[發明專利]一種復合材料角條結構件的成型工裝及制備方法

有效

• 申請號: 202010693719.3
• 申請日: 2020-07-17
• 公開（公告）號: CN111993682B
• 公開（公告）日: 2022-08-12
• 發明（設計）人: 張硯達;曹恒秀;李世成;劉啟抱;陳靖;吳鑫銳;張志斌;李鵬欣;常艦;畢華陽;蔡克甲;黃永強
• 申請（專利權）人: 上海復合材料科技有限公司
• 主分類號: B29C70/34
• 分類號: B29C70/34;B29C70/54;B29C33/00
• 代理公司: 上海段和段律師事務所 31334
• 代理人: 陳少凌;郭國中

本發明提供了一種復合材料角條結構件的成型工裝及制備方法；將碳纖維樹脂預浸料鋪設于芯模上，再合上活動外模，模具組裝完成后整體進行加熱，通過加壓熱固化成型得到復合材料角條結構件；所述芯模上方設有角形凸起部，活動外模的下方具有與角形凸起部形狀相適配的凹部；活動外模的上方設有熱膨脹硅橡膠，通過熱膨脹硅橡膠升溫膨脹提供復合材料成型所需壓力。與現有技術相比，本發明的模具與復合材料的接觸面為角形，可直接成型角條結構件，不需要對成品進行再切割，所以所得制品的表明平整，尺寸精度較高；而且該發明采用的在烘箱中利用熱膨脹硅橡膠對產品加壓的方法，節約能耗的同時可以進行長度較長的角條結構件的成型，適于工程應用。

技術領域

本發明涉及復合材料結構件的成型技術領域，具體涉及一種復合材料角條結構件的成型工裝及制備方法。

背景技術

基于碳纖維樹脂基復合材料角條結構件的輕量化和可設計性，且能承受高載荷和強震動，已經發展為各種航天設備中的重要承力結構件之一。然而，由于該構件的長度較長，并且形狀比較特殊，目前多采用熱壓罐成型或模壓成型的方法，先成型為U型結構件或口字形結構件，再切割成角形結構件的方法。這種方法的問題是，首先，在切割結構件時，由于結構件較長、應力釋放不均勻，造成結構件表面不平整，影響應用；其次，無法進行單獨一根結構件的成型，造成浪費；最后，熱壓罐成型方法的成本較高，而模壓成型工藝對結構件的長度有較多限制。

通過對現有專利文獻的檢索發現，CN101890807A公開了一種利用硅橡膠熱膨脹加壓成型復合材料零件的方法；通過熱壓罐、固化爐的升溫，硅橡膠的膨脹加壓實現復合材料產品的成型固化。然而，該專利中的方案要求硅橡膠與復合材料零件表面直接接觸，為直接接觸產品提供成型壓力，屬于常規用途，產品表面成型質量較差，影響后續產品使用，不適用于壓制復合材料角條結構件。

發明內容

針對現有技術的缺陷，本發明的目的在于提供一種復合材料角條結構件的成型工裝及制備方法；該方法包括：復合材料角條結構件模具的設計和成型方法的改變。其特點是其模具與復合材料的接觸面為角形，可直接成型角條結構件，不需要對成品進行再切割，所以所得制品的表明平整，尺寸精度較高。而且該發明采用的在烘箱中利用熱膨脹硅橡膠對產品加壓的方法，節約能耗的同時可以進行長度較長的角條結構件的成型，適于工程應用。

本發明的目的是通過以下技術方案來實現的：

本發明涉及一種復合材料角條結構件的成型制備方法，將碳纖維樹脂預浸料鋪設于模具內的芯模上，再合上活動外模，模具組裝完成后整體進行加熱，通過加壓熱固化成型得到復合材料角條結構件；所述芯模上方設有角形凸起部，所述活動外模的下方具有與所述角形凸起部形狀相適配的凹部；所述活動外模的上方設有熱膨脹硅橡膠，通過熱膨脹硅橡膠升溫膨脹驅動活動外摸擠壓復合材料提供成型所需壓力。

作為本發明的一個技術方案，所述熱膨脹硅橡膠的體膨脹量為0.07％/℃～0.1％/℃，體彈性模量為220MPa～350MPa。本發明中涉及的復合材料角條，在碳纖維樹脂預浸料鋪層時，由于預浸料層間未壓實，鋪層結束后的產品厚度偏厚，需在熱膨脹硅橡膠提供的成型壓力下壓至理論厚度，其厚度變化約在30％左右，尺寸變化部分需通過硅橡膠膨脹進行填充。為了保證熱膨脹硅橡膠可提供足夠的成型壓力，且不影響產品厚度偏厚時的裝模，在現有的固化溫度區間內，要求硅橡膠滿足上述性能參數。

作為本發明的一個技術方案，所述活動外模厚度最薄處要求≥30mm。

作為本發明的一個技術方案，所述方法包括如下步驟：

S1、將芯模水平放置，將碳纖維樹脂預浸料鋪設于芯模上方，將活動外模放置于碳纖維樹脂預浸料上方；

S2、在芯模的左側固定左側外模，在芯模的右側固定右側外模；

S3、將熱膨脹硅橡膠放置在活動外模上方，將上外模放置在熱膨脹硅橡膠上方，并將上外模分別固定在左側外模、右側外模的上方，模具組裝完成；