[發明專利]基于熱膨脹柔性芯模的三維編織纖維增強蜂窩制備裝置及方法

有效

• 申請號: 202110811400.0
• 申請日: 2021-07-19
• 公開（公告）號: CN113561522B
• 公開（公告）日: 2022-09-16
• 發明（設計）人: 陶杰;陳熹;李華冠;韋加寧;項俊賢;陶永瑞
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: B29C70/34
• 分類號: B29C70/34;B29C70/36;B29C70/54
• 代理公司: 北京恒創益佳知識產權代理事務所(普通合伙) 11556
• 代理人: 付金豹

1.一種基于熱膨脹柔性芯模的三維編織纖維增強蜂窩制備裝置，包括鋼制芯模(1)、熱膨脹硅橡膠柔性芯模(2)、底座(3)、三維編織預制體(6)；底座上加工有用于固定鋼制芯模的六邊形固定槽(10)和用于固定熱膨脹硅橡膠芯模的六邊形盲孔(11)，熱膨脹硅橡膠芯模通過一端的定位銷(12)與盲孔配合實現固定；鋼制芯模插入三維編織纖維預制體四周邊緣的蜂窩孔以及三維編織纖維預制體內部的部分蜂窩孔，分布于三維編織纖維預制體四周邊緣和內部的鋼制芯模將四周邊緣預制體分割為若干個區域；熱膨脹硅橡膠芯模插入剩余蜂窩孔；常溫下裝配的熱膨脹硅橡膠芯模橫截面略小于蜂窩孔橫截面，形狀均為正六邊形，固化保溫過程中熱膨脹硅橡膠芯模體積膨脹；還包括加熱爐(4)、真空閥(5)、導流網(7)、真空袋(8)、限流閥(9)，將三維編織預制體裝配于成型裝置上后，鋪放導流網(7)和真空袋(8)，放入加熱爐(4)中并連接真空導流管路，樹脂容器通過導管連接于限流閥(9)，由導流管接口(14)接入爐內的真空袋；真空泵通過導管連接于真空閥(5)，由真空泵接口(13)接入爐內的真空袋。

2.一種基于熱膨脹硅橡膠柔性芯模的三維編織纖維增強蜂窩制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1：拉伸三維編織纖維預制體(6)使蜂窩孔張開，通過鋼制芯模將預制體支撐并固定到底座上；將鋼制芯模插入三維編織纖維預制體四周邊緣的蜂窩孔以及三維編織纖維預制體內部的部分蜂窩孔，分布于三維編織纖維預制體四周邊緣和內部的鋼制芯模將四周邊緣預制體分割為若干個區域；

步驟2：將熱膨脹硅橡膠芯模插入剩余蜂窩孔，保證熱膨脹硅膠芯模和鋼制芯模排列規整；熱膨脹硅橡膠芯模是由體膨脹系數為6×10^-4～9×10^-4，邵氏A硬度為40～50的熱膨脹硅橡膠制成的正六棱柱，室溫下長度小于蜂窩孔高度0.5mm～1mm，橫截面直徑小于蜂窩孔直徑0.5mm～1.5mm，硅橡膠芯模的一端嵌入直徑為3～6mm的六邊形定位銷(12)，六邊形定位銷棱邊與熱膨脹芯模棱邊對齊；

步驟3：將裝配好的芯棒及預制體隨底座鋪設導流網(7)、真空袋(8)，放入加熱爐后接入導流管道，升溫至一定溫度，使硅橡膠芯模的橫截面直徑膨脹至與鋼制芯模相同；所使用加熱爐具有供抽真空管接口(13)和導流管接口(14)，導流閥安裝在加熱爐外側，升溫至60℃～90℃并保溫，使硅橡膠芯棒的橫截面直徑膨脹至與鋼制芯模相同；

步驟4：將熱固性樹脂加熱至與步驟3相同的溫度，通過真空輔助樹脂灌注使樹脂充分浸潤預制體導流完成后關閉導流閥；熱固性樹脂在灌注時黏度不大于200mPa·s，灌注結束后關閉連接樹脂容器的限流閥門(9)，保持真空泵運行1～2min；

步驟5：保持真空袋內負壓，執行樹脂固化升溫工藝曲線；采用梯度加熱方式升溫，升溫速率為10～20℃/min，在樹脂固化溫度下熱膨脹硅橡膠芯模橫截面尺寸膨脹量為室溫下橫截面尺寸的105％～110％，由芯模間擠壓對蜂窩壁施加的成型壓力為0.1～0.3MPa；

步驟6：固化完成后隨爐冷卻取出，將體積收縮后的熱膨脹硅橡膠芯模和固定在底座上的鋼制芯模取出，得到三維編織纖維增強蜂窩芯坯料；

3.根據權利要求2所述的制備方法，其特征在于，步驟1所使用的三維編織纖維預制體的蜂窩孔結構為正六邊形，蜂窩孔直徑為6mm～12mm，鋼制芯模為長度大于蜂窩孔高度10mm～20mm的正六棱柱，橫截面直徑和蜂窩孔直徑相同，底座上加工有固定鋼制芯模的六邊形槽(10)和固定熱膨脹柔性芯模的六邊形盲孔(11)。

4.根據權利要求2所述的制備方法，其特征在于，所使用的底座與鋼制芯模表面均涂覆厚度在0.2mm～1mm的聚四氟乙烯涂層。