[发明专利]一种适用于复杂大曲率的热塑性复合材料成型工艺

说明书

本发明公开了一种适用于复杂大曲率的热塑性复合材料成型工艺，根据预浸料的宽度和厚度，结合目标构件的形状尺寸，进行纤维自动铺放的路径规划，根据所得铺放路径，在阴模或阳模上进行热塑性纤维的自动铺放，制成预成型体，随后将阴阳模具合模热压，消除间隙等缺陷，并通过控制降温速率控制结晶度，通过纤维自动铺放和模压成型两种工艺结合，使构件纤维树脂分布均匀，致密性和层间结合强度高，实现高质量制造。该工艺避免了传统模压成型工艺在成型大曲率构件及复杂空心构件时铺叠难度大，铺叠精度低导致纤维树脂分布不均匀、缺陷增加的问题，同时弥补了单一纤维自动铺放成型工艺温度场控制难度大，成型件层间结合强度、空隙率和结晶度难以满足要求的缺点，并且降低了纤维自动铺放的工艺窗口控制难度，减少了生产成本。

技术领域

本发明涉及一种复合材料成型工艺，具体涉及一种适用于复杂大曲率的热塑性复合材料成型工艺。

背景技术

热塑性复合材料作为下一代“绿色”复合材料，相对热固性复合材料，具有更好的力学性能、耐热性能、耐化学腐蚀性能，并且能够回收利用，因此越来越多的应用到航空航天领域零部件的制造中。但是由于热塑性复合材料通常成型温度较高(聚醚醚酮340℃以上)，成型工艺比较复杂，成型质量不易控制，一定程度上限制了热塑性复合材料的发展。

传统的热塑性复合材料成型工艺如拉挤成型工艺通常只能制造固定形状的产品，无法制造结构复杂尺寸较大的产品。模压成型工艺能够实现复杂结构零件的制造，但是对于复杂大曲率结构件，预浸料片材在模具中的铺叠难度较大，预浸料片容易搭叠褶皱，成型时会造成纤维树脂分布不均匀、缺陷增加等问题，导致产品的力学性能不均匀，同时模具局部受力过大，且在高温下成型，模具损耗严重，成本高。

纤维自动铺放成型工艺作为复合材料的先进制造技术，具有精度高、速度快等优势，且能够实现复杂结构件的生产制造。但是针对热塑性复合材料的自动铺放技术发展还不够成熟，尤其是成型温度控制难度高，成型过程温度场均匀性、一致性较差，导致成型件热变形难以预测，层间结合强度不易控制，孔隙率和结晶度难以满足要求，达不到理想的性能和成型精度。

发明内容

本发明目的是提供一种适用于复杂大曲率的热塑性复合材料成型工艺，克服纤维自动铺放成型工艺层间结合强度不易控制，成型件致密性不高，成型质量难以满足要求的缺点，以及传统模压工艺在成型大曲率构件及复杂空心构件时预浸料料片铺叠难度大，预浸料片容易搭叠褶皱，纤维树脂分布不均匀的问题，降低工艺窗口的控制难度，提升成型件的形状精度和力学性能。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种适用于复杂大曲率的热塑性复合材料成型工艺，包括以下步骤：

步骤1：根据热塑性预浸料的宽度和厚度，结合目标构件的形状尺寸，使用路径规划软件通过路径规划求得铺放路径；

步骤2：根据所得铺放路径，在模具的阴模或阳模上进行热塑性预浸料的自动铺放，制成预成型体；

步骤3：将步骤2中得到的预成型体的边缘修整，使预成型体与模具边缘的形状一致，合模加压并进行预热，当温度升至软化温度以上熔融温度以下时，保温，在压力作用下模具自动闭合；

步骤4：继续升温至熔融温度以上，保温保压后，卸压排气；

步骤5：再对模具加压至5～10MPa，维持模具该压力并降温，待温度降至玻璃化转变温度以下后，脱模取出构件。

本发明进一步的改进在于，步骤1中，热塑性预浸料为长纤维热塑性复合材料预浸带。

本发明进一步的改进在于，步骤2中，在进行铺放的阴模或者阳模中留有自动铺放行程延伸余量，对应的，在另一半模具中，将该余量消除，确保合模后的腔体形状与目标构件一致。

本发明进一步的改进在于，步骤2中，预成形体厚度控制在目标构件厚度的1.01～1.15倍，曲率误差在5％以内。