專利名稱：一種復(fù)合材料蜂窩夾芯管的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于高分子復(fù)合材料管件制造領(lǐng)域，尤其涉及一種復(fù)合材料蜂窩夾芯管的制備方法。
背景技術(shù)：
復(fù)合材料蜂窩夾芯管由纖維增強聚合物復(fù)合材料內(nèi)壁、蜂窩芯材和復(fù)合材料外壁組成。和復(fù)合材料實心壁管相比，蜂窩夾芯管在結(jié)構(gòu)減重、結(jié)構(gòu)剛度和抗局部屈曲失穩(wěn)方面具有顯著優(yōu)勢，因而被廣泛用于對結(jié)構(gòu)重量和剛度要求苛刻的航空航天領(lǐng)域，如輕質(zhì)機(jī)翼結(jié)構(gòu)主梁和飛艇的主框架結(jié)構(gòu)。美國的太陽神無人機(jī)機(jī)翼主梁就是采用復(fù)合材料蜂窩夾芯管結(jié)構(gòu)，芯材為Nomex芳綸蜂窩，管壁采用的是芳族纖維增強環(huán)氧樹脂制造；意大利的Heliplat無人機(jī)機(jī)翼主梁同樣采用復(fù)合材料蜂窩夾芯管結(jié)構(gòu)，其中復(fù)合材料為高模量碳纖維M55J增強環(huán)氧樹脂，而蜂窩芯材則采用Nomex芳綸蜂窩。復(fù)合材料蜂窩夾芯管性能優(yōu)異，但制造困難，工藝復(fù)雜，尤其是對于具有大長徑比幾何結(jié)構(gòu)特征的復(fù)合材料蜂窩夾芯管，既要保證復(fù)合材料管壁的高纖維體積含量以確保其力學(xué)性能，又要確保復(fù)合材料夾芯管能從模具上順利脫出，這些都使得大長徑比復(fù)合材料蜂窩夾芯管的制備成為一項亟待解決的關(guān)鍵性技術(shù)問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種簡便易行、所需設(shè)備要求低、設(shè)備投入小、產(chǎn)品質(zhì)量好的復(fù)合材料蜂窩夾芯管的制備方法。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出的技術(shù)方案為一種復(fù)合材料蜂窩夾芯管的制備方法，包括以下步驟
(1)準(zhǔn)備柱狀陽模，在陽模表面涂覆脫模材料；
(2)在脫模材料表面鋪覆預(yù)浸潰纖維或織物預(yù)浸料，采用真空袋壓同時加熱的工藝(采用常規(guī)工藝參數(shù)即可)對預(yù)浸潰纖維或織物預(yù)浸料進(jìn)行固化成型，在陽模表面得到復(fù)合材料蜂窩夾芯管的內(nèi)壁；
(3)在所得內(nèi)壁的外表面依次鋪覆膠膜和蜂窩芯材，再次采用真空袋壓同時加熱的工藝使所述蜂窩芯材通過膠膜固化粘接于內(nèi)壁的外表面；
(4)在蜂窩芯材的外表面依次鋪覆膠膜和預(yù)浸潰纖維，或者依次鋪覆膠膜和織物預(yù)浸料，再次采用真空袋壓同時加熱的工藝對預(yù)浸潰纖維或織物預(yù)浸料進(jìn)行固化成型，使所述蜂窩芯材的外表面成型得到復(fù)合材料蜂窩夾芯管的外壁；
(5)采用物理拔出方式脫出柱狀陽模，得到復(fù)合材料蜂窩夾芯管。上述的復(fù)合材料蜂窩夾芯管的制備方法，所述脫模材料優(yōu)選包括脫模劑和玻璃紙，所述脫模劑涂覆于陽模表面，所述玻璃紙鋪覆在脫模劑上。更優(yōu)選的，所述玻璃紙又稱賽璐玢，是一種透明有光澤、脆性易碎的再生纖維素薄膜，即在外力作用容易破碎。所述玻璃紙的厚度優(yōu)選小于0. 05mm。
