[发明专利]一种复合材料筒形构件的成型方法

权利要求书

1.一种复合材料筒形构件的成型方法，其特征在于该方法包括：

先制备预浸料，准备成型阳模，复合材料筒形构件成型包括90°层成型和非90°层成型，将预浸料分切成需要的宽度备用，预浸料分切宽度根据筒形构件半径确定，90°层预浸料宽度使缠绕角度为89.0°～89.7°，非90°层预浸料铺放时对应的圆心角小于15°，筒形构件成型过程中非90°层采用自动铺带成型，90°层采用环向宽带缠绕成型，自动铺带和宽带缠绕交替进行，所有层成型完成后对筒形构件进行固化，具体实施步骤如下：

(1)制作成型阳模；

(2)预浸料分切，根据所成型筒形构件的半径将预浸料分切成宽带缠绕和自动铺放所需要的宽度，分切预浸料时，宽带缠绕的预浸料宽度使缠绕角度为89.0°～89.7°，自动铺带的预浸料宽度在铺放时对应的圆心角小于15°；

(3)筒形构件成型，筒形构件非90°层采用自动铺带成型，90°层采用环向宽带缠绕成型，自动铺带和宽带缠绕交替进行；

缠绕成型和铺带成型采用的预浸料体系相同；

90°层环向宽度缠绕过程中施加缠绕张力，缠绕张力采用梯度递减的张力控制制度；

将复合材料层划分为n层，第一层至最外层各缠绕张力依次为T1，T2，……Tn，各层纤维的实际应力为各层缠绕张力对自身产生的拉应力与全部外层缠绕张力对其产生的压应力之和，每层张力的施加公式为：

式中：K＝σ₀(t_f+t_Mf)；

t_i为第i层纤维厚度

式中：T(t_γ)：缠绕厚度为t_γ时缠绕张力；

t_γ：第_γ层缠绕完成后纤维总厚度

t_f：纤维总厚度，包括非90°层

σ₀：纤维初始张力值

t_Mf：为金属模具厚度折算成纤维当量厚度

非90°层自动铺放过程中施加正压力，形成成型压力，将铺带成型压力和缠绕张力皆换算为成型压力，按提供的成型压力进行协调控制，结合实际预浸带的宽度、铺层总厚度、产品直径要求，对缠绕张力和铺带压力进行调节，达到成型压力一致的目的，实现了铺带缠绕工艺匹配，非90°压力计算方法为：

非90°层正向压力式中：F为正向压力；k为工艺系数，建议值为0.5～3；d₂为非90°层预浸料铺带宽度；h为压辊接触宽度；T(t_r)为90°层张力，R_λ为第γ层铺放时已成型纤维总厚度与成型阳模的外径之和；

自动铺带效率达到了27kg/h，宽带缠绕效率达到了45kg/h，自动铺带铺层角度精度由手工铺层的±2°提高到了±0.2°；

(4)筒形构件固化，根据预浸料的树脂体系，制定固化制度对筒形构件进行固化，固化完成后得到一个长7m，半径2m，厚度18mm的筒形构件，该筒形构件前5层的铺层顺序为[90/0/90/0/90]，90°层使用缠绕成型方式，缠绕带的宽度d₁＝50mm，实际缠绕角度为89.5°，0°使用铺带成型方式，铺带的宽度d₂＝150mm，90°缠绕张力为9.2N/mm，9N/mm，8.8N/mm，0°铺层的压力为19.8N和19.4N，该筒形构件成型周期为12天，比原手工成型周期23天缩短了近一半；

使用超声无损检测方法对成型后的筒形构件整筒进行检测，检测结果表明构件整体均没有分层、疏松、气孔缺陷，对构件进行局部取样，制成金相试验，金相观察表明，构件的孔隙率低于0.3％。