共胶接复合材料加筋壁板的精确制造技术研究

为提升复合材料加筋壁板的制造精度,本文基于复合材料共胶接成型工艺,研究了复合材料加筋壁板筋条的结构组成,分析得出了制备筋条R区填角料所需预浸料用量的计算模型,实现了共胶接复合材料加筋壁板筋条R区的精确填充;优化了共胶接复合材料加筋壁板的成型工装结构设计方案,改善了工装定位销的定位精度,实现了筋条轴线位置的精确控制;制作了筋条外形轮廓的辅助切割检查样板,实现了筋条轮廓边距的准确切割。通过筋条R区的精确填充、筋条轴线位置的精确控制及筋条轴线边距的准确切割实现了共胶接复合材料加筋壁板的精确制造。

吸湿及烘干对复合材料共胶接断裂韧性的影响

已固化的复合材料层板在存放过程中会吸收环境中的水分,继而对复合材料的胶接性能造成影响。通过I型断裂韧性表征共胶接性能,针对两种T800级碳纤维增强环氧树脂基复合材料待胶接层板进行吸湿及烘干处理,接着采用两种胶膜材料(M型及E型)制备共胶接试验件,开展I型断裂韧性测试,得到待胶接层板的吸湿曲线,待胶接层板吸湿后的胶接性能变化规律,以及烘干后胶接性能的恢复情况。试验结果表明:随着吸湿时间的延长,待胶接层板的吸湿率增加,层板1的最大吸湿率和吸湿速率都明显高于层板2;同时随着吸湿率增加,共胶接层板的断裂韧性降低,且M型胶膜的胶接性能始终强于E型胶膜的胶接性能;通过将待胶接层板进行烘干处理可以较大程度恢复复合材料的胶接性能,因此可选择合适的烘干工艺以解决吸湿后胶接性能下降的问题,但烘干处理无法使吸湿后的层板1与E胶膜胶接的试验件胶接性能恢复。

湿度对共胶接复合材料层间断裂韧性的影响机制

前期研究表明,已固化的复合材料层板在存放过程中会吸收环境中的水分,继而对复合材料的胶接性能造成影响,但湿度影响复合材料共胶接性能的机制尚不清楚。通过I型层间断裂韧性(GIC)表征共胶接性能,将三种有代表性的T800级碳纤维预浸料在不同吸湿条件下进行处理后,分别与两种胶膜进行胶接,测试复合材料共胶接性能,探究不同预浸料层板的吸湿差异及后续共胶接性能的差异,最后采用扫描电镜观察试验件的断面形貌,探讨待胶接板吸湿后,共胶接复合材料胶接性能下降的原因。试验结果表明:三种材料层板的吸湿率与时间的开方呈近似线性关系,满足菲克定律,但吸湿速率和吸湿量有所不同;吸湿后三种复合材料的GIC发生不同程度的下降,且两种胶膜匹配下的复合材料胶接性能下降程度有差异。通过扫描电镜观察,分析得到待胶接板吸湿后共胶接复合材料的内部结构变化,探究了不同材料和不同胶膜匹配时胶接试验件的失效机制。

5428/T700复合材料“工”字加筋壁板共胶接工艺

通过对5428/T700复合材料"工"字形加筋壁板的固化成型方案、预吸胶及固化工艺参数、胶接表面处理方式及共胶接过程复合材料与胶粘剂固化条件匹配性的研究,为5428/T700在飞机类似结构上的应用提供了依据。

