空灌注工艺。用于真空灌注的胶液粘度普遍在160mPa.s-300mPa.s，使用目前普遍使用的流道和铺层设计在灌注厚度小于10mm的碳纤维薄板能够实现小制件灌注，但若用到厚尺寸的大型结构部件的碳纤维复合材料灌注就很难实现真空灌注工艺成型。

目前碳纤维在用作大型结构部件的生产上还是使用带有预浸料的碳纤维布片铺层完后在真空体系下高温固化成型，其固化温度普遍在110℃以上，由于碳纤维预浸料需要低温运输和低温存储，且预浸料的生产成本也要附加在材料成本中，较高的固化温度对模具和能耗都会带来影响，所以碳纤维预浸料较单独使用碳纤维和胶液成型的价格要高，在使用时预浸料也会存在边角料等废料浪费，这样使用预浸料生产产品会带来产品的生产成本高昂。在成型工艺上预浸料由于是具有较高粘度的胶片，在铺层后由于胶片不能百分之百的粘贴所以制件会存在一定的孔隙和局部分层的现象，这样会对产品的力学性能和可靠性带来影响，因此很有必要对此加以改进。

发明内容

本发明的目的在于针对上述问题，提出一种适合厚尺寸大制件碳纤维体真空灌注成型的灌注成型方法。该成型方法既不会对产品的力学性能和可靠性带来影响，而且可以减少材料的耗材。

本发明采取的技术方案是：

一种厚尺寸碳纤维制件真空灌注成型方法，采用真空灌注成型，利用真空灌注工艺制作大尺寸、厚碳纤维制件；在碳纤维制件模具上铺设刚性多孔平板；再在多孔平板上表面铺设吸胶棉，并在真空吸嘴下使用VAP薄膜进行密封，通过使用VAP薄膜控制灌注体的负压梯度，对碳纤维制件模具进行抽真空，从而完成真空灌注成型。

进一步，所述的真空灌注工艺是在碳纤维铺层下面铺设导流网和脱模布，通过铺设在纤维体底层的导流网使得胶液通过导流网快速分散后，然后沿着垂直铺层方向胶液由下至上快速渗透；由于碳纤维在非轴向无法受力所以编织布非常松散，在进行真空吸附时碳纤维铺层会被真空袋挤压使得在轴向上形成深浅不一的褶皱，因此本发明通过使用刚性多孔平板铺设在碳纤维铺层上表面，在真空压力下保证碳纤维体不被挤压变形来保证上表面的平整度。并使用VAP薄膜封住真空吸嘴来保证胶液在渗入上表面后不被抽入到真空管中，最终达到整个碳纤维体灌注成型；VAP薄膜具有透气不透胶的功能，这种材料价格昂贵且为一次性使用的耗材，传统的使用VAP薄膜对整个灌注件进行封真空会使得VAP薄膜大量使用，通过VAP薄膜和真空吸嘴的配合使用这大大降低了VAP薄膜的用量。本发明使用VAP薄膜封住真空吸嘴来保证胶液在渗入上表面后不被抽入到真空管中，最终达到整个碳纤维体灌注成型。所述在刚性多孔平板和VAP薄膜间使用的吸胶棉主要是在灌注体上表面提供连续的负压层，避免因真空袋膜与刚性多孔平板紧贴后而降低上表层的真空度。

所述导流网尺寸略小于碳纤维铺层，导流网距离碳纤维体边缘20mm-40mm，所述脱模布用于脱去固化后的导流网；碳纤维体上部铺设刚性多孔介质，所述刚性多孔介质用于保证碳纤维体上表面的平整度，在刚性多孔介质上面铺设吸胶棉，在抽真空后吸胶棉可保证上表面的真空度，VAP薄膜和真空吸嘴的配合使用保证胶液在渗入到上表面后不被抽入到真空管中。在此铺层上铺设真空袋膜，所述真空袋膜用于提供整个灌注体系的真空度。