複合材料筒體構件局部蜂窩夾層結構的成型方法與流程

2023-10-26 04:06:12

本發明涉及一種針對複合材料筒體構件局部蜂窩夾層結構的成型方法。

背景技術：

在現有技術中，複合材料蜂窩夾層結構是經常採用的一種結構形式，通常由兩層或多層蒙皮(也稱為面板)之間夾以一層輕質夾芯並採用膠粘劑在一定溫度和壓力下複合成一整體的剛性結構。它能夠大幅度降低結構的重量，提高彎曲剛度，改善隔音性能、透波性能及隔熱性能等。在某些時候，在滿足強度的情況下,為了減重或透波等特殊要求，在複合材料實心構件上進行局部蜂窩夾層設計。

在複合材料成型過程中，需要施加成型壓力。成型壓力的主要目的：①克服揮發物質產生的蒸汽壓。在熱壓過程中由於溫度的升高會產生揮發物質，這些揮發物質如果沒有受到壓力的作用，將會在碳纖維複合材料或者玻璃纖維複合材料中形成大量氣泡以及微孔，這樣會導致碳纖維複合材料或者玻璃纖維複合材料質量下降。②利用壓力的作用使樹脂具有一定流動性能。能夠使預浸料層間粘接更加的緊密，並使碳纖維布或者玻璃纖維布產生壓縮。④由於壓力的存在能夠有效阻止層合板材冷卻時出現變形現象。

根據蒙皮與蜂窩夾層結構成型的步驟,蜂窩夾層結構目前常見的成型方法主要包括二次固化法和共固化法。二次固化法是指:預先完成蒙皮的固化成型,再進行整個夾層結構的固化成型。共固化法是指:蒙皮和整個夾層結構的固化成型同步進行。

共固化工藝製造蜂窩夾層結構時，由於受蜂窩芯材的限制，固化成型壓力低，存在通過蜂窩傳遞壓力時蒙皮受壓嚴重不勻的固有問題，這會直接導致固化後蒙皮內的纖維屈曲及上下蒙皮受力不均而出現大面積的孔隙密集，對預浸料層間粘接造成不利影響，使蒙皮的力學性能降低，嚴重時造成製件的報廢。特別對於局部蜂窩夾層結構的複合材料構件，由於其非蜂窩夾層結構區域為實心複合材料，由於受蜂窩芯材的限制，固化成型壓力低，與蜂窩芯材高度一致的實心複合材料成型質量極差，成型後構件孔隙率極高，故不宜採用共固化工藝製造。

局部蜂窩夾層結構的複合材料構件成型從簡化工藝、提高產品可靠性的角度來講,往往採用二次固化法。採用二次固化法保證蒙皮及實心部分成型時得到足夠的成型壓力。要保證蜂窩芯側面與實心部分較好的粘接強度，要求實心部分與蒙皮成型後截面為「﹂」，就必須在成型非蜂窩夾層區域的實心結構時設置輔助模具，否則非蜂窩夾層區域的實心結構邊緣在成型時由於成型壓力作用下變成「◣」。對於複合材料筒體構件，一般採用陰模保證外部尺寸公差和外觀光潔度，在局部蜂窩夾層部位設置金屬模具，其脫模機構和定位機構很複雜，帶來加工成本高。同時傳統的輔助工裝材料選用金屬鋁,但金屬鋁在使用過程中容易變形,與模具的敷貼性不好,成形後的製件在層壓件部位容易形成氣泡。

採用金屬模具存在脫模機構和定位機構複雜，加工成本高等缺點，成型時受熱變形可能引起蒙皮部位厚度不均勻，導致構件報廢。為了減小上述缺陷和降低成本，需要解決複合材料筒體構件局部蜂窩夾層的成型工藝技術問題。

技術實現要素：

本發明針對上述現有技術存在的問題，提供一種簡單方便，高效，質量穩定可靠，能夠解決複合材料筒體構件局部蜂窩夾層成型質量的橡膠軟模輔助成型方法，以解決目前複合材料筒體構件局部蜂窩夾層成型模具複雜，成本高，成型質量不受控的問題。

本發明的上述目的可以通過以下步驟來實現：一種複合材料筒體構件局部蜂窩夾層結構的成型方法，具有如下技術其特徵：按複合材料筒體構件的設計要求在金屬陰模1進行外蒙皮鋪層鋪覆，外蒙皮鋪覆完成後使用雷射投影定位裝置輔助鋪覆除蜂窩夾層區域的實心部分鋪層，鋪疊成複合材料筒體外蒙皮及實心部分固化前毛坯2；再將厚度比蜂窩芯5高度高1mm的矽橡膠軟模3放入鋪疊形成的凹坑作為成型的壓力墊；再按正常的工藝進行後續的真空袋-熱壓罐成型；加熱加壓固化後取出矽橡膠軟模3得到複合材料筒體外蒙皮及實心部分固化毛坯4；在矽橡膠預置形成的凹坑處放置蜂窩芯，將蜂窩芯5與內外蒙皮膠接一體化成型得到局部蜂窩夾層的複合材料筒體。

本發明相比於現有技術具有如下有益效果：

簡單方便、高效。本發明採用矽橡膠軟模3輔助模代替傳統局部蜂窩夾層結構複合材料筒體構件成型時的金屬輔助模具，採用直接取材於市售產品矽橡膠144板材，由於矽橡膠與各類複合材料樹脂基體不粘、隨意變形及重量輕，脫模及定位方便，並可重複使用；

