一种密墙复合材料结构整体成型的封装方法与流程

本发明属于树脂基复合材料成型技术，涉及一种密墙复合材料结构整体成型的封装方法。

背景技术：

压力是复合材料成型中的一个重要参数，加压方式有模压成型中采用的压机加压、RTM注射加压，而目前大多数航空航天领域的高性能复合材料成型应用更广泛的则是真空袋法成型，真空薄膜封装是高性能复合材料真空袋成型方法中一个关键环节。真空薄膜不仅要求与外形模形成密封系统、还要求真空薄膜与成型模具贴合不要形成架桥区，避免因架桥引起零件加压不均匀，甚至造成加压过程中真空薄膜被压破漏气造成零件疏松报废。

带有墙肋的壁板因其具有较好的刚度而成为复合材料结构设计中常采用的结构形式。如果采用将蒙皮、墙、肋等子零件分别固化后然后胶接或机械连接的方法形成壁板结构，每个子零件分别成型时结构较简单封装时结构开敞容易进行真空封装。但因为这种结构整体性较差，紧固件成本和装配成本高，且紧固件的大量应用降低了结构的减重效率，不利于结构减重。随着复合材料用量的不断扩大，结构减重和降低成本的需求更显突出，越来越多的飞机结构设计为整体结构，通过整体成型一次完成构件制造。为保证各个子零件的位置及型面要求，同时满足整体成型过程中零件各部分加压的需要，一般对整体结构的各个子零件进行模具组装完成后进行封装形成真空系统，封装虽然比较复杂，但对于结构开敞的整体结构件尚可以实现。而对于结构不开敞的整体件的封装难度则比较大甚至难以实现。

如，带有4根纵墙的整体壁板结构，在小端纵墙凸缘间距离仅为30mm，而且为了保证4根纵墙上凸缘型面精度，纵墙上凸缘成型模具需采用刚性好的纵墙外型模，模具组装后结构不开敞很难进行封装操作，纵墙间拐角处架桥问题。

技术实现要素：

本发明的目的是，提供一种密墙复合材料结构整体成型的封装方法，满足密墙复合材料结构非开敞区封装的需求。

本发明的技术解决方案：方法如下：

(a)准备纵墙之间的辅助材料，将辅助材料按纵墙底部辅助材料和纵墙侧面辅助材料分切。

(b)在纵墙内侧模具的上、下拐角处粘贴双面胶带或腻子，将纵墙侧面辅助材料粘贴在纵墙内侧模具上；

(c)密墙复合材料结构预制体在壁板外形模上定位，组装纵墙凸缘之间的蒙皮内侧模具；

(d)分别组装每根纵墙两侧的纵墙内侧模具；

(e)在纵墙之间铺放纵墙底部辅助材料，并在纵墙内侧模具的下拐角处定位；

(f)两个纵墙之间型腔的真空薄膜按纵墙内侧模具上、下拐角划转折线并留皱褶余量，封装真空薄膜前，沿转折线预先制备真空薄膜皱褶。

(g)采用双面胶带或腻子将真空薄膜在纵墙内侧模具上、下拐角位置进行定位，使真空薄膜预先贴模；

(h)将两个纵墙间的真空薄膜两端与壁板外形模粘接，并使相邻纵墙间真空薄膜互相粘接，仅留出与纵墙上凸缘外形模粘接的部分；

(i)从中间纵墙开始组装上凸缘外形模，使两侧相邻纵墙间真空薄膜分别与纵墙上凸缘外形模密封粘接；

(j)由内而外依次组装纵墙上凸缘外形模，使纵墙两侧相邻纵墙间真空薄膜分别与纵墙上凸缘外形模密封粘接；

(k)在两侧纵墙外侧铺放辅助材料，封装两侧纵墙外侧的真空薄膜，使外侧的真空薄膜分别与两侧纵墙上凸缘外形模、相邻纵墙间真空薄膜及壁板外形模封装。

所述的纵墙之间的辅助材料按相邻纵墙内侧模具下拐角之间的距离单边宽出5～20mm，侧面辅助材料宽度方向按纵墙内侧模具随形，下边按纵墙内侧模具下拐角宽出5～20mm，上边按真空薄膜封装位置线留0～50mm余量。

所述的纵墙之间型腔的真空薄膜在纵墙内侧模具上、下拐角留皱褶余量20～100mm。

本发明的优点：

(1)纵墙之间不开敞区域辅助材料分切并在拐角区域定位使之预先贴模，避免封装后抽真空时因结构不开敞无法操作出现辅助材料架桥现象并为真空薄膜定位提供基础。

(2)真空薄膜按型腔截面在易架桥区预先制备真空薄膜褶皱，组装纵墙上凸缘外形模前将真空薄膜在纵墙之间进行定位使之预先贴模，避免了组装纵墙上凸缘外形模后无法操作造成真空薄膜架桥的问题。

