[发明专利]一种多腔体薄壁结构复合材料RTM成型制备方法

说明书

本发明公开了一种多腔体薄壁结构复合材料RTM成型制备方法，在增强织物表面采用分步依次附载增韧剂、定型剂，再进行芯模包覆、RTM工艺注射基体树脂并固化成型，得到多腔体薄壁结构复合材料制件。本发明公开的一种多腔体薄壁结构复合材料RTM成型制备方法将高分子量、高韧性的增韧剂组分与液态成型树脂基体组分分离，而不是让两者直接混合形成高黏度体系。利用织物本身作为增韧成分的载体，将增韧成分预先配置在织物预制体表面，液态成型的注射阶段只涉及未经增韧的低黏度基体树脂，从而保证注射过程能够进行、充分浸润预制体。

技术领域

本发明涉及复合材料制备技术领域，具体涉及一种多腔体薄壁结构复合材料RTM成型制备方法。

背景技术

高性能、低成本已经成为复合材料发展的主要方向。在复合材料低成本技术方面，以树脂传递模塑（RTM）、树脂膜浸渗（RFI）等技术为代表的成型技术是当前先进复合材料低成本技术的主流。RTM或RFI的主要优点是能够高效率制造高纤维体积含量的复杂构型的零件，并保持较高的结构设计效率和形状、尺寸精度。例如在美国F-22飞机上，约360件承载结构是用RTM技术制造的，约占非蒙皮复合材料结构重量的45%，降低成本10% ~ 20%；而在民机方面，A380、A350和B787飞机的后压力框就是用RFI技术制造的。

对先进复合材料料来说，韧性决定着复合材料损伤容限性能，而损伤容限直接关系到复合材料的设计许用值，复合材料韧性的降低将导致设计许用值的降低，直接影响复合材料结构的减重效率。为了使树脂充分浸润干态的织物预制体，RTM或RFI树脂体系必须具有很低的黏度。而低黏度树脂通常较脆，也很难通过传统技术添加高分子量的组分进行增韧，因此，在这类成型技术中，树脂低黏度和复合材料韧性的矛盾问题成为制约复合材料发展的关键之一。如何获得可RTM或RFI成型的高损伤容限复合材料，是国内外复合材料界普遍关心的一个技术难题。

中国国防发明专利“一种提高层状复合材料韧性的方法”（专利号01100981.0，授权日2008.6.22）以及中国发明专利《一种增韧的复合材料层压板及其制备方法》（申请号2006100993819）分别提出了一种在复合材料层压板的层间部位进行有选择性的局部增韧的所谓“离位”方法，利用基体树脂与增韧树脂的组分和浓度在复合材料叠层厚度方向上的“周期性”或“非周期性”的整合，可以显著改善复合材料的宏观冲击阻抗和冲击损伤容限。目前，这种技术已开始应用在预浸料类型的飞机复合材料结构，并初显效果。

针对RTM和/或RFI成型的复合材料，中国发明专利“一种液态成型复合材料用预制织物及其制备方法”（申请号200810000135.2）提出了一种预制兼具层间选择性增韧和定型功能织物的方法，可以实现在保持复合材料浸渗成型能力和良好的织物预制定型性能的同时，实现复合材料高韧性改性。其制备方法是在单层基底纤维织物的一个表面或者两个表面上粘附一层增韧层和定型层。实际证明，这种复合材料技术在定型和增韧两方面均具有效果，目前，这种复合材料技术也已进入飞机复合材料应用。

如前所述，液态成型的过程，是黏性流体在增强体网格中流动和浸渍的过程。因此，增强体密度较大、流动路径较长的情况下，有可能难以实现充分浸润。为克服这一困难，一方面提高注射压力，另一方面要求树脂基体的黏度不能太高。而这又带来两个问题：其一，由于树脂基体必须保持较低黏度，因此难以进行增韧处理，造成复合材料韧性不足，抗冲击损伤能力较差。其二，较高的压力会造成更大的冲刷效应，会将增强体带离原有位置，从而影响复合材料的性能。

对于具有多个腔体、薄壁的复合材料结构来说，这几个困难会表现得更加突出。首先，多腔体结构中基体树脂的流场会非常复杂，束内-束间流动的不匹配、边缘流、绕流等现象都会导致增强体内浸渍质量不一致，甚至出现包裹空气造成的干斑，成为严重的缺陷。其次，基体树脂在浸渍薄壁结构过程中，流动驱动力损失较快；为了充满较大尺寸的薄壁结构件，需要更高的注射压力，从而明显增加增强体织物被冲刷而移位的可能性，造成复合材料产品不合格。第三，壁厚在1mm ~ 3mm范围内的复合材料层压板，对低速冲击最为敏感，最需要进行增韧处理，以提高冲击损伤阻抗。