Z-pin增强预浸布成型方法技术

本发明专利技术公开了一种Z

【技术实现步骤摘要】
Z
‑
pin增强预浸布成型方法


[0001]本专利技术属于复合材料制品增强层间结构制作
，具体涉及一种Z
‑
pin增强预浸布成型方法。

技术介绍

[0002]复合材料以其优越的性能，在航空航天等领域得到了广泛应用。火箭发动机喷管就是应用了具有良好耐热、耐烧蚀性能的复合材料，使喷管结构得到极大简化，耐热性能得到很大提高。但是，随着高能固体推进剂的广泛应用，固体火箭发动机燃烧产物的温度逐渐提高，在发动机工作过程中，有强大的热流传给喷管，发动机喷管结构的受热是相当严重的，尤其是喷管喉径处，受热更为严重。针对此问题提出对喷管局部进行增强技术，增强所用复合材料层间强度是其中一种研究方向。纤维增强层合复合材料具有轻质高强的优越力学性能和其他特殊功能，在航空航天领域有着广泛的应用，但复合材料层合板的层间强度弱成为其进一步扩大应用的瓶颈。为了解决复合材料层合板在厚度方向上力学性能差，易分层，且承受冲击损伤的能力较弱等缺点，近十年来国内外研究人员专利技术了多种新工艺来改善其厚度方向性能，其中Z
‑
pin预制体(以下简称Z
‑
pin)植入技术由于易于加工，且便于控制工艺质量等优点而受到广泛关注。Z
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pin增强技术通过在层合板内植入少量Z
‑
pin从而大幅度提高层合板的层间性能，能有效提高层合板层间韧性防止分层破坏，但增韧改变层板原有结构，层板面内性能被削弱。