附图说明

图1“工”型壁板典型件示意图；

图2“工”型壁板典型件纵墙中段封装状态示意图；

图3“工”型壁板典型件纵墙两端封装状态示意图；

图4“J”型壁板典型件纵墙中段封装状态示意图；

图5“J”型壁板典型件纵墙两端封装状态示意图。

具体实施方式

下面对本发明做进一步详细说明。以图1所示结构为例，该加筋壁板为纵向带有5根“工”型截面纵墙的整体壁板结构。为了保证纵墙上凸缘型面精度，纵墙上凸缘模具采用刚性好的“T”型截面纵墙外型模，与模具组装后纵墙之间的空间狭窄,如果按常规的封装方式先组装纵墙外型模之后进行真空封装，纵墙之间由于空间狭小无法进行封装操作，即使完成封装纵墙内侧拐角处架桥问题也不可避免，容易出现成形过程中加压漏气造成零件报废。

为了解决该类整体壁板成型封装的问题，我们将纵墙之间不开敞区域辅助材料分切并在上下拐角采用双面胶带或腻子分别在纵墙内侧模具上进行定位使之预先贴模。真空薄膜按型腔截面拐角划线并在上、下拐角易架桥区留余量预先制备褶皱，为避免装纵墙上凸缘外形模后造成无法操作，组装纵墙上凸缘外形模前将真空薄膜褶皱对应纵墙之间上、下拐角采用双面胶带或腻子进行定位使之贴模，留出与上凸缘外形模粘接部分，边组装上凸缘外形模边进行真空封装。

本发明涉及的模具有，壁板外型模——保证壁板外形的模具。上凸缘外形模——位于纵墙上凸缘上型面，截面为“工”字型、“T”字型或其它满足刚度要求的截面形式。纵墙内侧模具——分别放置于纵墙两侧保证纵墙腹板型面和位置的模具。蒙皮内侧模具——位于蒙皮内侧纵墙凸缘之间的模具。该类结构封装的技术解决方案是，纵墙之间不开敞区域辅助材料分切并在拐角区域采用双面胶带或腻子分别在纵墙内侧模具上进行定位使之预先贴模，避免辅助材料架桥并为真空薄膜定位提供基础。真空薄膜按型腔截面拐角划线并在上、下拐角易架桥区留余量预先制备褶皱，为避免装纵墙上凸缘外形模后造成无法操作，组装纵墙上凸缘外形模前将真空薄膜褶皱对应纵墙之间上、下拐角采用双面胶带或腻子进行定位使之贴模，留出与上凸缘外形模粘接部分，边组装上凸缘外形模边进行真空封装。具体方法如下：

(a)准备纵墙之间的辅助材料，将辅助材料按纵墙底部辅助材料和纵墙侧面辅助材料分切，纵墙底部辅助材料按相邻纵墙内侧模具下拐角之间的距离单边宽出5～20mm，纵墙侧面辅助材料宽度方向按纵墙内侧模具随形，下边按纵墙内侧模具下拐角宽出5～20mm，上边按真空薄膜封装位置线留0～50mm余量。

(b)在纵墙内侧模具的上、下拐角处粘贴双面胶带或腻子，将纵墙侧面辅助材料粘贴在纵墙内侧模具上。

(c)整体壁板预制体在壁板外形模上定位，组装纵墙凸缘之间的蒙皮内侧模具。

(d)分别组装每根纵墙两侧的纵墙内侧模具。

(e)在纵墙之间铺放纵墙底部辅助材料，并在纵墙内侧模具下拐角定位。

(f)纵墙之间型腔的真空薄膜按纵墙内侧模具上、下拐角划转折线并留皱褶余量20～100mm，封装真空薄膜前沿转折线预先制备真空薄膜皱褶。

(g)采用双面胶带或腻子将真空薄膜在纵墙内侧模具上、下拐角位置进行定位使之预先贴模。

(h)将纵墙间的真空薄膜两端与壁板外形模粘接，并使相邻纵墙间真空薄膜互相粘接，仅留出与纵墙上凸缘外形模粘接的部分。

(i)从中间纵墙开始组装上凸缘外形模，使两侧相邻纵墙间真空薄膜分别与纵墙上凸缘外形模密封粘接。

(j)由内而外依次组装纵墙上凸缘外形模，使纵墙两侧相邻纵墙间真空薄膜分别与纵墙上凸缘外形模密封粘接。

(k)在两侧纵墙外侧铺放辅助材料，封装两侧纵墙外侧的真空薄膜，使外侧的真空薄膜分别与两侧纵墙上凸缘外形模、相邻纵墙间真空薄膜及壁板外形模封装。

实施例1

图1带有5根“工”型纵墙的整体壁板结构，外形尺寸900mm×520mm×105mm(长×宽×高)，纵墙2和蒙皮1通过RFI技术整体成型，为保证5根纵墙的上凸缘精度，纵墙上凸缘外型面采用刚性模具，与模具组装后纵墙之间的间距仅为30mm，结构不开敞组装模具后无法进行封装操作，为此我们采用本发明解决方案，封装方案是将纵墙之间的真空薄膜分别封装于上凸缘外形模两侧，再与壁板外形模封装形成真空系统，具体如下：

