一种超混杂面板/三维编织中空夹层复合材料的一体化成型方法技术

本发明专利技术公开了一种超混杂面板/三维编织中空夹层复合材料的一体化成型方法。包括以下步骤：1)对铝合金薄板进行表面处理；2)将铝合金薄板、连续纤维预浸料、热熔胶膜和三维编织中空预制体按设计顺序铺层；3)通过树脂真空导流工艺浸渍三维编织中空预制体，卸压，将模具上模上升一定距离；4)向真空袋中通入热空气，待三维编织中空预制体胀形，关闭真空阀口，静置固化。结合热模压工艺、树脂真空导流工艺以及气压成型工艺，有效解决三维编织中空预制体绒经站立不完全及站立高度不统一的问题。高效低成本的实现超混杂面板/三维编织中空夹层复合材料的平板件、曲率件的一体化成型，从而解决轨道交通行业该类复合板的制造需求。轨道交通行业该类复合板的制造需求。轨道交通行业该类复合板的制造需求。

【技术实现步骤摘要】
一种超混杂面板/三维编织中空夹层复合材料的一体化成型方法


[0001]本专利技术涉及一种夹层结构的制备成型方法，属于复合材料的制备及成型领域，尤其涉及的是一种超混杂面板/三维编织中空夹层复合材料的一体化成型制备方法。

技术介绍

[0002]随着高速列车的不断提速，对车体的轻量化提出了更高的要求，结合我国正在研制的时速600公里高速磁悬浮列车、时速400公里可变轨距高速列车任务，新材料的应用及其结构优化设计无疑是实现轻量化的最有效的途径。
[0003]我国现有标准化动车组的蒙皮结构(包括开闭机构、驾驶舱、设备舱底板、裙板等)，面板主要采用铝合金等传统金属材料制造，随着列车的进一步提速，已无法满足车体在轻量化、耐疲劳和抗冲击方面的要求。结合近年来国内外的研究成果，较传统金属材料，纤维复合材料可显著提高车体结构的轻量化程度和疲劳性能。然而，单一的纤维复合材料无法满足高速列车抗冲击性能要求，碰撞安全性低，砂石冲击的损害严重。本专利技术采用金属和纤维交替铺层的超混杂面板，与金属结构相比，结构减重25
‑
30％，疲劳寿命提高10
‑
20倍；与树脂基复合材料结构相比，具有显著的抗冲击性能优势，适用于服役环境苛刻、承载能力要求高、易受强烈冲击的部位。对于驾驶舱、设备舱底板及裙板等结构，往往需要引入中空结构进行刚度加强，并提高车体的隔音、隔热能力。在不改变结构尺寸的前提下，采用三维编织中空预制体作为芯材，可以有效的克服传统泡沫、蜂窝结构与面板剥离力差的特点。三维编织中空预制体结构具有可设计、可填充预埋、易于成型等特点。
[0004]三维编织中空预制体是连续纤维整体编织的三维结构，由经纱(地经纱、绒经)和纬纱构成，上下面层由地经纱和纬纱交织构成，绒经穿过上下面板作为芯层，一般与纬向的夹角为80
‑
90
°
。在织造过程中，三维中空织物上下面板的距离为理论高度，当织物浸润树脂后，绒经由于“毛细作用”自动“站立”，上下面板被撑开，此时的高度为实际高度。匡宁等研究了树脂含量对三维编织中空预制体复合材料固化后实际高度的影响，发现三维编织中空预制体的实际高度随着树脂含量的增加而增加，并存在最大树脂含量。目前，三维中空复合材料的主要成型方法为手糊成型工艺，存在绒经站立不完全及表面不平整(站立高度不统一)等问题。为了克服现有技术中三维编织中空预制体芯层绒经站立性问题，CN104527092B专利中采用磁场的作用，将金属丝置于三维编织中空预制体的间隙，将磁铁置于上方，使得三维编织中空预制体芯层中绒经到达设定站立高度。但是该方法难以实现大规模批量生产。

