技術領域

本發明屬于樹脂基復合材料制造領域，涉及一種提高樹脂基復合材料電子束分層固化層間致密性的方法。

背景技術

樹脂基纖維增強復合材料具有密度小、比強度高、比模量高、抗疲勞性和耐腐蝕性高、以及結構功能一體化、設計制造一體化等優點。在航空航天、風力發電葉片、汽車等領域有著非常廣闊的應用前景。電子束固化作為輻照固化的一種，相比于傳統的熱固化方式具有固化速度快，構件殘余應力小，成型過程能耗小及制造成本低等優點，尤其是低能電子束相對于高能電子束固化，固化裝備的維護、屏蔽和制造等都有更好的優勢，因此在復合材料固化工藝中，越來越受到重視。

但是，低能電子束的穿透能力有限，不能一次性的將一定厚度的復合材料穿透，因此較厚的復合材料一般通過分層固化的方式，即把整體固化分成多次進行固化成型。然而，分層固化會不可避免的引起復合材料層間粘結性能的降低，且低能電子束固化屬于常溫快速固化，樹脂流行性較差，不能完全填充纖維間的間隙，導致復合材料層間產生孔隙，降低了復合材料的層間強度。

發明內容

本發明解決的問題在于提供一種提高樹脂基復合材料電子束分層固化層間致密性的方法，克服了低能電子束分層固化層間致密性較低的缺點，可以有效提高低能電子束分層固化制造過程中復合材料層間強度，提高樹脂基復合材料的性能。

本發明是通過以下技術方案來實現：

一種提高樹脂基復合材料電子束分層固化層間致密性的方法，包括以下操作：

1）利用低能電子束對樹脂基復合材料預浸帶進行分層輻照，引發樹脂基復合材料開始固化反應；

2）將經過電子束輻照過的樹脂基復合材料預浸帶經過輸送導向輥至預設的位置時，使用超聲壓輥對其進行分層鋪壓，完成對樹脂基復合材料的鋪層成型；超聲壓輥在對樹脂基復合材料壓緊的同時，邊周期性的機械振動邊對樹脂基復合材料加熱。

所述的低能電子束是由低能電子束分層固化裝置產生的，其能量為100KeV～150KeV。

所述的超聲壓輥包括超聲波發生器、換能器、變幅桿和超聲壓頭，其中超聲波發生器產生超聲頻信號，換能器將超聲頻信號轉換為超聲頻機械振動，通過變幅桿增加超聲頻機械振動的振幅，帶動作用于預浸帶的超聲壓頭以超聲頻機械振動。

所述的超聲壓頭的振動頻率為20KHz～40KHz，振幅為5μm～30μm。

超聲壓輥層壓的過程，超聲振動機械能轉化為熱能，對復合材料預浸帶進行加熱，控制加熱溫度為45℃～85℃。

超聲壓輥在鋪壓樹脂基復合材料的過程中，可調節鋪壓的角度，角度范圍為30°～90°；所述的角度為鋪壓頭與預浸帶鋪設方向的夾角。

超聲壓輥在壓緊、壓實樹脂基復合材料的過程中，其鋪壓速度可根據超聲壓輥的頻率、振幅調節。

所述樹脂基復合材料為碳纖維樹脂基復合材料。

與現有技術相比，本發明具有以下有益的技術效果：

本發明提供的提高樹脂基復合材料電子束分層固化層間致密性的方法，利用低能電子束對樹脂基復合材料預浸帶進行分層輻照、固化；結合超聲壓輥的超聲振動、加熱進行分層鋪壓，完成對該復合材料的鋪層成型；

經過低能電子束輻照的碳纖維復合材料預浸帶柔性降低，具有一定的剛性，鋪層成型不能很好的貼合，且易出現孔隙。而超聲壓輥作用于復合材料預浸帶時，可產生高頻周期性的機械作用，有助于預浸帶在鋪層時平整度提高，利于貼合；同時，超聲壓輥工作時，在壓輥與預浸帶的接觸區域將產生大量熱量，提高了已鋪層與正在鋪層的預浸帶的粘性，有助于預浸帶間更好的粘合；進一步，該熱量使樹脂的黏性降低，有利于樹脂的流動，從而填充了預浸帶層間孔隙，提高了層間致密性；從而可以有效的減少復合材料層間孔隙的分布，提高復合材料層間的粘接性能和層間強度。

本發明提供的提高樹脂基復合材料電子束分層固化層間致密性的方法，超聲壓輥在鋪壓過程中，超聲振動機械能轉化為熱能，預浸帶受熱后增加了樹脂的流動性，從而填充層間孔隙；同時超聲壓輥的高頻振動可導致層間孔隙（氣泡）的內外部壓強產生周期性的波動，從而促使氣泡的破裂，增加了層間強度。

本發明提供的提高樹脂基復合材料電子束分層固化層間致密性的方法，其能耗低，效率高，靈活性好。

附圖說明

圖1是鋪放角度為θ的超聲壓輥鋪壓樹脂基復合材料電子束分層固化預浸帶示意圖；

其中，1為樹脂基復合材料預浸帶，2為低能電子束分層固化裝置，3為輸送導向輥，4為超聲壓輥，5為芯模。