上述的復(fù)合材料蜂窩夾芯管的制備方法，所述復(fù)合材料蜂窩夾芯管優(yōu)選為管長與管徑之比不小于10 I的大長徑比復(fù)合材料蜂窩夾芯管。本發(fā)明的上述制備工藝在用于制備大長徑比復(fù)合材料蜂窩夾芯管時，其工藝優(yōu)勢表現(xiàn)得更加明顯。上述的復(fù)合材料蜂窩夾芯管的制備方法，所述內(nèi)壁或外壁優(yōu)選為纖維增強聚合物復(fù)合材料，所述纖維增強聚合物復(fù)合材料中的增強纖維優(yōu)選為玻璃纖維、碳纖維、凱夫拉纖維、碳化硅纖維或硼纖維，所述纖維增強聚合物復(fù)合材料中的聚合物基體優(yōu)選為環(huán)氧樹脂、不飽和聚酯樹脂、酚醛樹脂或氰酸酯樹脂。上述的復(fù)合材料蜂窩夾芯管的制備方法，所述蜂窩芯材優(yōu)選為鋁蜂窩或Nomex芳綸蜂窩。上述的復(fù)合材料蜂窩夾芯管的制備方法，所述陽模優(yōu)選為圓柱體、圓臺體或橢圓柱體形狀，相應(yīng)的，可以成型得到等徑管狀、帶錐度管狀或其他變直徑管狀的復(fù)合材料蜂窩夾芯管。所述陽模的長度優(yōu)選大于擬成型的復(fù)合材料蜂窩夾芯管的長度，以便于在脫模時直接拔出所述陽模。所述陽模優(yōu)選為表面光潔的剛性模具，為保證所述陽模表面的高光潔度，可以在其表面進(jìn)行鍍鉻；其剛性則體現(xiàn)于當(dāng)陽模兩端固定水平放置時無明顯懸垂(即重心下降距離不大于跨距的千分之一)。所述陽?？梢詾閱蝹€整體性模具或組合式模具。上述的復(fù)合材料蜂窩夾芯管的制備方法，優(yōu)選的，所述真空袋壓同時加熱的工藝主要包括在預(yù)浸潰纖維或織物預(yù)浸料表面依次覆蓋脫模布、透氣氈和真空袋膜，使真空袋膜包覆預(yù)浸潰纖維或織物預(yù)浸料并形成模腔，然后利用真空泵對模腔抽真空，再將陽模連同真空袋膜一起放入烘箱中進(jìn)行加熱固化，直至固化成型得到相應(yīng)的纖維增強聚合物復(fù)合材料。 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于本發(fā)明的制備方法簡便易行，所需設(shè)備要求低，設(shè)備投入小，在優(yōu)選的方案中，通過創(chuàng)新性地使用脆性玻璃紙作為脫模輔助材料，可以大大減少粘模情況的發(fā)生，使脫模過程所需載荷減小，脫模操作更為簡便。采用本發(fā)明制備方法制得的復(fù)合材料蜂窩夾芯管產(chǎn)品具有質(zhì)量穩(wěn)定、可控性好、易于實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化等優(yōu)點。


圖1為本發(fā)明實施例1中制備方法獲得的復(fù)合材料蜂窩夾芯管的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明實施例2中制備方法獲得的復(fù)合材料蜂窩夾芯管的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式以下結(jié)合說明書附圖和具體優(yōu)選的實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步描述，但并不因此而限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。實施例1 :
一種如圖1所示的復(fù)合材料蜂窩夾芯管的制備方法，包括以下步驟
(1)準(zhǔn)備長4.5m、直徑為70_的圓柱狀金屬陽模，在陽模表面涂覆硅油，再將玻璃紙貼在涂覆硅油后的金屬陽模表面；陽模為表面光潔鍍鉻的剛性模具，玻璃紙為脆性易碎的再生纖維素薄膜，厚度為0. 04mm ；
(2)在玻璃紙表面鋪覆兩層預(yù)浸潰環(huán)氧樹脂E51的Ik碳布預(yù)浸料，具體鋪覆位置位于陽模中間4. 2m長的區(qū)域；采用真空袋壓同時加熱的工藝對該碳布預(yù)浸料進(jìn)行固化成型，在陽模表面得到碳纖維復(fù)合材料蜂窩夾芯管的內(nèi)壁；本步驟中的真空袋壓同時加熱的工藝主要包括在碳布預(yù)浸料表面依次覆蓋多空隔離膜、脫模布和透氣氈，最外面用真空袋膜包覆并用密封膠條密封，使真空袋膜包覆碳布預(yù)浸料并形成模腔，然后利用真空泵對模腔抽真空，再將陽模連同真空袋膜及其包覆物一起放入烘箱中進(jìn)行加熱固化，在80°C下加熱4小時后自然冷卻，直至樹脂固化成型依次去除真空袋膜、透氣氈、脫模布和多空隔離膜，得到相應(yīng)的碳纖維增強環(huán)氧樹脂基復(fù)合材料作為內(nèi)壁；
