本發(fā)明涉及一種針對(duì)復(fù)合材料筒體構(gòu)件局部蜂窩夾層結(jié)構(gòu)的成型方法。

背景技術(shù)：

在現(xiàn)有技術(shù)中，復(fù)合材料蜂窩夾層結(jié)構(gòu)是經(jīng)常采用的一種結(jié)構(gòu)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(zhì)夾芯并采用膠粘劑在一定溫度和壓力下復(fù)合成一整體的剛性結(jié)構(gòu)。它能夠大幅度降低結(jié)構(gòu)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(shí)候，在滿足強(qiáng)度的情況下,為了減重或透波等特殊要求，在復(fù)合材料實(shí)心構(gòu)件上進(jìn)行局部蜂窩夾層設(shè)計(jì)。

在復(fù)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(fā)物質(zhì)產(chǎn)生的蒸汽壓。在熱壓過程中由于溫度的升高會(huì)產(chǎn)生揮發(fā)物質(zhì)，這些揮發(fā)物質(zhì)如果沒有受到壓力的作用，將會(huì)在碳纖維復(fù)合材料或者玻璃纖維復(fù)合材料中形成大量氣泡以及微孔，這樣會(huì)導(dǎo)致碳纖維復(fù)合材料或者玻璃纖維復(fù)合材料質(zhì)量下降。②利用壓力的作用使樹脂具有一定流動(dòng)性能。能夠使預(yù)浸料層間粘接更加的緊密，并使碳纖維布或者玻璃纖維布產(chǎn)生壓縮。④由于壓力的存在能夠有效阻止層合板材冷卻時(shí)出現(xiàn)變形現(xiàn)象。

根據(jù)蒙皮與蜂窩夾層結(jié)構(gòu)成型的步驟,蜂窩夾層結(jié)構(gòu)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(yù)先完成蒙皮的固化成型,再進(jìn)行整個(gè)夾層結(jié)構(gòu)的固化成型。共固化法是指:蒙皮和整個(gè)夾層結(jié)構(gòu)的固化成型同步進(jìn)行。

共固化工藝制造蜂窩夾層結(jié)構(gòu)時(shí)，由于受蜂窩芯材的限制，固化成型壓力低，存在通過蜂窩傳遞壓力時(shí)蒙皮受壓嚴(yán)重不勻的固有問題，這會(huì)直接導(dǎo)致固化后蒙皮內(nèi)的纖維屈曲及上下蒙皮受力不均而出現(xiàn)大面積的孔隙密集，對(duì)預(yù)浸料層間粘接造成不利影響，使蒙皮的力學(xué)性能降低，嚴(yán)重時(shí)造成制件的報(bào)廢。特別對(duì)于局部蜂窩夾層結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料構(gòu)件，由于其非蜂窩夾層結(jié)構(gòu)區(qū)域?yàn)閷?shí)心復(fù)合材料，由于受蜂窩芯材的限制，固化成型壓力低，與蜂窩芯材高度一致的實(shí)心復(fù)合材料成型質(zhì)量極差，成型后構(gòu)件孔隙率極高，故不宜采用共固化工藝制造。

局部蜂窩夾層結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料構(gòu)件成型從簡(jiǎn)化工藝、提高產(chǎn)品可靠性的角度來講,往往采用二次固化法。采用二次固化法保證蒙皮及實(shí)心部分成型時(shí)得到足夠的成型壓力。要保證蜂窩芯側(cè)面與實(shí)心部分較好的粘接強(qiáng)度，要求實(shí)心部分與蒙皮成型后截面為“﹂”，就必須在成型非蜂窩夾層區(qū)域的實(shí)心結(jié)構(gòu)時(shí)設(shè)置輔助模具，否則非蜂窩夾層區(qū)域的實(shí)心結(jié)構(gòu)邊緣在成型時(shí)由于成型壓力作用下變成“◣”。對(duì)于復(fù)合材料筒體構(gòu)件，一般采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(shè)置金屬模具，其脫模機(jī)構(gòu)和定位機(jī)構(gòu)很復(fù)雜，帶來加工成本高。同時(shí)傳統(tǒng)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,成形后的制件在層壓件部位容易形成氣泡。

