[發(fā)明專利]一種復(fù)合材料殼體的制造方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201510358999.1
• 申請(qǐng)日: 2015-06-25
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN105034403B
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-04-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李鶯歌;鄭建虎;宮頊;陶積柏;朱大雷
• 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;B29L31/30
• 代理公司: 中國(guó)航天科技專利中心11009
• 代理人: 范曉毅

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種殼體的制造方法，特別是涉及一種復(fù)合材料殼體的制造方法。

背景技術(shù)

為實(shí)現(xiàn)航天器結(jié)構(gòu)的輕質(zhì)、高強(qiáng)需求，越來(lái)越多的航天器支座由金屬材料改為采用高模量碳纖維與環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料制造的殼體結(jié)構(gòu)。其特點(diǎn)是強(qiáng)度、剛度優(yōu)異，且質(zhì)量輕。制造工藝過(guò)程是，先制備預(yù)浸無(wú)緯布，按預(yù)定的纖維取向?qū)㈩A(yù)浸無(wú)緯布逐層鋪放在陽(yáng)模上，然后合模、通過(guò)加熱并施加一定壓力使殼體固化，脫模后再經(jīng)過(guò)輔助加工獲得成品。

復(fù)合材料殼體根據(jù)其承受載荷的分布情況，采取變截面構(gòu)形，且不同部位的壁厚各不相同。采用金屬陽(yáng)模和陰模控制殼體形狀，在變厚度處易出現(xiàn)模具卡死，殼體不同形面壓力不能同時(shí)到位等弊端，對(duì)控制殼體外形尺寸，提高層間膠接強(qiáng)度，消除富膠、貧膠、孔隙、疏松和皺褶等缺陷非常不利。采用平面裁剪的預(yù)浸無(wú)緯布鋪放方法，不僅材料斷縫多，殼體承載能力降低，而且纖維取向不易控制，斷縫區(qū)域局部搭接后更容易造成纖維屈曲，從而導(dǎo)致殼體翹曲變形，影響其尺寸精度和力學(xué)性能。采用鋪疊后直接熱壓固化的成形工藝，固化過(guò)程的低分子揮發(fā)份多，殼體孔隙率高，膠接強(qiáng)度低。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種復(fù)合材料殼體的制造方法，包括以下步驟：

(1)制備預(yù)浸無(wú)緯布，預(yù)浸無(wú)緯布預(yù)吸膠后，根據(jù)殼體尺寸將預(yù)浸無(wú)緯布裁剪成窄帶；

(2)在金屬內(nèi)模的表面繞鋪窄帶，形成復(fù)合材料層合體，所述金屬內(nèi)模為分體的上、下模，并在下模上設(shè)計(jì)脫模頂出接口；

(3)對(duì)鋪設(shè)的復(fù)合材料層合體進(jìn)行預(yù)壓：在復(fù)合材料層合體外表面鋪放工藝輔料，然后在層合體頂部安裝頂部壓板，所述頂部壓板(10)，覆蓋殼體頂部平面；將層合體、金屬內(nèi)模、頂部壓板及工藝輔料的組合體封裝入真空系統(tǒng)，再放入熱壓罐中進(jìn)行預(yù)壓；

(4)將復(fù)合材料層合體固化成殼體：拆除真空系統(tǒng)，卸下所述頂部壓板(10)，拆除預(yù)壓時(shí)的工藝輔料，在底面法蘭周圍放置橡膠擋條(18)，重新鋪放透氣和隔離輔料，然后安裝所述頂部壓板(10)，最后安裝橡膠軟模(20)，封裝入真空系統(tǒng)，再放入熱壓罐中固化；

在殼體固化成形達(dá)到最高成形溫度，并保持該溫度時(shí)，所述金屬內(nèi)模膨脹至匹配殼體內(nèi)腔尺寸；

所述橡膠軟模(20)制備方法為：焊接殼體工藝件，將工藝件安裝在組裝好的金屬內(nèi)模上，在頂部安裝所述頂部壓板(10)，然后鋪放未硫化橡膠片，制備出橡膠軟模，所述殼體工藝件模擬待制備殼體，與待制備殼體的尺寸構(gòu)型完全相同；

(5)將殼體與橡膠軟模、頂部壓板、金屬內(nèi)模分離；

(6)加工殼體，獲得成品殼體。

其中，所述頂部壓板的厚度按下式計(jì)算：

其中，h為壓板厚度；μ為內(nèi)模材料的泊松比；P為固化空氣壓力；ρ為壓板材料質(zhì)量密度；g為重力加速度；K為工藝常數(shù)。

其中，K的取值為0.001。

其中，未硫化橡膠在150℃，0.6MPa下保溫1h制備出橡膠軟模。

其中，所述步驟(1)中，預(yù)浸無(wú)緯布預(yù)吸膠具體為：在85℃～90℃，0.2MPa～0.3MPa下，保溫20min～30min，對(duì)預(yù)浸無(wú)緯布進(jìn)行預(yù)吸膠，控制預(yù)吸膠后的含膠量為(34±2)％。

其中，所述步驟(2)中繞鋪窄帶的具體方法為：用窄帶在金屬內(nèi)模上依次繞鋪下主體層、殼頂中間加強(qiáng)層、上主體層和底部加強(qiáng)層，具體方法為：首先繞鋪下主體層，下主體層覆蓋殼體所有外表面，鋪層方式為(+45/-45/0/90)_S；然后鋪放殼頂中間加強(qiáng)層，只覆蓋殼頂上表面，鋪層方式為(+45/-45/0/90)_2S；再繞鋪上主體層，與下主體層對(duì)稱進(jìn)行；最后繞鋪底部加強(qiáng)層，覆蓋殼體底面法蘭和底部加強(qiáng)段，鋪層方式為(+45/-45/0/90)S。

其中，所述步驟(3)中還包括確定吸膠紙層數(shù)N_a，具體為：稱量鋪設(shè)好的層合體重量G_p，按下式根據(jù)殼體最終的含膠量a％數(shù)值確定吸膠紙層數(shù)N_a：

其中，A為層合體坯件面積；

N_b為層合體鋪疊層數(shù)；

G_pf為預(yù)浸無(wú)緯布單位面積纖維重量；

a％為殼體最終樹(shù)脂重量含量；

G_b為吸膠紙單位面積吸膠量。

其中，還包括步驟(7)加工殼體，在殼體上加工安裝接口和減輕孔，獲得成品。