技术实现思路

[0003]本专利技术是为了克服上述技术问题，提供一种能有效提高复合材料层间韧性且防止分层破坏的Z
‑
pin增强预浸布成型方法。
[0004]为达到上述目的，本专利技术提供一种Z
‑
pin增强预浸布成型方法如下：
[0005]1)对模压工装使用酒精或乙酸乙酯擦拭干净，模具内部均匀涂抹脱模剂，并对模具的下模进行恒温预热；
[0006]2)将预浸布铺入下模中待植入区域，铺层角度与下模底面平行贴合；
[0007]3)植入前对模具再次恒温预热直至待植入区域的预浸布变软，然后将Z
‑
pin预制体植入待植入区域直至植入区域被Z
‑
pin预制体完全覆盖；
[0008]4)植入完成后，对Z
‑
pin预制体进行修整；
[0009]5)将剩余不需植入Z
‑
pin预制体的区域进行铺层预浸布至所需厚度；
[0010]6)铺层结束后，合模固化。
[0011]进一步地，所述步骤2)中，每层采用扇形圆环拼接的方式铺层，对接缝以0
°
、45
°
、90
°
、135
°
依次错开，最后将预浸料擀压贴合下模，铺至所需厚度。
[0012]进一步地，所述步骤2)中，对存在缺料部位裁剪对应形状的预浸布进行填补。
[0013]进一步地，所述步骤2)中，铺层厚度小于Z
‑
pin预制体深度，以便能将待植入区域完全植入。
[0014]进一步地，所述步骤3)中，若Z
‑
pin预制体植入前模具温度降低，用吹风机将铺好的预浸布进行升温加热，目的是使待植入区域变软易于超声植入。
[0015]进一步地，所述步骤3)中，Z
‑
pin预制体植入的具体过程为：将Z
‑
pin预制体搭载在泡沫板上，根据待植入区域形状裁剪搭载有Z
‑
pin预制体的泡沫板；植入前用塑料模将待植入区域的表面盖住(塑料膜选用有韧性、不易撕拉，耐80℃以上高温即可，便于后续清理)，然后将搭载有Z
‑
pin预制体的泡沫板且Z
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pin预制体尖端朝下贴合待植入区域，用超声植入设备将Z
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pin预制体以垂直于预浸布铺层方向振动导入，直至将待植入区域被Z
‑
pin预制体完全覆盖。
[0016]进一步地，所述步骤4)中，修整的具体过程为：将裸露的Z
‑
pin预制体齐着铺层型面修剪平整，修剪后再用砂纸打磨，直至不再有突出的Z
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pin预制体，然后去除塑料膜。
[0017]进一步地，所述步骤5)中，撕下塑料膜后对预浸布表面检查，确保无突出Z
‑
pin预制体，无其他多余物，铺层方式与步骤2)中的铺层方式相同。
[0018]进一步地，所述步骤6)中，固化制度为：
[0019]升温至60℃
±
5℃，升温时间80～120min，保温2～4h后加压至5～7MPa；
[0020]升温至80℃
±
5℃，升温时间40～60min，压力保持不变，保温2～4h；
[0021]升温至100℃
±
5℃，升温时间约40～60min，压力保持不变，保温2～4h；
[0022]升温至120℃
±
5℃，升温时间约40～60min，加压至16MPa，保温2～4h；
[0023]升温至165℃
±
5℃，升温时间约90～120min，压力保持不变，保温4～6h；
[0024]若合模完全到位，升温至120℃
±
5℃保温结束后即可停止加压。
[0025]与现有技术相比，本专利技术的优点在于：本专利技术Z
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pin增强预浸布成型方法，可以对全复合材料喷管进行局部层间增强，提高复合材料层间韧性的同时防止分层破坏；该方法可运用至各种类型复合材料，应用范围广泛，且增强效果显著。
具体实施方式
[0026]下面结合具体实施例对本专利技术具体阐述。
[0027]某型号发动机喷管为布带缠绕复合材料成型喷管，其喷管喉径为φ440mm，出口外径φ1770mm，结构形式为固定潜入式喷管。制造要求以下区域(入口锥、喉衬、轴向加强层及内烧蚀层斜缠转平缠区域)需要进行Z
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pin预制体局部增强。
[0028]入口锥首件试验件采用T700单向/环氧预浸料铺层模压，根据产品易产生缺陷部位进行植入增强分析，入口锥底部(顺气流方向)小头端需要进行层间增强，改善该处烧蚀量，具体内容如下：
[0029]1)对模压工装使用酒精或乙酸乙酯擦拭干净，模具内部均匀涂抹脱模剂，将下模放进50℃烘箱恒温预热30min；
[0030]2)将预浸布铺入下模中待植入区域，铺层角度与下模底面平行贴合；每层采用扇形圆环拼接的方式铺层，对接缝以0
°
、45
°
、90
°
、135
°
依次错开，最后将预浸料擀压贴合下模，铺至所需厚度；对存在缺料部位裁剪对应形状的预浸布进行填补，铺层厚度小于Z
‑
pin深度，以便能将待植入区域完全植入；
[0031]3)将Z
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种Z
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pin增强预浸布成型方法，其特征在于：所述成型方法如下：1)模具内部均匀涂抹脱模剂，并对模具的下模进行恒温预热；2)将预浸布铺入下模中待植入区域，铺层角度与下模底面平行贴合；3)植入前对模具再次恒温预热直至待植入区域的预浸布变软，然后将Z
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pin预制体植入待植入区域直至植入区域被Z
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pin预制体完全覆盖；4)植入完成后，对Z
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pin预制体进行修整；5)将剩余不需植入Z
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pin预制体的区域进行铺层预浸布至所需厚度；6)铺层结束后，合模固化。2.根据权利要求1所述种Z
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pin增强预浸布成型方法，其特征在于：所述步骤2)中，每层采用扇形圆环拼接的方式铺层，对接缝以0
°
、45
°
、90
°
、135
°
依次错开，最后将预浸料擀压贴合下模，铺至所需厚度。3.根据权利要求1所述种Z
‑
pin增强预浸布成型方法，其特征在于：所述步骤2)中，对存在缺料部位裁剪对应形状的预浸布进行填补。4.根据权利要求1所述种Z
‑
pin增强预浸布成型方法，其特征在于：所述步骤2)中，铺层厚度小于Z
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pin预制体深度。5.根据权利要求1所述种Z
‑
pin增强预浸布成型方法，其特征在于：所述步骤3)中，若Z
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pin预制体植入前模具温度降低，用吹风机将铺好的预浸布进行升温加热。6.根据权利要求1所述种Z
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pin增强预浸布成型方法，其特征在于：所述步骤3)中，Z
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pin预制体植入的具体过程为：将Z
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【专利技术属性】
技术研发人员：江芳芳，王付青云，张宇，
申请(专利权)人：湖北三江航天江北机械工程有限公司，
类型：发明
国别省市：