[发明专利]一种高性能热塑性复合材料工字梁熔融粘接成型方法

说明书

一种高性能热塑性复合材料工字梁熔融粘接成型方法，它涉及热塑性复合材料领域，本发明为了解决现有存在采用热塑性复合材料预浸料单向带常规铺设方法无法制作工字梁问题，本发明设计工字梁模具，工字梁模具在竖直方向单向受压的状态下，通过模具之间的相互作用力，转化为对工字梁两个方向施加压力，将各组件同时粘接在一起，得以通过预浸料片材制作工字梁，并且做到了纤维连续并合理布局，使得产品的性能优异。此外，本发明还具有成型周期短，能耗低等特点。本发明应用于飞行器领域。

技术领域

本发明涉及热塑性复合材料产品的制造技术，具体来说，涉及一种高性能热塑性复合材料工字梁拼装成型工艺。

背景技术

现有的工字梁，无论是常见的铁轨，还是一些飞行器中的某些零部件，都是使用金属材料浇铸成型，对于纤维增强树脂基复合材料，由于其各向异性，无法采用浇铸的方法来制作工字梁。但是在航空航天领域的轻量化要求下，采用纤维增强复合材料替换金属材料是今后的趋势，使用复合材料势在必行。工字梁及其衍生结构件在飞行器中应用广泛，相比于实心梁，具有重量轻，抗弯刚度大的优点。因此，设计制备纤维增强复合材料工字梁需求迫切。但是对于复合材料预浸料片层，由于其厚度均匀，所以制作工字梁等结构时，只进行如C型梁的冲压成型已无法实现结构要求，故进行拼装成型以制作工字梁。若将工字梁拆分成为两横一竖的3个平板，粘接时接头处将过于脆弱，我们的设计充分考虑了纤维分布，使得工字梁各处强度均匀，无明显性能短板。

发明内容

本发明为了解决现有存在采用热塑性复合材料预浸料单向带常规铺设方法无法制作工字梁问题，而提供了一种高性能热塑性复合材料工字梁熔融粘接成型方法。

本发明的一种高性能热塑性复合材料工字梁熔融粘接成型方法，它是按照以下步骤进行的：

步骤一：根据所需工字梁的尺寸，计算得出各组件的形状尺寸和厚度等数据，根据热塑性复合材料的的特点设计了平板模具；根据C型梁尺寸设计二次成型模具；根据工字梁要求设计了工字梁模具；

步骤二：根据步骤一中所需组件尺寸裁剪预浸料，将预浸料按设计方案铺放在平板模具中，通过加热及加压处理，制造出热塑性复合材料平板；

步骤三：将步骤二得到的平板先放入预热设备中预热，然后转移到C型梁模具中，合模加压，降温冷却后脱模取出C型梁；

所述的C型梁模具合模速度1mm/s，成型压力为3～10MPa，施压时间为2～5分钟；

步骤四：将步骤二和步骤三中得到的平板和C型梁装入工字梁模具，采用熔融粘接工艺，加热熔融，施加压力，使各部分充分粘接，降温冷却后脱模得到工字梁；

所述的预浸料为高性能热塑性树脂基连续纤维增强复合材料，连续纤维为玻璃纤维或碳纤维，高性能热塑性树脂为聚醚醚酮或聚苯硫醚；

若高性能热塑性树脂为于聚醚醚酮树脂，则步骤二中平板成型温度为360～390℃，若高性能热塑性树脂为聚苯硫醚树脂，则步骤二中平板成型温度为290～320℃；

若高性能热塑性树脂为聚醚醚酮树脂，则步骤三中预热温度为370～400℃，模具温度为150～200℃；若高性能热塑性树脂为聚苯硫醚树脂，则步骤三中预热温度为300～340℃，模具温度为130～180℃；

步骤四中，若高性能热塑性树脂为聚醚醚酮树脂，则加热熔融温度为360～390℃，若高性能热塑性树脂为聚苯硫醚树脂，则加热熔融温度为290～320℃；

若高性能热塑性树脂为聚醚醚酮树脂，则降温到低于140℃后脱模，若高性能热塑性树脂为聚苯硫醚树脂，则降温到低于90℃后脱模。

本发明包含以下有益效果: