大厚度碳纤维增强树脂基复合材料模压制备方法与流程

1.本发明涉及复合材料制备的技术领域，具体涉及一种大厚度碳纤维增强树脂基复合材料模压制备方法。


背景技术：

2.随着科技不断发展，航天运载火箭需大幅提升运载距离，来满足科技进步的需求。提高运载火箭的推重比、提升有效载荷和发展超大直径发动机是提升运载技术的必由之路。其中，可通过发展新材料以代替原有航天器的金属材料，有效地减轻航天器的结构质量，提高飞行器的有效载荷，实现运载距离大幅提升。
3.碳纤维增强树脂基复合材料属于先进复合材料，具有比强度高、比刚度大、抗疲劳性好、减震性好等特点。并且，通过铺层设计实现材料性能局部优化，可满足强度、刚度和各种特殊要求，这是传统的性能均一性强的金属材料无法比拟的。
4.碳纤维增强树脂基复合材料主要制备技术为抽真空
‑
热压罐技术，此技术适合制备薄壁复合材料。然而，利用此技术制备大厚度复合材料，会出现产品内部分层、富脂、孔隙等缺陷。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于克服上述背景技术的不足，提供一种大厚度碳纤维增强树脂基复合材料模压制备方法，该制备方法可一次模压成型，制备效率高。
6.为实现上述目的，本发明提供的一种大厚度碳纤维增强树脂基复合材料模压制备方法，包括如下步骤：
7.1)制备预浸布：采用碳纤维布和树脂加工制成预浸布；
8.2)预浸布铺层：将预浸布裁剪成设计的形状后，在工装内进行铺层；
9.3)抽真空处理：在预浸布铺层过程中，进行间歇抽真空处理；
10.4)模压固化：铺层结束后，将工装合模放在平板硫化机中进行加压固化；
11.5)后处理：通过机加处理，得到大厚度碳纤维增强树脂基复合材料产品。
12.进一步地，所述步骤1)中，所述碳纤维布选自平纹布和/或单向布；所述树脂选自环氧树脂。
13.进一步地，所述步骤1)中，预浸布的树脂含量为30％～50％。
14.进一步地，所述步骤2)中，采用连续包覆铺层方式和非连续平行铺层方式进行铺层。
15.进一步地，所述连续包覆铺层方式为上层、下层以及任一个侧面由连续的预浸布铺层，剩余部分为非连续平行铺层；所述非连续平行铺层方式为预浸布均为平行铺层，且每层间预浸布不连续。
16.进一步地，所述步骤2)中，预浸布铺层的厚度与大厚度碳纤维增强树脂基复合材料产品的厚度之比为1：0.8～0.9。
17.进一步地，所述步骤3)中，间歇抽真空处理具体为每铺30～40层预浸布，抽一次真空。
18.进一步地，所述步骤3)中，间歇抽真空处理的真空压力≤
‑
0.09mpa，保压30～60min。
19.进一步地，所述步骤4)中，加压固化的压力为10～15mpa，温度为160～180℃，保温时间为2～3h。
20.再进一步地，所述步骤5)中，机加处理前进行质量检验，产品检验合格后进行机加处理得到设计形状的大厚度碳纤维增强树脂基复合材料产品。
21.更进一步地，大厚度碳纤维增强树脂基复合材料的厚度为60～100mm。
22.与现有技术相比，本发明具有如下优点：
23.其一，本发明通过摸索平板硫化模压技术制备大厚度碳纤维增强树脂基复合材料，所制备的复合材料具有比强度高、比刚度大、抗疲劳性好、减震性好等特点。
24.其二，本发明大厚度碳纤维增强树脂基复合材料模压制备方法通过不断调整工艺参数，可一次模压成型，制备效率高。
25.其三，本发明大厚度碳纤维增强树脂基复合材料模压制备方法通过更改工装内型面可实现全复合材料外形复杂的结构件的净尺寸成型，极大减少原材料，提高生产制备效率。
具体实施方式
26.下面结合实施案例详细说明本发明的实施情况，但它们并不构成对本发明的限定，仅作举例而已。同时通过说明本发明的优点将变得更加清楚和容易理解。
27.本发明一种大厚度碳纤维增强树脂基复合材料模压制备方法，包括如下步骤：