(a)准备纵墙之间的辅助材料，侧面辅助材料7宽度方向按纵墙内侧模具的内形，下边缘按纵墙内侧模具5下拐角放余量5～20mm，上边缘到纵墙上凸缘外形模6侧面真空薄膜封装位置留10～30mm mm余量，底部辅助材料8按相邻纵墙内侧模具下拐角之间的距离单边宽出5～10mm。

(b)在纵墙内侧模具5的上、下拐角处粘贴双面胶带，将纵墙侧面辅助材料7粘贴在纵墙内侧模具上。

(c)典型件在壁板外形模3上定位，组装纵墙下凸缘之间的蒙皮内侧模具4。

(d)分别组装每根纵墙两侧的纵墙内侧模具5。

(e)在纵墙之间铺放底部辅助材料8，并在纵墙内侧模具下拐角定位。

(f)纵墙之间型腔的真空薄膜9按型腔截面以上、下拐角划转折线并留皱褶余量30～50mm，封装真空薄膜前沿转折线预先制备真空薄膜皱褶11。

(g)采用双面胶带或腻子将真空薄膜9在纵墙内侧模具5上、下拐角位置进行定位使之预先贴模。

(h)将纵墙间的真空薄膜9两端与壁板外形模3粘接，并使相邻纵墙间真空薄膜9互相粘接，仅留出与纵墙上凸缘外形模6粘接的部分。

(i)从中间纵墙开始组装纵墙上凸缘外形模6，使两侧相邻纵墙间真空薄膜9分别与纵墙上凸缘外形模6密封粘接。

(j)由内而外依次组装纵墙上凸缘外形模6，使纵墙两侧相邻纵墙间真空薄膜9分别与纵墙上凸缘外形模密封粘接。

(k)在两侧纵墙外侧铺放辅助材料，封装两侧纵墙外侧的真空薄膜，使外侧的真空薄膜分别与两侧纵墙上凸缘外形模、相邻纵墙间真空薄膜及壁板外形模封装，封装完成后纵墙段及两端辅助材料、零件、模具的关系如图2和图3所示。

实施例2

蒙皮上带有4根“J”型纵墙的整体壁板，4根纵墙从大端至小端距离逐渐减小，小端纵墙之间间距仅为40mm。为保证纵墙上凸缘型面精度，采用刚度好的“工”型截面纵墙上凸缘外形模，结构不开敞封装难度大，我们采用了本发明的解决方案。封装方案是将纵墙之间的真空薄膜分别封装于上凸缘外形模“工”型截面的下拐角部位，再与壁板外形模封装形成真空系统，具体如下：

(a)准备纵墙之间的辅助材料，侧面辅助材料7宽度方向按纵墙内侧模具的内形，下边缘按纵墙内侧模具5-1和5-2下拐角放余量10～25mm，上边缘到纵墙上凸缘外形模6侧面真空薄膜封装位置留30～50mm mm余量，底部辅助材料8按相邻纵墙内侧模具下拐角之间的距离单边宽出5～10mm。

(b)在纵墙内侧模具5-1和5-2的上、下拐角处粘贴双面胶带或腻子，将纵墙侧面辅助材料7粘贴在纵墙内侧模具上。

(c)整体壁板预制体在壁板外形模3上定位，组装纵墙下凸缘之间的蒙皮内侧模具4。

(d)分别组装每根纵墙两侧的纵墙内侧模具5-1和5-2。

(e)在纵墙之间铺放底部辅助材料8，并在纵墙内侧模具下拐角定位。

(f)纵墙之间型腔的真空薄膜9按型腔截面以上、下拐角划转折线并留皱褶余量60～80mm，封装真空薄膜前沿转折线预先制备真空薄膜皱褶11。

(g)采用双面胶带或腻子将真空薄膜9在纵墙内侧模具5上、下拐角位置进行定位使之预先贴模。

(h)将纵墙间的真空薄膜9两端与壁板外形模3粘接，并使相邻纵墙间真空薄膜9互相粘接，仅留出与纵墙上凸缘外形模6粘接的部分。

(i)从中间纵墙开始组装纵墙上凸缘外形模6，使两侧相邻纵墙间真空薄膜9分别与纵墙上凸缘外形模6密封粘接。

(j)由内而外依次组装纵墙上凸缘外形模6，使纵墙两侧相邻纵墙间真空薄膜9分别与纵墙上凸缘外形模密封粘接。

(k)在两侧纵墙外侧铺放辅助材料，封装两侧纵墙外侧的真空薄膜，使外侧的真空薄膜分别与两侧纵墙上凸缘外形模、相邻纵墙间真空薄膜及壁板外形模封装，封装完成后纵墙段及两端辅助材料、零件、模具的关系如图4和图5所示。