[发明专利]大尺寸复合材料加筋壁板真空辅助树脂渗透成型模具

说明书

技术领域

本发明属于复合材料成型技术，涉及对大尺寸复合材料加筋壁板真空辅助树脂渗透(VARI)成型模具。

背景技术

树脂基复合材料以其优越的性能已经成为航空航天等领域广泛采用的最主要的结构材料之一，加筋壁板是航空复合材料的一类典型结构形式。根据加强筋截面形状，通常加筋壁板有“T”型、“工”型、“J”型或混合型等几种主要形式。传统的成型方法是采用碳纤维预浸料通过热压罐加压成型，一般三种成型方式：(1)加强筋和蒙皮分别固化成型而后胶接；(2)蒙皮先固化、加强筋固化的同时与蒙皮胶接；(3)加强筋与蒙皮一起共固化成为加筋壁板。但是，传统的预浸料-热压罐成型方法存在两方面弊端：①不宜结合缝合等技术对复合材料进行三维增强，层间强度低；②预浸料储存及热压罐成本高。近年来，为提高飞机的战术性能对复合材料的需求越来越大，而这两方面因素却在一定程度上限制着飞机结构复合材料的用量。降低复合材料的制造成本提高复合材料的抗损伤能力是扩大复合材料用量的重要前提，也因此复合材料的三维增强技术和低成本制造技术成为复合材料领域的研究重点。

VARI成型技术是一种新型的复合材料液体成型技术，其工艺原理是采用单面模具在真空作用下使树脂浸润干态纤维预成型体，而后在室温或烘箱中固化成型的方法。采用VARI工艺可以结合缝合等三维增强技术提高层间强度，同时由于VARI工艺不需要投资巨大的热压罐，制造成本低，是近年来国内外复合材料领域备受关注的低成本制造技术。

但另一方面，热压罐工艺除真空压力之外还可以额外增加几个或十几个压力，即使模具有一定的变形，通过压力作用也可以在一定程度上克服变形，不至于因压力传递不到位导致复合材料制件报废。“T”型、“工”型、“J”型加筋壁板传统的模具设计思路是：采用刚性外形模保证壁板外形，“T”型、“工”型、“J”型加强筋至少一侧采用刚性模具或两侧均采用刚性模。而VARI整个工艺过程只有一个真空压力，模具之间的配合状态成为影响VARI复合材料质量至关重要的因素。VARI工艺对模具结构、模具精度等因素非常敏感，尤其对于大尺寸加筋壁板，因为“T”型、“工”型、“J”型筋两侧模具又细又长，加工难度大，不可避免会产生变形。

发明内容

本发明的目的：提出一种适用于“T”型、“工”型、“J”型筋两侧模具又细又长，加工难度大的大尺寸复合材料加筋壁板真空辅助树脂渗透成型模具。本发明的技术解决方案：加强筋模具包括模板、定位模、成形模和盖板，在模板上铺放复合材料壁板蒙皮预成型体和加筋预成型体，定位模放置在加筋预成型体的一侧，在加筋预成型体的另一侧放置成形模，在加筋预成型体的顶部放置盖板。

所述的定位模是一种由橡胶、刚性加强层和加强层组合而成的复合模具；刚性加强层置于橡胶中，加强层置于橡胶的表层或浅表层，成形模为如下三种方式之一：

(1)全橡胶软膜；

(2)在靠近成形模的型面0mm～1.5mm处放置浸胶玻璃纤维布或碳纤维布，厚度0mm～0.5mm，与橡胶一起硫化形成成形模；

(3)采用1～5mm厚度的玻璃钢板或铝板，在加强筋根部对接作为成形模，用于加强筋下凸缘成型的玻璃钢板或铝板的厚度要求不小于加强筋根部圆角半径R；

所述的刚性加强层置于橡胶中的数量根据加筋预成型体的高度确定，当加筋预成型体的高度≤50mm时，在橡胶的中间位置放置1条刚性加强层；当加筋预成型体的高度＞50mm时，在橡胶的上下位置放置2条刚性加强层；刚性加强层的材质为下述材质之一：

(1)金属材料或玻璃钢薄板，厚度σ1为：1.0mm≤σ1≤3mm；

(2)浸胶玻璃纤维布或碳纤维布，厚度σ2为：0.5mm≤σ2≤1.0mm。

所述加强层距橡胶表层的距离L为：0mm≤L≤1.5mm；加强层的材质为浸胶玻璃纤维布或碳纤维布，厚度σ3为：0mm≤σ3≤0.5mm。

本发明具有的优点和有益效果：