(3)在所得內(nèi)壁的外表面依次鋪覆0.2mm厚的膠膜和邊長2mm、高4mm的Nomex蜂窩芯材，再次采用上述步驟(2)中的真空袋壓同時加熱的工藝使蜂窩芯材通過膠膜固化粘接于內(nèi)壁的外表面；
(4)在蜂窩芯材的外表面依次鋪覆0.2mm厚的膠膜和三層預(yù)浸潰環(huán)氧樹脂E51的Ik碳布預(yù)浸料(長度與內(nèi)壁相同)，再次采用上述步驟(2)中真空袋壓同時加熱的工藝對碳布預(yù)浸料進(jìn)行固化成型，使蜂窩芯材的外表面成型得到復(fù)合材料蜂窩夾芯管的外壁；
(5)將成型后的復(fù)合材料蜂窩夾芯管的外壁一端卡住，另一端用手工葫蘆慢慢拔出柱狀陽模，即可得到長4. 2m、內(nèi)徑70mm的碳纖維復(fù)合材料Nomex蜂窩夾芯管。 實施例2:
一種如圖2所示帶錐度的復(fù)合材料蜂窩夾芯管制備方法，包括以下步驟
(1)準(zhǔn)備長4.Om、大端直徑60mm、小端直徑50mm帶錐度的柱狀金屬陽模,在陽模表面涂覆硅油，再將玻璃紙貼在涂覆硅油后的金屬陽模表面；陽模為表面光潔鍍鉻的剛性模具，玻璃紙為脆性易碎的再生纖維素薄膜，厚度為0. 04mm ；
(2)在玻璃紙表面鋪覆兩層預(yù)浸潰不飽和聚酯191的02玻璃布預(yù)浸料，具體鋪覆位置位于陽模中間3. 6m長的區(qū)域；采用真空袋壓同時加熱的工藝對該玻璃纖維布預(yù)浸料進(jìn)行固化成型，在陽模表面得到玻璃纖維復(fù)合材料蜂窩夾芯管的內(nèi)壁；本步驟中的真空袋壓同時加熱的工藝主要包括在玻璃纖維布預(yù)浸料表面依次覆蓋多空隔離膜、脫模布和透氣氈，最外面用真空袋膜包覆并用密封膠條密封，使真空袋膜包覆玻璃纖維布預(yù)浸料并形成模腔，然后利用真空泵對模腔抽真空，再將陽模連同真空袋膜及其包覆物一起放入烘箱中進(jìn)行加熱固化，在80°C下加熱4小時后自然冷卻，直至樹脂固化成型依次去除真空袋膜、透氣氈、脫模布和多空隔離膜，得到相應(yīng)的玻璃纖維增強不飽和聚酯復(fù)合材料作為內(nèi)壁；
(3)在所得內(nèi)壁的外表面依次鋪覆0.2mm厚的膠膜和邊長3mm、高5mm的鋁蜂窩芯材，再次采用上述步驟(2)中的真空袋壓同時加熱的工藝使蜂窩芯材通過膠膜固化粘接于內(nèi)壁的外表面；
(4)在蜂窩芯材的外表面依次鋪覆0.2_厚的膠膜和兩層預(yù)浸潰不飽和聚酯191的02玻璃布預(yù)浸料(長度與內(nèi)壁相同)，再次采用上述步驟(2)中真空袋壓同時加熱的工藝對玻璃布預(yù)浸料進(jìn)行固化成型，使蜂窩芯材的外表面成型得到復(fù)合材料蜂窩夾芯管的外壁；
(5)將成型后的復(fù)合材料蜂窩夾芯管的外壁的小端卡住，從大端用手工葫蘆慢慢拔出帶錐度的柱狀陽模，即可得到長3. 6m、大端內(nèi)徑60mm、小端內(nèi)徑50mm的含錐度玻璃纖維復(fù)合材料鋁蜂窩夾芯管。
權(quán)利要求
1.一種復(fù)合材料蜂窩夾芯管的制備方法，包括以下步驟(1)準(zhǔn)備柱狀陽模，在陽模表面涂覆脫模材料；(2)在脫模材料表面鋪覆預(yù)浸潰纖維或織物預(yù)浸料，采用真空袋壓同時加熱的工藝對預(yù)浸潰纖維或織物預(yù)浸料進(jìn)行固化成型，在陽模表面得到復(fù)合材料蜂窩夾芯管的內(nèi)壁；(3)在所得內(nèi)壁的外表面依次鋪覆膠膜和蜂窩芯材，再次采用真空袋壓同時加熱的工藝使所述蜂窩芯材通過膠膜固化粘接于內(nèi)壁的外表面；(4)在蜂窩芯材的外表面依次鋪覆膠膜和預(yù)浸潰纖維，或者依次鋪覆膠膜和織物預(yù)浸料，再次采用真空袋壓同時加熱的工藝對預(yù)浸潰纖維或織物預(yù)浸料進(jìn)行固化成型，使所述蜂窩芯材的外表面成型得到復(fù)合材料蜂窩夾芯管的外壁；(5)采用物理拔出方式脫出柱狀陽模，得到復(fù)合材料蜂窩夾芯管。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合材料蜂窩夾芯管的制備方法，其特征在于所述脫模材料包括脫模劑和玻璃紙，所述脫模劑涂覆于陽模表面，所述玻璃紙鋪覆在脫模劑上。