[發(fā)明專利]一種碳纖維復(fù)合材料盒狀加筋結(jié)構(gòu)的成型方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310355978.5
• 申請(qǐng)日: 2013-08-15
• 公開（公告）號(hào): CN103434141A
• 公開（公告）日: 2013-12-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 董豐路;馬立;杜巍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京衛(wèi)星制造廠
• 主分類號(hào): B29C70/34
• 分類號(hào): B29C70/34;B29C70/54;B29C33/38
• 代理公司: 中國(guó)航天科技專利中心 11009
• 代理人: 安麗

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種碳纖維復(fù)合材料盒狀加筋結(jié)構(gòu)的成型方法，屬于碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料結(jié)構(gòu)成型技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

樹脂基復(fù)合材料成型工藝包括接觸低壓成型工藝、拉擠成型工藝、模壓成型工藝、纏繞成型工藝、鋪放成型工藝、RTM成型工藝等。接觸低壓成型工藝適用于高模量碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的成型；接觸低壓成型工藝的過程是，先將材料在陰模、陽(yáng)模或?qū)δＩ现瞥稍O(shè)計(jì)形狀，通過加熱或常溫固化，脫模后再經(jīng)過輔助加工獲得制品。

復(fù)合材料工藝的關(guān)鍵是在滿足制品形狀，尺寸及表面質(zhì)量的前提下，使增強(qiáng)材料能按預(yù)定方向均勻鋪設(shè)，并盡量減少其性能下降，使基體材料充分完成固化反應(yīng)，通過界面與增強(qiáng)材料良好結(jié)合，排出揮發(fā)的氣體，減少制品的孔隙率。

熱膨脹模塑成型法是以熱膨脹系數(shù)較大的彈性材料為芯模，而以熱膨脹系數(shù)較低的剛性材料為封閉陰模，在加熱系統(tǒng)中利用彈性材料熱膨脹產(chǎn)生的壓力對(duì)復(fù)合材料產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)加熱加壓固化成型。在使用熱膨脹模塑成型法制備碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料盒狀加筋結(jié)構(gòu)時(shí)存在以下缺點(diǎn)：（1）成型壓力不易控制。（2）產(chǎn)品壁厚較薄，加強(qiáng)筋扭曲變形。（3）產(chǎn)品內(nèi)部缺陷較多。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為了提出一種碳纖維復(fù)合材料盒狀加筋結(jié)構(gòu)的成型方法，該方法制備的碳纖維復(fù)合材料盒狀加筋結(jié)構(gòu)無(wú)損探傷符合GJB2895-A級(jí)要求，形位尺寸公差滿足要求。

本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。

本發(fā)明采用熱膨脹軟模-熱壓罐成型方法制備碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料盒狀加筋結(jié)構(gòu)；在封裝好的熱壓罐系統(tǒng)內(nèi)有高溫高壓氣體，隨著溫度的升高，高壓氣體將壓力傳遞到產(chǎn)品成型模具和熱膨脹軟模上，進(jìn)而對(duì)產(chǎn)品施加穩(wěn)定壓力，產(chǎn)品內(nèi)的樹脂基體在高溫高壓作用下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，最后固化成型。

本發(fā)明的一種碳纖維復(fù)合材料盒狀加筋結(jié)構(gòu)的成型方法，待成型的盒狀加筋結(jié)構(gòu)的橫截面為直角梯形；中間的一條筋將該盒狀加筋結(jié)構(gòu)的內(nèi)腔分為兩個(gè)梯形空腔，即左側(cè)空腔和右側(cè)空腔；左側(cè)空腔和右側(cè)空腔均為由口向里逐漸變大的梯形結(jié)構(gòu)；

該成型方法的步驟為：

1）制備鋪層陽(yáng)模：鋪層陽(yáng)模包括陽(yáng)模A、陽(yáng)模B、陽(yáng)模C、陽(yáng)模D和底座；陽(yáng)模A和陽(yáng)模B緊挨一起組成左側(cè)陽(yáng)模；左側(cè)陽(yáng)模的形狀與左側(cè)空腔形狀一致；

