[發(fā)明專利]一種適用于復合材料樹脂傳遞模塑成型工藝的輕質(zhì)芯模

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• 申請日: 2017-02-24
• 公開（公告）號: CN106584719A
• 公開（公告）日: 2017-04-26
• 發(fā)明（設計）人: 黃峰;劉強;邱啟艷;趙龍;馬金瑞
• 申請（專利權(quán)）人: 中國航空工業(yè)集團公司基礎技術(shù)研究院
• 主分類號: B29C33/76
• 分類號: B29C33/76;B29C33/40;B29C33/38;B29C70/48;B29L31/30
• 代理公司: 中國航空專利中心11008
• 代理人: 李建英

技術(shù)領域

本發(fā)明屬于樹脂基復合材料液態(tài)成型技術(shù)，涉及一種適用于復合材料樹脂傳遞模塑成型工藝的輕質(zhì)芯模。

背景技術(shù)

碳纖維增強樹脂基復合材料具有輕質(zhì)、高比強度、高比模量、抗疲勞斷裂性能好、耐腐蝕、便于大面積整體成形等獨特的優(yōu)點，已廣泛應用于航空飛行器和發(fā)動機結(jié)構(gòu)，成為航空裝備的關(guān)鍵材料，其用量也已成為航空裝備先進性的標志之一。

樹脂轉(zhuǎn)移模塑成型技術(shù)，簡稱RTM技術(shù)(Resin Transfer Molding)是近年來在航空、航天等領域廣泛應用的一種液態(tài)成型復合材料制造技術(shù)。其原理是在剛性模具型腔內(nèi)鋪放按性能和結(jié)構(gòu)要求設計好的干態(tài)纖維預成型體，然后采用注射設備將低粘度樹脂注入到閉合模腔內(nèi)，使樹脂與纖維充分浸潤，最后按照樹脂的工藝規(guī)范進行升溫固化，最后得到與模具型腔形狀一致的復合材料零件。腔形結(jié)構(gòu)是航空飛行器中常用的復合材料結(jié)構(gòu)，如翼面、舵面等結(jié)構(gòu)，特別適用于采用RTM技術(shù)整體成型，成型的零件具有結(jié)構(gòu)整體性好，減重效果明顯，承載能力強的優(yōu)點。但采用RTM成型腔形結(jié)構(gòu)時，需在預成型體腔體內(nèi)部預先放置成型芯模，對預成型體形成支撐作用，通常采用的成型芯模為實心結(jié)構(gòu)、空心腔體結(jié)構(gòu)或隔框加強空心腔體結(jié)構(gòu)。實心結(jié)構(gòu)芯模重量較重，不但不易于搬運，而且較大的自重將對零件的合模和脫模過程造成困難，需設計專門的合模和脫模工具，否則會出現(xiàn)模具合模不到位或脫模時對零件造成損傷的不利情況；此外，實心芯模不適用于夾芯多腔結(jié)構(gòu)的成型，過重的芯模將會壓壞預制體內(nèi)部的芯材；因此，實心芯模在采用RTM工藝成型零件時具有較大的局限性。另一種芯模結(jié)構(gòu)空心腔體結(jié)構(gòu)雖然重量較輕，但過薄的腔壁無法耐受較大的注射壓力，長期使用易變形，而采用較厚的腔壁與實心芯模相比減重效果不明顯，此外，空心腔體自身剛性不夠也易在機械加工過程中產(chǎn)生無法調(diào)整的應力變形。第三種芯模結(jié)構(gòu)為隔框加強空心腔體結(jié)構(gòu)，雖然能夠耐受較大的注射壓力，長期使用耐用性也較好，但自重仍較重，而且大大增加了加工難度和加工成本。綜上，采用實心芯模、空心芯模和隔框加強空心芯模在RTM工藝成型復合材料零件時均具有較大的局限性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是：針對傳統(tǒng)樹脂轉(zhuǎn)移模塑成型腔形結(jié)構(gòu)復合材料技術(shù)存在的不足，提出一種適用于復合材料樹脂傳遞模塑成型工藝的輕質(zhì)芯模。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案是，芯模10由空心盒體8、發(fā)泡材料12和堵蓋3和4組成，空心盒體8的一個面上開有兩個通孔，一個通孔為導入孔5，另一個通孔為透氣孔6，空心盒體8的壁厚為5mm～30mm，空心盒體8內(nèi)置入發(fā)泡材料12；發(fā)泡材料12發(fā)泡后完全填充空心盒體8的內(nèi)腔，發(fā)泡材料12的填充量由以下公式進行計算：

V1×D＝V2

其中V1為發(fā)泡材料12發(fā)泡前的體積，V2為空心盒體8的內(nèi)腔體積，D為發(fā)泡材料12的發(fā)泡體積膨脹系數(shù)；

所述空心盒體8的材料為金屬。

所述發(fā)泡材料12的耐壓強度大于樹脂傳遞模塑成型工藝施加的最大壓力，發(fā)泡材料12的使用溫度高于樹脂傳遞模塑成型工藝中的固化溫度。

所述空心盒體8的材料為鋁、鋼、鐵、銅或其合金。

所述發(fā)泡材料12為聚氨酯、聚甲基丙烯酰亞胺、環(huán)氧樹脂、聚乙烯、或聚丙烯發(fā)泡材料，常溫下為液態(tài)或粉狀固態(tài)。

制造如適用于復合材料樹脂傳遞模塑成型工藝的輕質(zhì)芯模的方法，包括如下步驟：

1)采用機械加工的方法加工空心盒體8；

2)根據(jù)空心盒體8的內(nèi)腔體積計算得到發(fā)泡材料12的填充量，將發(fā)泡材料12由導入孔5倒入空心盒體8中；

3)根據(jù)所填充的發(fā)泡材料12的說明要求，對發(fā)泡材料12進行發(fā)泡處理，使發(fā)泡材料12完全填充滿空心盒體8；

4)清理溢出空心盒體8的多余的發(fā)泡材料12；

5)將堵蓋3和4分別塞緊空心盒體8上的導入孔5和透氣孔6，采用焊接或螺紋連接將堵蓋3和4和空心盒體8連接成整體并進行密封處理；

6)修整芯模10的整體外形，得到用于復合材料樹脂傳遞模塑成型工藝的芯模10。

所述芯模10的數(shù)量隨成型制件的結(jié)構(gòu)變化增加或減少，芯模的形狀隨成型制件的結(jié)構(gòu)形狀變化而變化。

本發(fā)明的優(yōu)點和有益效果是：

1、本發(fā)明所涉及的輕質(zhì)芯模在采用RTM工藝成型腔形結(jié)構(gòu)復合材料時起到在樹脂注射和固化過程中承受注射壓力和固化應力保持零件形狀的作用；

2、本發(fā)明所涉及的輕質(zhì)芯模既具有實心芯模的耐壓性、耐用性好的特點，又具有空心芯模的減重效果，具有既輕便又耐用，工藝適用性好的優(yōu)點；