技术实现思路

[0005]本专利技术所要解决的技术问题是针对现有技术的不足提供一种超混杂面板/三维编织中空夹层复合材料的一体化成型方法。
[0006]针对我国高速列车行业对高速列车行业超混杂面板/三维编织中空夹层复合材料
的一体化成型以及性能方面的要求，采用纤维金属层板作为面板，三维编织中空预制体作为芯材，结合热压成型工艺、真空导流工艺及气压成型工艺一体化成型超混杂面板/三维编织中空夹层复合材料，可以有效的解决三维编织中空预制体绒经站立不完全及站立高度不统一的问题，并能高效低成本的实现超混杂面板/三维编织中空夹层复合材料的平板件、曲率件的一体化成型。
[0007]一种超混杂面板/三维编织中空夹层复合材料的一体化成型方法，包括以下步骤：
[0008]1)铝合金薄板胚料准备，进行表面处理；
[0009]2)首先将铝合金薄板、连续纤维预浸料、热熔胶膜和三维编织中空预制体按次序铺叠，包覆脱模布后置于定制尺寸的真空袋中，用真空泵对其抽真空处理；随后放入高速列车构件专用模具中，合模热压干法粘接预成型；
[0010]3)通过树脂真空导流工艺浸渍三维编织中空预制体；卸压，将模具上模上升一定距离；
[0011]4)向真空袋中通入热空气，保持一定压力，将三维编织中空预制体胀形，关闭真空阀口，静置固化；
[0012]5)开启模具，机械手取出构件；用高压水刀去除构件毛刺，得到超混杂面板/三维编织中空夹层复合材料。
[0013]所述的方法，所述步骤1)中的铝合金多工序表面处理方法包括：喷砂、15分钟氧气等离子表面处理。
[0014]所述的方法，所述步骤2)中的纤维包括玻璃纤维、碳纤维、玄武岩纤维；树脂包括环氧树脂、聚丙烯树脂、聚酰胺树脂；树脂对应的热熔胶膜厚度为0.02
‑
0.08mm。
[0015]所述的方法，所述步骤3)中定制尺寸的真空袋的长宽高尺寸即为所制备的超混杂面板/三维编织中空夹层复合材料的尺寸。
[0016]所述的方法，所述步骤3)中的高速列车构件专用模具包括高速列车地板模具、高速列车车顶板模具和高速列车裙板模具。
[0017]所述的方法，所述步骤3)中的脱模布为双面粘接脱模布，即一面与真空袋粘接，一面与铝合金薄板粘接。
[0018]所述的方法，所述步骤3)中的温度为120
‑
260℃，压力为0.5
‑
0.8MPa。
[0019]所述的方法，所述步骤4)中上模上升的距离为三维编织中空预制体的高度。
[0020]所述的方法，所述步骤5)中通入的气体为热空气，温度为120
‑
130℃。
[0021]所述的方法，所述步骤5)中通入的气体压力为0.1
‑
0.2MPa。
[0022]本专利技术的有益效果在于：
[0023]本专利技术的超混杂面板/三维编织中空夹层复合材料采用金属和纤维交替铺层的结构为面板，三维编织中空预制体为芯材。通过热模压技术使得各材料干法粘接，然后通过树脂导流工艺使得树脂均匀浸渍三维编织中空预制体，最后导入热空气可以有效解决三维编织中空预制体绒经站立不完全及站立高度不统一的问题，并能高效低成本的实现超混杂面板/三维编织中空夹层复合材料的平板件、曲率件的一体化成型。而对比文件是通过导流网导流压缩空气使得聚氨酯树脂的发泡量控制在一定高度内，同时导流网熔融后提高界面粘接性。三维编织中空预制体制备过程中存在两个问题，一是绒经站立不完全的问题，二是表面平整度(站立高度不统一)的问题。本专利都有效的解决了。此外，三维编织中空预制体成
型后面板较薄，加上纤维金属超混杂面板后提高了结构的耐疲劳和抗冲击性能。
[0024]本专利技术针对超混杂面板/三维编织中空夹层复合材料一体化成型难的问题，提出基于金属和纤维交替铺层的结构为面板，三维编织中空预制体为芯材的夹层结构，借助高速列车构件专用模具，结合热模压工艺、树脂真空导流工艺以及气压成型工艺，可以有效的解决三维编织中空预制体绒经站立不完全及站立高度不统一的问题，高效低成本的实现超混杂面板/三维编织中空夹层复合材料的平板件、曲率件的一体化成型，从而解决轨道交通行业该类复合板的制造需求。
[0025]本专利技术方法可实现超混杂面板/三维编织中空夹层复合材料的一体化成型方法；同时，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超混杂面板/三维编织中空夹层复合材料的一体化成型方法，其特征在于，包括以下步骤：1)铝合金薄板胚料准备，进行表面处理；2)首先将铝合金薄板、连续纤维预浸料、热熔胶膜和三维编织中空预制体按次序铺叠，包覆脱模布后置于定制尺寸的真空袋中，用真空泵对其抽真空处理；随后放入高速列车构件专用模具中，合模热压干法粘接预成型；3)通过树脂真空导流工艺浸渍三维编织中空预制体；卸压，将模具上模上升一定距离；4)向真空袋中通入热空气，保持一定压力，将三维编织中空预制体胀形，关闭真空阀口，静置固化；5)开启模具，机械手取出构件；用高压水刀去除构件毛刺，得到超混杂面板/三维编织中空夹层复合材料。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤1)中的表面处理方法包括：喷砂、氧气等离子表面处理。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤2)中的纤维包括玻璃纤维、碳纤维、玄武岩纤维；树脂包括环氧树脂、聚丙烯树脂、聚酰胺树脂；树脂对应的热熔胶膜厚度为0.02
‑
0.08mm。4.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：陶杰，林艳艳，匡宁，李华冠，项俊贤，陈熹，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：