采用金屬模具存在脫模機(jī)構(gòu)和定位機(jī)構(gòu)復(fù)雜，加工成本高等缺點(diǎn)，成型時(shí)受熱變形可能引起蒙皮部位厚度不均勻，導(dǎo)致構(gòu)件報(bào)廢。為了減小上述缺陷和降低成本，需要解決復(fù)合材料筒體構(gòu)件局部蜂窩夾層的成型工藝技術(shù)問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，提供一種簡(jiǎn)單方便，高效，質(zhì)量穩(wěn)定可靠，能夠解決復(fù)合材料筒體構(gòu)件局部蜂窩夾層成型質(zhì)量的橡膠軟模輔助成型方法，以解決目前復(fù)合材料筒體構(gòu)件局部蜂窩夾層成型模具復(fù)雜，成本高，成型質(zhì)量不受控的問題。

本發(fā)明的上述目的可以通過以下步驟來實(shí)現(xiàn)：一種復(fù)合材料筒體構(gòu)件局部蜂窩夾層結(jié)構(gòu)的成型方法，具有如下技術(shù)其特征：按復(fù)合材料筒體構(gòu)件的設(shè)計(jì)要求在金屬陰模1進(jìn)行外蒙皮鋪層鋪覆，外蒙皮鋪覆完成后使用激光投影定位裝置輔助鋪覆除蜂窩夾層區(qū)域的實(shí)心部分鋪層，鋪疊成復(fù)合材料筒體外蒙皮及實(shí)心部分固化前毛坯2；再將厚度比蜂窩芯5高度高1mm的硅橡膠軟模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(jìn)行后續(xù)的真空袋-熱壓罐成型；加熱加壓固化后取出硅橡膠軟模3得到復(fù)合材料筒體外蒙皮及實(shí)心部分固化毛坯4；在硅橡膠預(yù)置形成的凹坑處放置蜂窩芯，將蜂窩芯5與內(nèi)外蒙皮膠接一體化成型得到局部蜂窩夾層的復(fù)合材料筒體。

本發(fā)明相比于現(xiàn)有技術(shù)具有如下有益效果：

簡(jiǎn)單方便、高效。本發(fā)明采用硅橡膠軟模3輔助模代替?zhèn)鹘y(tǒng)局部蜂窩夾層結(jié)構(gòu)復(fù)合材料筒體構(gòu)件成型時(shí)的金屬輔助模具，采用直接取材于市售產(chǎn)品硅橡膠144板材，由于硅橡膠與各類復(fù)合材料樹脂基體不粘、隨意變形及重量輕，脫模及定位方便，并可重復(fù)使用；

成型方法簡(jiǎn)單方便，高效，可最大限度保證蒙皮部位成型時(shí)的均勻受壓，保證蒙皮部位復(fù)合材料成型質(zhì)量，同時(shí)也保證蒙皮與實(shí)心交界處復(fù)合材料邊緣的整齊，進(jìn)而保證局部蜂窩夾層部分與實(shí)心部分的結(jié)合強(qiáng)度。用這種成型方法成型的復(fù)合材料筒體構(gòu)件，在很大程度上簡(jiǎn)化了制作工藝,降低了成本,成型復(fù)合材料筒體構(gòu)件在層壓實(shí)心部位缺陷減少,整體效果良好。由于蜂窩夾層結(jié)構(gòu)質(zhì)量輕，比強(qiáng)度高，尤其是抗彎剛度高，同質(zhì)量的蜂窩夾層結(jié)構(gòu)復(fù)合材料其抗彎剛度約為鋁合金的5倍。使得復(fù)合材料筒體構(gòu)件具有獨(dú)特的回彈性，可吸收震動(dòng)能量，具有良好的隔音降噪效果，有極高的表面度和高溫穩(wěn)定性，優(yōu)良的耐腐蝕性能、絕緣性和環(huán)境適應(yīng)性。

質(zhì)量穩(wěn)定可靠。本發(fā)明在筒體構(gòu)件金屬陰模1上用預(yù)浸料鋪覆成型筒體構(gòu)件蒙皮和實(shí)心部分，再將厚度比蜂窩芯高度高至少1mm的硅橡膠軟模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,使固化后的復(fù)合材料筒體制件在蜂窩夾芯的表面平整光滑，硅橡膠軟模3同時(shí)起到成型時(shí)阻擋實(shí)心結(jié)構(gòu)邊緣移動(dòng)的作用，還可避免了傳統(tǒng)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,成形后的筒體制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(yōu)點(diǎn)是它可以任意賦形,可克服金屬作輔助工裝難以成型復(fù)雜形狀制品的缺點(diǎn)。實(shí)踐證明，硅橡膠軟模3輔助成型復(fù)合材料構(gòu)件可達(dá)到孔隙率小于1.5％二級(jí)構(gòu)件質(zhì)量水平。