陽(yáng)模C和陽(yáng)模D緊挨一起組成右側(cè)陽(yáng)模，右側(cè)陽(yáng)模的形狀與右側(cè)空腔形狀一致；

陽(yáng)模A、陽(yáng)模B、陽(yáng)模C和陽(yáng)模D組成的外形尺寸與待成型的盒狀加筋結(jié)構(gòu)的內(nèi)腔尺寸一致；

2）制備成型陰模：成型陰模包括左側(cè)板、下側(cè)板、定位板、上側(cè)板、右側(cè)板、定位銷和螺釘；下側(cè)板上帶有U型槽；

左側(cè)板、下側(cè)板、上側(cè)板和右側(cè)板圍成的空腔與待成型的盒狀加筋結(jié)構(gòu)的外形尺寸一致；下側(cè)板和上側(cè)板上分別有一個(gè)導(dǎo)向槽；

3）制備碳纖維單向無(wú)緯布預(yù)浸料，碳纖維單向無(wú)緯布預(yù)浸料的膠質(zhì)量含量為35%-45%；制備熱膨脹橡膠軟模；

4）將步驟1）制備的左側(cè)陽(yáng)模固定在底座上，在左側(cè)陽(yáng)模的表面鋪疊步驟3）制備的碳纖維預(yù)浸料，鋪疊厚度為待成型的盒狀加筋結(jié)構(gòu)厚度的1/2，鋪疊完成后將左側(cè)陽(yáng)模連同鋪層一起從底座上取下；

將步驟1）制備的右側(cè)陽(yáng)模固定在底座上，在右側(cè)陽(yáng)模的表面鋪疊步驟3）制備的碳纖維預(yù)浸料，鋪疊厚度為待成型的盒狀加筋結(jié)構(gòu)厚度的1/2；

將左側(cè)陽(yáng)模緊貼右側(cè)陽(yáng)模再次安裝在底座上，形成鋪層陽(yáng)模，在鋪層陽(yáng)模的表面鋪疊步驟3）制備的碳纖維預(yù)浸料，鋪疊厚度為待成型的盒狀加筋結(jié)構(gòu)厚度的1/2；

鋪層完成后，在鋪層的表面依次鋪放帶孔隔離膜、吸膠紙、透氣氟布及透氣氈；鋪放完成后整體使用真空袋膜和密封膠條封裝，然后放入熱壓罐內(nèi)進(jìn)行吸膠預(yù)壓；吸膠預(yù)壓溫度為65-85℃，吸膠預(yù)壓壓力為0.2-0.35MPa；吸膠預(yù)壓的時(shí)間為15-30min；

泄壓、降溫至室溫后，脫除真空袋膜、透氣氈、透氣氟布、吸膠紙、帶孔隔離膜，最后將鋪層陽(yáng)模進(jìn)行脫除，得到層合體；

5）在步驟4）得到的層合體放在下側(cè)板的U型槽中，在上側(cè)板、左側(cè)板和右側(cè)板上分別安裝定位銷，然后將上側(cè)板、左側(cè)板和右側(cè)板通過各自的定位銷定位在下側(cè)板上，使得左側(cè)板、下側(cè)板、上側(cè)板和右側(cè)板圍成的腔體與層合體的外表面貼合；最后用螺釘進(jìn)行緊固；

將定位板安裝在下側(cè)板和上側(cè)板的導(dǎo)向槽中，定位板可以在下側(cè)板和上側(cè)板的導(dǎo)向槽中滑動(dòng)；

6）將步驟3）制備的熱膨脹橡膠軟模分為四個(gè)部分，裝入層合體內(nèi)腔中，得到組合體；熱膨脹橡膠軟模的四個(gè)部分分別與鋪層陽(yáng)模的四個(gè)部分一一對(duì)應(yīng)；