28.1)制备预浸布：采用碳纤维布和树脂加工制成预浸布；所述碳纤维布选自平纹布和/或单向布；所述树脂选自环氧树脂，预浸布的树脂含量为30％～50％。
29.2)预浸布铺层：将预浸布裁剪成设计的形状后，在工装内进行铺层；采用连续包覆铺层方式和非连续平行铺层方式进行铺层，所述连续包覆铺层方式为上层、下层以及任一个侧面由连续的预浸布铺层，剩余部分为非连续平行铺层；所述非连续平行铺层方式为预浸布均为平行铺层，且每层间预浸布不连续。预浸布铺层的厚度与大厚度碳纤维增强树脂基复合材料产品的厚度之比为1：0.8～0.9。
30.3)抽真空处理：在预浸布铺层过程中，进行间歇抽真空处理；间歇抽真空处理具体为每铺30～40层预浸布，抽一次真空，真空压力≤
‑
0.09mpa，保压30～60min。
31.4)模压固化：铺层结束后，将工装合模放在平板硫化机中进行加压固化；加压固化的压力为10～15mpa，温度为160～180℃，保温时间为2～3h。
32.5)后处理：对模压固化后的材料进行质量检验，质量检验包括强度测试和内部质量检验，再通过机加处理，得到设计形状的大厚度碳纤维增强树脂基复合材料产品。
33.实施例1
34.本实施例大厚度碳纤维增强树脂基复合材料模压制备方法，包括如下步骤：
35.(1)采用碳纤维布和树脂加工制成预浸布，选取树脂含量均为30％碳纤维平纹布和单向布；(2)平纹布采用连续包覆铺层，单向布采用非连续包平行铺层，预浸布铺层厚度
与所需复合材料厚度比例为1：0.8；(3)每铺层30层碳纤维预浸布，抽一次真空，保证预浸布铺层平整，无气泡，真空压力小于
‑
0.09mpa，保压30min；(4)铺层结束后，将工装合模放在平板硫化机中进行加压固化，整个过程中，压力范围控制在10mpa，温度范围控制在160℃，保温2h；(5)对模压制备的大厚度复合材料性能进行强度测试和内部质量检验。
36.本实施例制备复合材料拉伸强度为25mpa，内部质量无分层、孔隙等缺陷。
37.实施例2
38.本实施例大厚度碳纤维增强树脂基复合材料模压制备方法，包括如下步骤：
39.(1)采用碳纤维布和树脂加工制成预浸布，选取树脂含量为30％碳纤维单向布；(2)单向布采用非连续包平行铺层，预浸布铺层厚度与所需复合材料产品厚度比例为1：0.8；(3)每铺层30层碳纤维预浸布，抽一次真空，保证预浸布铺层平整，无气泡，真空压力小于
‑
0.09mpa，保压30min；(4)铺层结束后，将工装合模放在平板硫化机中进行加压固化，整个过程中，压力范围控制在10mpa，温度范围控制在160℃，保温2h；(5)对模压制备的大厚度复合材料性能进行强度测试和内部质量检验，再通过机加处理，得到设计形状的大厚度碳纤维增强树脂基复合材料产品。
40.本实施例制备复合材料拉伸强度为20mpa，内部质量无分层、孔隙等缺陷。
41.实施例3
42.本实施例大厚度碳纤维增强树脂基复合材料模压制备方法，包括如下步骤：
43.(1)采用碳纤维布和树脂加工制成预浸布，选取树脂含量均为30％碳纤维平纹布；(2)平纹布采用非连续包平行铺层，预浸布铺层厚度与所需复合材料产品厚度比例为1：0.8；(3)每铺层30层碳纤维预浸布，抽一次真空，保证预浸布铺层平整，无气泡，真空压力小于
‑
0.09mpa，保压30min；(4)铺层结束后，将工装合模放在平板硫化机中进行加压固化，整个过程中，压力范围控制在10mpa，温度范围控制在160℃，保温2h；(5)对模压制备的大厚度复合材料性能进行强度测试和内部质量检验，再通过机加处理，得到设计形状的大厚度碳纤维增强树脂基复合材料产品。
44.本实施例制备复合材料拉伸强度为15mpa，内部质量无分层、孔隙等缺陷。
45.实施例4
46.本实施例大厚度碳纤维增强树脂基复合材料模压制备方法，包括如下步骤：