本發(fā)明還可以硅橡膠軟模3上增加均勻性孔距排氣孔提高成型質(zhì)量，能在抽真空、加外壓狀態(tài)下,含膠量揮發(fā)組分容易排出，有效地排出氣孔，在較短時(shí)間內(nèi)強(qiáng)制降溫,有利于提高復(fù)合材料筒體構(gòu)件的固化質(zhì)量，解決了目前復(fù)合材料筒體構(gòu)件局部蜂窩夾層成型過程工藝復(fù)雜、質(zhì)量不高，成本高，成型質(zhì)量不受控等問題。

本發(fā)明適用于復(fù)合材料筒體構(gòu)件局部蜂窩夾層成型。

附圖說明

圖1是本發(fā)明局部蜂窩夾層結(jié)構(gòu)復(fù)合材料筒體構(gòu)件的成型模具示意圖。

圖2是本發(fā)明局部蜂窩夾層結(jié)構(gòu)復(fù)合材料筒體構(gòu)件的成型模具局部剖示圖。

圖3是本發(fā)明實(shí)施例中固化后取出輔助硅橡膠模具毛坯局部剖示圖。

圖4是本發(fā)明實(shí)施例中成型完成的局部蜂窩夾層結(jié)構(gòu)復(fù)合材料筒體構(gòu)件毛坯局部剖示圖

圖5是本發(fā)明局部蜂窩夾層復(fù)合材料筒體構(gòu)件的成型工藝流程。

圖中：圖中：1金屬陰模，2復(fù)合材料筒體外蒙皮及實(shí)心部分固化前毛坯，3硅橡膠軟模，4復(fù)合材料筒體外蒙皮及實(shí)心部分固化毛坯，5蜂窩芯。

下面將選擇典型復(fù)合材料筒體構(gòu)件作為實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。

具體實(shí)施方式

參閱圖1-圖5。根據(jù)本發(fā)明，按復(fù)合材料筒體構(gòu)件的設(shè)計(jì)要求制備成型模具，成型模具主要包括，成型筒體構(gòu)件的金屬陰模1，硅橡膠軟模3。按復(fù)合材料筒體構(gòu)件的設(shè)計(jì)要求進(jìn)行復(fù)合材料筒體外蒙皮及實(shí)心部分的固化前毛坯3鋪層鋪覆，外蒙皮鋪覆完成后使用激光投影定位裝置輔助鋪覆除蜂窩夾層區(qū)域的實(shí)心部分鋪層。外蒙皮鋪疊按設(shè)計(jì)的鋪層序列和層數(shù)進(jìn)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(yīng)與前一層完全貼合，鋪層間不得裹氣，可用刮板搟壓以排出局部的氣體。再將厚度比蜂窩芯5高1mm的硅橡膠軟模3放入圖1所示部位，并用壓敏膠固定；再按正常的工藝進(jìn)行后續(xù)的真空袋-熱壓罐成型，固化工藝參數(shù)根據(jù)樹脂基體種類確定。根據(jù)工藝要求，復(fù)合材料筒體外蒙皮及實(shí)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(jìn)行預(yù)壓實(shí)，真空袋內(nèi)的壓力一般不高于-0.09mpa。一般每鋪3～8層預(yù)壓實(shí)一次。固化成型后，將硅橡膠板取出，因硅橡膠可變形，又與樹脂不粘，輕易就可從邊緣處就可將其與復(fù)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(cè)面與實(shí)心交界部位放置發(fā)泡膠膜，再通過膠膜將已成型外蒙皮膠接在一起得到圖4所示的復(fù)合材料筒體，膠膜固化使用熱壓罐成型固化，施加成型壓力不高于0.2mpa。

硅橡膠軟模3為硬度范圍在于邵氏硬度30～80市售的硅橡膠板；局部蜂窩夾層，可以是環(huán)繞筒體一周，也可以是筒體任意位置的一部分。