复合材料筒体构件局部蜂窝夹层结构的成型方法与流程

本发明涉及一种针对复合材料筒体构件局部蜂窝夹层结构的成型方法。

背景技术：

在现有技术中，复合材料蜂窝夹层结构是经常采用的一种结构形式，通常由两层或多层蒙皮(也称为面板)之间夹以一层轻质夹芯并采用胶粘剂在一定温度和压力下复合成一整体的刚性结构。它能够大幅度降低结构的重量，提高弯曲刚度，改善隔音性能、透波性能及隔热性能等。在某些时候，在满足强度的情况下,为了减重或透波等特殊要求，在复合材料实心构件上进行局部蜂窝夹层设计。

在复合材料成型过程中，需要施加成型压力。成型压力的主要目的：①克服挥发物质产生的蒸汽压。在热压过程中由于温度的升高会产生挥发物质，这些挥发物质如果没有受到压力的作用，将会在碳纤维复合材料或者玻璃纤维复合材料中形成大量气泡以及微孔，这样会导致碳纤维复合材料或者玻璃纤维复合材料质量下降。②利用压力的作用使树脂具有一定流动性能。能够使预浸料层间粘接更加的紧密，并使碳纤维布或者玻璃纤维布产生压缩。④由于压力的存在能够有效阻止层合板材冷却时出现变形现象。

根据蒙皮与蜂窝夹层结构成型的步骤,蜂窝夹层结构目前常见的成型方法主要包括二次固化法和共固化法。二次固化法是指:预先完成蒙皮的固化成型,再进行整个夹层结构的固化成型。共固化法是指:蒙皮和整个夹层结构的固化成型同步进行。

共固化工艺制造蜂窝夹层结构时，由于受蜂窝芯材的限制，固化成型压力低，存在通过蜂窝传递压力时蒙皮受压严重不匀的固有问题，这会直接导致固化后蒙皮内的纤维屈曲及上下蒙皮受力不均而出现大面积的孔隙密集，对预浸料层间粘接造成不利影响，使蒙皮的力学性能降低，严重时造成制件的报废。特别对于局部蜂窝夹层结构的复合材料构件，由于其非蜂窝夹层结构区域为实心复合材料，由于受蜂窝芯材的限制，固化成型压力低，与蜂窝芯材高度一致的实心复合材料成型质量极差，成型后构件孔隙率极高，故不宜采用共固化工艺制造。

局部蜂窝夹层结构的复合材料构件成型从简化工艺、提高产品可靠性的角度来讲,往往采用二次固化法。采用二次固化法保证蒙皮及实心部分成型时得到足够的成型压力。要保证蜂窝芯侧面与实心部分较好的粘接强度，要求实心部分与蒙皮成型后截面为“﹂”，就必须在成型非蜂窝夹层区域的实心结构时设置辅助模具，否则非蜂窝夹层区域的实心结构边缘在成型时由于成型压力作用下变成“◣”。对于复合材料筒体构件，一般采用阴模保证外部尺寸公差和外观光洁度，在局部蜂窝夹层部位设置金属模具，其脱模机构和定位机构很复杂，带来加工成本高。同时传统的辅助工装材料选用金属铝,但金属铝在使用过程中容易变形,与模具的敷贴性不好,成形后的制件在层压件部位容易形成气泡。

采用金属模具存在脱模机构和定位机构复杂，加工成本高等缺点，成型时受热变形可能引起蒙皮部位厚度不均匀，导致构件报废。为了减小上述缺陷和降低成本，需要解决复合材料筒体构件局部蜂窝夹层的成型工艺技术问题。

技术实现要素：

本发明针对上述现有技术存在的问题，提供一种简单方便，高效，质量稳定可靠，能够解决复合材料筒体构件局部蜂窝夹层成型质量的橡胶软模辅助成型方法，以解决目前复合材料筒体构件局部蜂窝夹层成型模具复杂，成本高，成型质量不受控的问题。

本发明的上述目的可以通过以下步骤来实现：一种复合材料筒体构件局部蜂窝夹层结构的成型方法，具有如下技术其特征：按复合材料筒体构件的设计要求在金属阴模1进行外蒙皮铺层铺覆，外蒙皮铺覆完成后使用激光投影定位装置辅助铺覆除蜂窝夹层区域的实心部分铺层，铺叠成复合材料筒体外蒙皮及实心部分固化前毛坯2；再将厚度比蜂窝芯5高度高1mm的硅橡胶软模3放入铺叠形成的凹坑作为成型的压力垫；再按正常的工艺进行后续的真空袋-热压罐成型；加热加压固化后取出硅橡胶软模3得到复合材料筒体外蒙皮及实心部分固化毛坯4；在硅橡胶预置形成的凹坑处放置蜂窝芯，将蜂窝芯5与内外蒙皮胶接一体化成型得到局部蜂窝夹层的复合材料筒体。

本发明相比于现有技术具有如下有益效果：

简单方便、高效。本发明采用硅橡胶软模3辅助模代替传统局部蜂窝夹层结构复合材料筒体构件成型时的金属辅助模具，采用直接取材于市售产品硅橡胶144板材，由于硅橡胶与各类复合材料树脂基体不粘、随意变形及重量轻，脱模及定位方便，并可重复使用；