47.(1)采用碳纤维布和树脂加工制成预浸布，选取树脂含量均为50％碳纤维平纹布和单向布；(2)平纹布采用连续包覆铺层，单向布采用非连续包平行铺层，预浸布铺层厚度与所需复合材料产品厚度比例为1：0.8；(3)每铺层30层碳纤维预浸布，抽一次真空，保证预浸布铺层平整，无气泡，真空压力小于
‑
0.09mpa，保压30min；(4)铺层结束后，将工装合模放在平板硫化机中进行加压固化，整个过程中，压力范围控制在10mpa，温度范围控制在160℃，保温2h；(5)对模压制备的大厚度复合材料性能进行强度测试和内部质量检验，再通过机加处理，得到设计形状的大厚度碳纤维增强树脂基复合材料产品。
48.本实施例制备复合材料拉伸强度为20mpa，内部质量无分层、孔隙等缺陷。
49.实施例5
50.本实施例大厚度碳纤维增强树脂基复合材料模压制备方法，包括如下步骤：
51.(1)采用碳纤维布和树脂加工制成预浸布，选取树脂含量均为30％碳纤维平纹布和单向布；(2)平纹布采用连续包覆铺层，单向布采用非连续包平行铺层，预浸布铺层厚度
与所需复合材料产品厚度比例为1：0.9；(3)每铺层30层碳纤维预浸布，抽一次真空，保证预浸布铺层平整，无气泡，真空压力小于
‑
0.09mpa，保压30min；(4)铺层结束后，将工装合模放在平板硫化机中进行加压固化，整个过程中，压力范围控制在10mpa，温度范围控制在160℃，保温2h；(5)对模压制备的大厚度复合材料性能进行强度测试和内部质量检验，再通过机加处理，得到设计形状的大厚度碳纤维增强树脂基复合材料产品。
52.本实施例制备复合材料拉伸强度为23mpa，内部质量无分层、孔隙等缺陷。
53.实施例6
54.本实施例大厚度碳纤维增强树脂基复合材料模压制备方法，包括如下步骤：
55.(1)采用碳纤维布和树脂加工制成预浸布，选取树脂含量均为30％碳纤维平纹布和单向布；(2)平纹布采用连续包覆铺层，单向布采用非连续包平行铺层，预浸布铺层厚度与所需复合材料产品厚度比例为1：0.8；(3)每铺层30层碳纤维预浸布，抽一次真空，保证预浸布铺层平整，无气泡，真空压力小于
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0.09mpa，保压60min；(4)铺层结束后，将工装合模放在平板硫化机中进行加压固化，整个过程中，压力范围控制在10mpa，温度范围控制在160℃，保温2h；(5)对模压制备的大厚度复合材料性能进行强度测试和内部质量检验，再通过机加处理，得到设计形状的大厚度碳纤维增强树脂基复合材料产品。
56.本实施例制备复合材料拉伸强度为28mpa，内部质量无分层、孔隙等缺陷。
57.实施例7
58.本实施例大厚度碳纤维增强树脂基复合材料模压制备方法，包括如下步骤：
59.(1)采用碳纤维布和树脂加工制成预浸布，选取树脂含量均为30％碳纤维平纹布和单向布；(2)平纹布采用连续包覆铺层，单向布采用非连续包平行铺层，预浸布铺层厚度与所需复合材料产品厚度比例为1：0.8；(3)每铺层30层碳纤维预浸布，抽一次真空，保证预浸布铺层平整，无气泡，真空压力小于
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0.09mpa，保压60min；(4)铺层结束后，将工装合模放在平板硫化机中进行加压固化，整个过程中，压力范围控制在15mpa，温度范围控制在180℃，保温3h；(5)对模压制备的大厚度复合材料性能进行强度测试和内部质量检验，再通过机加处理，得到设计形状的大厚度碳纤维增强树脂基复合材料产品。
60.本实施例制备复合材料拉伸强度为27mpa，内部质量无分层、孔隙等缺陷。
61.以上，仅为本发明的具体实施方式，应当指出，任何熟悉本领域的技术人员在本发明所揭示的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内，其余未详细说明的为现有技术。