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的復(fù)合材料蜂窩夾芯管的制備方法，其特征在于所述玻璃紙為脆性易碎的再生纖維素薄膜。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的復(fù)合材料蜂窩夾芯管的制備方法，其特征在于所述玻璃紙的厚度小于O. 05mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1 4中任一項所述的復(fù)合材料蜂窩夾芯管的制備方法，其特征在于 所述復(fù)合材料蜂窩夾芯管為管長與管徑之比不小于10 I的大長徑比復(fù)合材料蜂窩夾芯管。
6.根據(jù)權(quán)利要求1 4中任一項所述的復(fù)合材料蜂窩夾芯管的制備方法，其特征在于 所述內(nèi)壁或外壁為纖維增強聚合物復(fù)合材料，所述纖維增強聚合物復(fù)合材料中的增強纖維為玻璃纖維、碳纖維、凱夫拉纖維、碳化硅纖維或硼纖維，所述纖維增強聚合物復(fù)合材料中的聚合物基體為環(huán)氧樹脂、不飽和聚酯樹脂、酚醛樹脂或氰酸酯樹脂。
7.根據(jù)權(quán)利要求1 4中任一項所述的復(fù)合材料蜂窩夾芯管的制備方法，其特征在于 所述蜂窩芯材為招蜂窩或Nomex芳纟侖蜂窩。
8.根據(jù)權(quán)利要求1 4中任一項所述的復(fù)合材料蜂窩夾芯管的制備方法，其特征在于 所述陽模為圓柱體、圓臺體或橢圓柱體形狀，所述陽模的長度大于擬成型的復(fù)合材料蜂窩夾芯管的長度，所述陽模為表面光潔的剛性模具。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的復(fù)合材料蜂窩夾芯管的制備方法，其特征在于所述陽模表面鍍鉻，且當(dāng)陽模兩端固定水平放置時無明顯懸垂。
10.根據(jù)權(quán)利要求1 4中任一項所述的復(fù)合材料蜂窩夾芯管的制備方法，其特征在于所述真空袋壓同時加熱的工藝主要包括在預(yù)浸潰纖維或織物預(yù)浸料表面依次覆蓋脫模布、透氣氈和真空袋膜，使真空袋膜包覆預(yù)浸潰纖維或織物預(yù)浸料并形成模腔，然后利用真空泵對模腔抽真空，再將陽模連同真空袋膜一起放入烘箱中進(jìn)行加熱固化，直至固化成型得到相應(yīng)的纖維增強聚合物復(fù)合材料。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種復(fù)合材料蜂窩夾芯管的制備方法，包括以下步驟準(zhǔn)備柱狀陽模，在陽模表面涂覆脫模材料；在脫模材料表面鋪覆預(yù)浸漬纖維或織物預(yù)浸料，采用真空袋壓同時加熱的工藝對其進(jìn)行固化成型，得到內(nèi)壁；在所得內(nèi)壁的外表面依次鋪覆膠膜和蜂窩芯材，再次采用真空袋壓同時加熱的工藝使蜂窩芯材通過膠膜固化粘接于內(nèi)壁的外表面；在蜂窩芯材的外表面依次鋪覆膠膜和預(yù)浸漬纖維，或者依次鋪覆膠膜和織物預(yù)浸料，再次采用真空袋壓同時加熱的工藝進(jìn)行固化成型，使蜂窩芯材的外表面成型得到外壁；采用物理拔出方式脫出柱狀陽模，得到復(fù)合材料蜂窩夾芯管。本發(fā)明的制備方法具有簡便易行、所需設(shè)備要求低、設(shè)備投入小、產(chǎn)品質(zhì)量好等優(yōu)點。
文檔編號B32B1/08GK103042804SQ201310017230
公開日2013年4月17日 申請日期2013年1月17日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月17日
發(fā)明者鞠蘇, 江大志, 曾竟成, 杜剛, 肖加余, 楊揚, 黃春芳, 石剛 申請人:中國人民解放軍國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)