共胶接T型加筋壁板模具设计及成型工艺研究

本文选取T型加筋壁板作为典型结构件,研究了热压罐共胶接工艺中成型模具的设计和模具对成型质量的影响。首先针对T型筋条的结构和成型特点,设计了两种模具方案,研究了硬模(金属模具)/硬模、硬模/软模(橡胶模具)两种模具配合方式对筋条成型质量的影响,并进一步研究了筋条、蒙皮的固化顺序对T型加筋壁板共胶接质量的影响。结果表明,T型筋条成型中拐角区的传压及受压均匀性是模具设计中考虑的要点;与硬模/硬模配合方式相比,硬模/软模配合方式可以提高筋条拐角区的受压和密实均匀性,不容易出现因受压不均而在拐角区和填充区产生的纤维褶皱及孔隙缺陷,但是筋条尺寸精度低于硬模/硬模的情况;采用有限元法模拟分析了硬模、软模内部压力分布,发现模拟结果与实验结果基本一致;已固化筋条与未固化蒙皮胶接时,胶接区蒙皮的厚度均匀性不易保证,采用未固化筋条与已固化蒙皮共胶接的方式更容易保证胶接区的质量。本文研究结果对壁板类结构整体化工艺成型质量的控制具有指导意义。

基于自适应配合模具的复合材料加筋壁板共胶接技术研究

为解决大型复合材料加筋壁板筋条/蒙皮一体化成型过程中的型面配合问题,提出一种基于自适应配合模具的复合材料加筋壁板共胶接方法。以固化后的蒙皮外形面作为成型面,将未硫化的橡胶粘贴在钢模上,硫化形成带有配合型面自适应模具。该模具能够保障加筋壁板共胶接过程中筋条与蒙皮精确配合。通过力学性能测试,验证了该工艺方法不会对复合材料蒙皮的力学性能带来损失。同时通过对橡胶材料的硬度和压缩变形率进行测量,验证了橡胶能够满足自适用配合模具要求。此外,试验结果还表明,基于本工艺方法制造的试验件内部无分层脱粘问题。

长桁下凸缘倒角在共胶接工艺中对蒙皮铺层褶皱的影响

在复合材料加筋壁板的成型中有一种工艺方案是将已固化的长桁与未固化的蒙皮进行共胶接。为了解决采用此工艺时长桁下凸缘边缘处蒙皮铺层面外褶皱的问题,采用了长桁下凸缘倒角的制造方法,提高了产品的质量稳定性。通过对蒙皮皱褶部位的剖切取样,再采用显微观察的手段测量褶皱的几何尺寸,探索了不同倒角的长桁下凸缘边缘与蒙皮共胶接后铺层的褶皱程度,并分析了褶皱的形成原因。结果表明:对长桁下凸缘边缘倒角后可以明显改善蒙皮褶皱的情况,并且倒角越锐利蒙皮的褶皱程度越小。根据实际情况,在选取特定的角度对长桁下凸缘进行倒角后,可以在简化工艺的同时有效控制蒙皮褶皱的幅度。

轨道车辆复合材料部件共胶接界面处理技术研究

复合材料共胶接成型是复合材料整体成型的常用技术,共胶接界面的处理方法对共胶接性能有着关键性的影响。采用某型号轨道车辆碳纤维复合材料部件的几种共胶接工艺及表面处理方法制作样件,通过对样件的弯曲强度及拉伸剪切强度进行平行对比,研究复合材料共胶接工艺、表面处理工艺等因素对复合材料部件胶接性能的影响,为轨道车辆复合材料部件共胶接工艺及界面处理方法的选择提供数据支撑。

蜂窝夹层结构复合材料胶接共固化工艺技术研究

针对蜂窝夹层结构的胶接共固化工艺,以T300/BA9913复合材料为面板,以Nomex蜂窝芯为夹层材料,采用热压罐法研究了不同规格的蜂窝夹芯对外观和面板内部缺陷的影响,有利于扩大采用胶接共固化工艺的蜂窝夹层结构复合材料壁板在航空产品中的应用。

碳纤维复合材料的胶接工艺与性能

研究了不同的胶接工艺对于复合材料胶接性能的影响。对于已经固化的复合材料,对比了使用SY-D15表面处理剂前后胶接性能的变化。结果表明:SY-D15表面处理剂不仅能够显著提高胶接试样的剪切强度,而且对于提高复合材料胶接体系的剥离性能也有明显的作用。复合材料的树脂基体对胶接性能具有显著的影响,增韧的环氧基复合材料和环氧胶黏剂之间的粘接效果最好。碳纤维预浸料和胶黏剂之间的共固化取得了极好的胶接性能。