成型方法简单方便，高效，可最大限度保证蒙皮部位成型时的均匀受压，保证蒙皮部位复合材料成型质量，同时也保证蒙皮与实心交界处复合材料边缘的整齐，进而保证局部蜂窝夹层部分与实心部分的结合强度。用这种成型方法成型的复合材料筒体构件，在很大程度上简化了制作工艺,降低了成本,成型复合材料筒体构件在层压实心部位缺陷减少,整体效果良好。由于蜂窝夹层结构质量轻，比强度高，尤其是抗弯刚度高，同质量的蜂窝夹层结构复合材料其抗弯刚度约为铝合金的5倍。使得复合材料筒体构件具有独特的回弹性，可吸收震动能量，具有良好的隔音降噪效果，有极高的表面度和高温稳定性，优良的耐腐蚀性能、绝缘性和环境适应性。

质量稳定可靠。本发明在筒体构件金属阴模1上用预浸料铺覆成型筒体构件蒙皮和实心部分，再将厚度比蜂窝芯高度高至少1mm的硅橡胶软模3作为成型的压力垫，可以在固化过程中使温度和压力传递均匀,使固化后的复合材料筒体制件在蜂窝夹芯的表面平整光滑，硅橡胶软模3同时起到成型时阻挡实心结构边缘移动的作用，还可避免了传统的辅助工装材料选用金属铝在使用过程中容易变形,与模具的敷贴性不好,成形后的筒体制件在层压件部位容易形成气泡的缺陷。用橡胶作辅助工装的优点是它可以任意赋形,可克服金属作辅助工装难以成型复杂形状制品的缺点。实践证明，硅橡胶软模3辅助成型复合材料构件可达到孔隙率小于1.5％二级构件质量水平。

本发明还可以硅橡胶软模3上增加均匀性孔距排气孔提高成型质量，能在抽真空、加外压状态下,含胶量挥发组分容易排出，有效地排出气孔，在较短时间内强制降温,有利于提高复合材料筒体构件的固化质量，解决了目前复合材料筒体构件局部蜂窝夹层成型过程工艺复杂、质量不高，成本高，成型质量不受控等问题。

本发明适用于复合材料筒体构件局部蜂窝夹层成型。

附图说明

图1是本发明局部蜂窝夹层结构复合材料筒体构件的成型模具示意图。

图2是本发明局部蜂窝夹层结构复合材料筒体构件的成型模具局部剖示图。

图3是本发明实施例中固化后取出辅助硅橡胶模具毛坯局部剖示图。

图4是本发明实施例中成型完成的局部蜂窝夹层结构复合材料筒体构件毛坯局部剖示图

图5是本发明局部蜂窝夹层复合材料筒体构件的成型工艺流程。

图中：图中：1金属阴模，2复合材料筒体外蒙皮及实心部分固化前毛坯，3硅橡胶软模，4复合材料筒体外蒙皮及实心部分固化毛坯，5蜂窝芯。

下面将选择典型复合材料筒体构件作为实施例，对本发明作进一步的说明。

具体实施方式

参阅图1-图5。根据本发明，按复合材料筒体构件的设计要求制备成型模具，成型模具主要包括，成型筒体构件的金属阴模1，硅橡胶软模3。按复合材料筒体构件的设计要求进行复合材料筒体外蒙皮及实心部分的固化前毛坯3铺层铺覆，外蒙皮铺覆完成后使用激光投影定位装置辅助铺覆除蜂窝夹层区域的实心部分铺层。外蒙皮铺叠按设计的铺层序列和层数进行逐层铺叠，逐层检查、逐层记录。第一层铺叠必须与模具紧贴，无气泡、无褶皱，每一层都应与前一层完全贴合，铺层间不得裹气，可用刮板擀压以排出局部的气体。再将厚度比蜂窝芯5高1mm的硅橡胶软模3放入图1所示部位，并用压敏胶固定；再按正常的工艺进行后续的真空袋-热压罐成型，固化工艺参数根据树脂基体种类确定。根据工艺要求，复合材料筒体外蒙皮及实心部分固化前毛坯2可在铺贴过程用真空袋通过抽真空进行预压实，真空袋内的压力一般不高于-0.09mpa。一般每铺3～8层预压实一次。固化成型后，将硅橡胶板取出，因硅橡胶可变形，又与树脂不粘，轻易就可从边缘处就可将其与复合材料分离，形成如图3所示的成型凹坑。在图3所示的成型凹坑表面贴上胶膜，将蜂窝芯5放入，蜂窝芯5侧面与实心交界部位放置发泡胶膜，再通过胶膜将已成型外蒙皮胶接在一起得到图4所示的复合材料筒体，胶膜固化使用热压罐成型固化，施加成型压力不高于0.2mpa。

硅橡胶软模3为硬度范围在于邵氏硬度30～80市售的硅橡胶板；局部蜂窝夹层，可以是环绕筒体一周，也可以是筒体任意位置的一部分。