成型方法簡單方便，高效，可最大限度保證蒙皮部位成型時的均勻受壓，保證蒙皮部位複合材料成型質量，同時也保證蒙皮與實心交界處複合材料邊緣的整齊，進而保證局部蜂窩夾層部分與實心部分的結合強度。用這種成型方法成型的複合材料筒體構件，在很大程度上簡化了製作工藝,降低了成本,成型複合材料筒體構件在層壓實心部位缺陷減少,整體效果良好。由於蜂窩夾層結構質量輕，比強度高，尤其是抗彎剛度高，同質量的蜂窩夾層結構複合材料其抗彎剛度約為鋁合金的5倍。使得複合材料筒體構件具有獨特的回彈性，可吸收震動能量，具有良好的隔音降噪效果，有極高的表面度和高溫穩定性，優良的耐腐蝕性能、絕緣性和環境適應性。

質量穩定可靠。本發明在筒體構件金屬陰模1上用預浸料鋪覆成型筒體構件蒙皮和實心部分，再將厚度比蜂窩芯高度高至少1mm的矽橡膠軟模3作為成型的壓力墊，可以在固化過程中使溫度和壓力傳遞均勻,使固化後的複合材料筒體製件在蜂窩夾芯的表面平整光滑，矽橡膠軟模3同時起到成型時阻擋實心結構邊緣移動的作用，還可避免了傳統的輔助工裝材料選用金屬鋁在使用過程中容易變形,與模具的敷貼性不好,成形後的筒體製件在層壓件部位容易形成氣泡的缺陷。用橡膠作輔助工裝的優點是它可以任意賦形,可克服金屬作輔助工裝難以成型複雜形狀製品的缺點。實踐證明，矽橡膠軟模3輔助成型複合材料構件可達到孔隙率小於1.5％二級構件質量水平。

本發明還可以矽橡膠軟模3上增加均勻性孔距排氣孔提高成型質量，能在抽真空、加外壓狀態下,含膠量揮發組分容易排出，有效地排出氣孔，在較短時間內強制降溫,有利於提高複合材料筒體構件的固化質量，解決了目前複合材料筒體構件局部蜂窩夾層成型過程工藝複雜、質量不高，成本高，成型質量不受控等問題。

本發明適用於複合材料筒體構件局部蜂窩夾層成型。

附圖說明

圖1是本發明局部蜂窩夾層結構複合材料筒體構件的成型模具示意圖。

圖2是本發明局部蜂窩夾層結構複合材料筒體構件的成型模具局部剖示圖。

圖3是本發明實施例中固化後取出輔助矽橡膠模具毛坯局部剖示圖。

圖4是本發明實施例中成型完成的局部蜂窩夾層結構複合材料筒體構件毛坯局部剖示圖

圖5是本發明局部蜂窩夾層複合材料筒體構件的成型工藝流程。

圖中：圖中：1金屬陰模，2複合材料筒體外蒙皮及實心部分固化前毛坯，3矽橡膠軟模，4複合材料筒體外蒙皮及實心部分固化毛坯，5蜂窩芯。

下面將選擇典型複合材料筒體構件作為實施例，對本發明作進一步的說明。

具體實施方式

參閱圖1-圖5。根據本發明，按複合材料筒體構件的設計要求製備成型模具，成型模具主要包括，成型筒體構件的金屬陰模1，矽橡膠軟模3。按複合材料筒體構件的設計要求進行複合材料筒體外蒙皮及實心部分的固化前毛坯3鋪層鋪覆，外蒙皮鋪覆完成後使用雷射投影定位裝置輔助鋪覆除蜂窩夾層區域的實心部分鋪層。外蒙皮鋪疊按設計的鋪層序列和層數進行逐層鋪疊，逐層檢查、逐層記錄。第一層鋪疊必須與模具緊貼，無氣泡、無褶皺，每一層都應與前一層完全貼合，鋪層間不得裹氣，可用刮板擀壓以排出局部的氣體。再將厚度比蜂窩芯5高1mm的矽橡膠軟模3放入圖1所示部位，並用壓敏膠固定；再按正常的工藝進行後續的真空袋-熱壓罐成型，固化工藝參數根據樹脂基體種類確定。根據工藝要求，複合材料筒體外蒙皮及實心部分固化前毛坯2可在鋪貼過程用真空袋通過抽真空進行預壓實，真空袋內的壓力一般不高於-0.09mpa。一般每鋪3～8層預壓實一次。固化成型後，將矽橡膠板取出，因矽橡膠可變形，又與樹脂不粘，輕易就可從邊緣處就可將其與複合材料分離，形成如圖3所示的成型凹坑。在圖3所示的成型凹坑表面貼上膠膜，將蜂窩芯5放入，蜂窩芯5側面與實心交界部位放置發泡膠膜，再通過膠膜將已成型外蒙皮膠接在一起得到圖4所示的複合材料筒體，膠膜固化使用熱壓罐成型固化，施加成型壓力不高於0.2mpa。

矽橡膠軟模3為硬度範圍在於邵氏硬度30～80市售的矽橡膠板；局部蜂窩夾層，可以是環繞筒體一周，也可以是筒體任意位置的一部分。