[发明专利]碳纤维复合材料非圆截面空心盒型构件的制造方法

说明书

 

技术领域               

本发明涉及一种碳纤维复合材料非圆截面空心复杂外形盒型件的制造方法，特别是碳纤维复合材料矩形截面或异型截面空心盒型轻体构件的制造方法。

背景技术

复合材料的加工通常采用热固性复合材料的传统工艺方法。为了进一步提高效率，低成本制造技术，近期又发展了一系列采用三维预成型体/液体成型方法(LCM)和树脂膜熔融浸渍(RFI)工艺；RFI工艺通过加热使树脂膜熔融浸渍预成形件, 最终固化获得复合材料构件。但沿构件轴线变化的圆形、矩形截面或异型截面空心轻体构件，异型管件和非圆截面空心框架、框梁和复杂管件等复合材料的加工工艺是工艺周期长、制造成本高、相对复杂的工艺。通常是用树脂转移法工艺，即把未固化的树脂在低粘度情况下注入放在模型中的增强预成模型体中，这种增强型反应注射成型以及连续缠绕与拉挤等成型技术还在在研究与推广应用之中。

真空袋-热压罐法制造复合材料零件的基本方法是阳模成型和阴模成型。阳模成型法是在凸形模具上铺叠, 铺叠完成后封装真空袋, 在热压罐内加热加压，完成零件的固化, 这种方法适用于外形是非控制面、不封闭的结构，铺叠过程容易实施的结构件。阴模成型是在凸形模完成铺叠后, 取下未固化的零件坯料到凹形模上完成固化。或者直接在凹形模具上铺叠并完成固化, 这种成型方法适用于有精确外形要求, 有气动要求的蒙皮、面板、整流罩等零件。阴模成型的零件，内形不受控制, 但直接在凹模上铺叠很困难, 在凸形模上铺叠后取下到凹形模固化，比较费工费时，成本高。因此，上述现有技术简单的阳模成型和阴模成型法都不能制造封闭式的非圆截面空心框架、框梁异形复杂管件。因为阳模成型法固化后将会产生纤维材料堆积，在外表面形成大量的凹凸不平现象, 不仅影响零件的外形，而且无法满足零件的胶接配合要求。同时, 阳模成型固化后零件脱模极为困难, 部分条件下甚至无法脱模。另外, 单纯的阴模成型法无法进行零件的铺叠, 即使零件结构的开敞性好且能进行铺叠, 但有楞角和内形质量要求的部位却很难得到保证。因此单纯意义上的阳模成型或阴模成型法都不适合于有精密尺寸要求的变截面矩形管形构件的加工成形。

虽然部分管形零件可以采用气囊式加压固化, 这对于圆管式零件来说是可行的, 但气囊式加压对有楞角部位的矩形管零件来说，就有很难施加和抵达到与平板部位相同固化压力的缺陷。

目前带有弯曲和扭转复杂型面、变截面的矩形管碳纤维复合材料构件制造方法尚未见有相关报道。

发明内容

本发明的目的是提供一种既能够达到设备投资小、模具制造简单而廉、生产能耗低，周期短、又能满足带有弯曲和扭转复杂型面和变截面的矩形管件形状尺寸精度要求的制造方法。 

本发明的目的可以通过以下措施来达到。一种碳纤维复合材料非圆截面空心盒型构件的制造方法，包括如下步骤：

1） 制备一个阴模外形成型模，用于零件的固化过程； 

一个阴模内形成型模（钢制模具）；

一个用于制造铺叠用的阳模（玻璃钢材料）和固化用的软模（橡胶材料）；

上述两套模具由上下两模块和连接件、紧固件、密封件组成，且在配合良好的模块间不设密封件；

2） 在阳模上完成复合材料铺叠，使铺叠坯料致密；

3） 在零件内腔中铺设内真空袋, 在模具外设置包装真空袋, 在零件的内腔和模具的外面封装组成内外组合的真空袋系统, 方管状的内真空袋放置在盒形产品的内腔，尺寸更大的方管状的外真空袋放置在盒形产品的外表面, 在管状产品的丙端采用密封腻子将内外真空袋粘结密封成整体，这样零件就被包在内外真空袋形成的空腔内。对内外真空袋施加真空，将压力直接传递到零件上，使零件坯料贴合到模具的型腔, 同时将零件压合致密；

4） 施加固化压力：

4.1）中温预压，固化压力的大小和施加温度点通过计算确定和实验确定，并在碳纤维复合材料固化压力规范规定的压力基础上加大30％~50％

4.2）固化压力的施加温度点, 宜在碳纤维复合材料料规范规定的温度点下移30℃~50℃

4.3）其它固化条件参照具体的碳纤维复合材料规范要求选取；

4.4）固化压力的施加通过真空袋-热压罐完成；

5）组装，将经过预压后的铺叠坯料从铺叠阳模取下, 放置在成型用的阴模中, 组装成封闭的真空袋系统，将软模放置在零件的内腔中；

6） 固化脱模