高腹板密肋式J型加筋壁板胶接工艺优化与技术创新

高腹板密肋式J型加筋壁板是由干态J型肋与湿态变厚度蒙皮通过共胶接成型工艺组合而成。以J型肋轴线度控制与成型质量控制为目标,重点研究了高腹板J型肋的高质量成型、J型肋的轴线度控制及共胶接成型缺陷抑制等问题。通过在J型肋R区三角狭小区域引入密封胶条与未硫化橡胶叠层式分布模式,确保R区处的压力均匀传递;利用J型肋侧支撑式定位卡板合理布局,实现J型肋固化过程中的轴线稳定控制;协同蒙皮预压实与复合式压力垫的使用,完成对加筋壁板共胶接成型的缺陷抑制。实现了J型加筋壁板高质量成型并进行了应用验证设计,为高腹板密肋式J型加筋壁板零件批次高质量生产奠定了工程化应用基础。

一种高弹性环氧基胶粘剂材料的制备

采用自制的端环氧基丁腈橡胶为主增韧剂,PEK(聚芳醚酮)为辅助增韧剂,制备出一种环氧树脂为主体的弹性胶膜。研究结果表明:当环氧基丁腈橡胶用量为60 phr,PEK用量为25 phr时,该弹性胶膜获得了较高的弹性和良好的粘接性能;其常温断裂伸长率达到了26.48%,常温和150℃下的剪切强度分别达到了20 MPa和8 MPa以上。同时该胶膜具有良好的耐热性能,其5%热失重时的温度达到了349.5℃。

复合材料J型加筋壁板制造技术研究

对J型加筋壁板共胶接技术在实际应用中所存在的主要问题进行了研究,着重介绍了R区芯材精确填充、筋条外型模成型、框架式插销垂直定位、共胶接真空袋封装等关键技术的研究情况,并对相关技术的应用进行了深入分析。研究结果表明,在精确计算的基础上,设计制造专用成型模具可实现R区填充芯材的精确制备,有利于提高加筋壁板胶接质量;选用筋条外型模成型工艺,并设计采用框架式插销垂直定位装置,可有效解决J型筋的表面成型质量、筋条尺寸精度、位置精度等问题;使用已硫化橡胶作为维形挡条、制备合适的内型面软模、优化辅助材料铺放方法,可减少表面质量问题,降低架桥、破袋风险。在应用了上述一系列制造技术后,成功制造了满足使用要求的J型加筋壁板复材零件,并初步实现该类型零件的批量化生产。

大尺寸泡沫填充帽型复合材料加筋壁板成型工艺研究

以大尺寸泡沫填充帽型复合材料加筋壁板为对象,针对影响其表面质量及内部质量的整体成型工艺方法进行研究。从壁板内R区加捻量、透气毡的铺放方式、压力垫的放置方式三个主要工艺参数考虑,以制件的表面质量、无损内部质量为衡量指标,开展了不同成型工艺参数下的试验验证。基于工艺参数影响规律研究结果,得到最佳表面质量、内部质量控制方法。对泡沫和蒙皮接触的内R区进行加捻时,按照计算公式可得到最佳捻条宽度。制袋时透气毡整体放置,可消除零件表面的压痕。此结构及尺寸的零件无需放置压力垫,但对于具有复杂几何过渡的零件,则必须考虑整体的压力垫设计。通过该研究,成功制造了9.5 m×0.9 m泡沫填充帽型复合材料加筋壁板。

复合材料T型加筋壁板成型工艺设计与验证

复合材料整体件制造技术是目前复材发展的核心技术,其中复材零件固化过程中加筋壁板轴线度的偏移是复材壁板制造薄弱环节之一。T型加筋壁板成型中提高T型长桁轴线偏差是解决部件装配协调的关键技术。该文叙述了一种典型复合材料T型加筋壁板的成型工艺设计,介绍了在加筋壁板成型工艺中的关键技术控制,解决了成型过程中的技术质量问题。最终验证了复合材料T型加筋壁板的成型工艺设计的有效性。

复合材料半封闭腔体填充工艺验证实例

以一种进气道唇口为例,原填充所使用的发泡工艺可使填充物与零件贴合较好,一次性完全充满型腔,但工艺复杂且对环境及人体伤害较大。改用胶膜与聚酰亚胺硬质塑料泡沫胶接的方法制造。验证改进后的填充物与胶膜粘接性能,并对成型过程中的无损风险点控制及补偿方法进行记录,验证了半封闭腔体填充零件采用新工艺、新材料设计制造的可行性。

热压罐工艺帽型加筋壁板长桁胶接变形问题

采用"干长桁+湿蒙皮"共胶接工艺制造复合材料帽型加筋壁板零件时,发现长桁在胶接固化后普遍存在压塌式变形及胶接面胶层厚度不均匀的现象。为改善上述问题以实现复合材料帽型加筋壁板的高精度成型,通过试验件的制造和检测收集了长桁胶接前后的变形数据及胶接后的胶层厚度数据,分析了长桁在热压罐中胶接时的受力状态及导致长桁变形的主要原因,并采用有限元模拟对分析进行了验证。结果表明:帽型长桁在胶接后确实发生了压塌式变形,长桁胶接时帽顶R区的内外压力差及长桁缘条侧边加压不充分是导致变形的主要原因。将长桁缘条侧边倒成斜边或可减小这种变形的程度。

芳纶纤维/碳纤维复层结构复合材料变形研究

在不同种类的树脂基复合材料复合的热历程中,由于材料热膨胀系数存在差异,复层结构会产生内应力,发生一定的变形。研究了复合工艺(复合温度和压力)、复合方式(二次胶接和共胶接)和芳纶纤维复合材料的预变形对芳纶纤维/碳纤维复层结构复合材料变形的影响,结果表明:降低复合温度可以明显地减小复层结构的变形,当复合温度由180℃降至120℃时,复层结构的变形减小了80%;随着复合压力的增加,复层结构的变形减小,当压力达到0. 3 MPa时,变形不再减小;与芳纶纤维-碳纤维干-湿共胶接相比,采用二次胶接和碳纤维-芳纶纤维干-湿共胶接的复合方式有利于减小复层结构的变形;芳纶纤维复合材料的预变形处理是控制复层结构变形的有效方法。

复合材料“J”型加筋壁板成型工艺研究

采用高温固化的碳纤维预浸料,通过共胶接成型工艺,研制了一种复合材料"J"型加筋壁板结构件。此类结构件强度和刚度均能满足设计技术要求,解决了共胶接工艺脱模困难的问题,达到了预期的效果,可为加筋壁板类复合材料组合件成型提供参考。

不同工艺条件对M40J级碳纤维/双马树脂基复合材料层间性能的影响

采用共固化和共胶接两种不同工艺条件制备了M40J级碳纤维/双马树脂基复合材料层合板,研究了两种工艺对复合材料层合板层间性能和胶接质量的影响。结果表明,共固化工艺制备的复合材料层合板的Ⅰ型临界应变能释放率(简称临界G_(ⅠC))和II型临界应变能释放率(简称临界G_(ⅡC))比共胶接工艺分别低8.4%和8.7%,但共固化工艺的Ⅰ型扩展应变能释放率(简称扩展G_(ⅠC))和Ⅱ型扩展应变能释放率(简称扩展G_(ⅡC))比共胶接工艺分别高24.0%和15.9%。此外,共胶接工艺层合板的胶层厚度比共固化工艺厚,更容易发生内聚破坏,且破坏主要发生在胶接层界面。