[发明专利]一种碳纤维复合材料矩形加筋管件的成型方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种碳纤维复合材料矩形加筋管件的成型方法，属于碳纤维增强树脂基复合材料结构成型技术领域。

背景技术

碳纤维增强树脂基复合材料杆、管结构是组成复合材料构件的一种典型单元，是航空、航天器结构中常用的结构组件，大型卫星天线支架等大多采用碳纤维增强树脂基复合材料管件。

碳纤维增强树脂基复合材料管材成型一般采用纤维缠绕、预浸料铺层、拉挤成型、热缩成型等工艺，根据树脂基复合材料成型原理，碳纤维增强树脂基复合材料方管成型过程的加压有两种形式，一种为外加压的方式，另一种为内加压方式。采用外加压方式的复合材料方管外形无圆角，模具设计比较简单。采用内加压方式的复合材料方管外形尺寸精度较高，有圆角；内加压比较典型的方式为热膨胀软模加压和充气气囊加压。

热膨胀软模加压是以热膨胀系数较大的弹性材料为芯模，而以热膨胀系数较低的刚性材料为阴模，利用弹性材料热膨胀产生的压力对复合材料产品实现加热加压固化成型。在使用热膨胀模塑成型法制备碳纤维增强树脂基复合材料矩形加筋管件时存在以下缺点：（1）铺层操作困难；（2）成型压力不易控制；（3）产品壁厚不均匀，加强筋扭曲变形；（4）产品内部缺陷较多。

充气气囊加压与热膨胀软模加压的区别在于，充气气囊加压法是在芯模周围包裹气囊，将气囊与外界压力源连接，利用外界压力源进行充气加压，在使用充气气囊内加压法制备碳纤维增强树脂基复合材料矩形加筋管件时存在以下缺点：（1）操作过程复杂，脱模困难；（2）产品内腔精度差，加强筋扭曲变形。

发明内容

本发明的目的是为了提出一种碳纤维复合材料矩形加筋管件的成型方法，该方法制备的碳纤维复合材料矩形加筋管件无损探伤符合GJB2895-A级要求，形位尺寸公差满足要求。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

本发明采用外加压-热压罐成型技术制备碳纤维增强树脂基复合材料矩形加筋管件。在封装好的热压罐系统内有高温高压气体，随着温度的升高，高压气体将压力传递到产品成型外模上，通过外膜的运动进而对产品施加稳定压力，产品内的树脂基体在高温高压作用下发生化学反应，最后固化成型。

本发明的一种碳纤维复合材料矩形加筋管件的成型方法，待成型的矩形加筋管件的横截面为“日”字形结构；中间的一条筋将该矩形管件的内腔分为两个矩形空腔，即左侧空腔和右侧空腔；左侧空腔和右侧空腔均贯通于管件长度方向；

该成型方法的步骤为：

1）制备缠绕芯模：缠绕芯模包括连接件、两件芯模、定位销A、螺钉和螺栓；芯模的形状与左侧空腔或右侧空腔形状一致；

2）制备成型外模：成型外模包括底座、两件侧板、盖板、定位销B、定位销C和吊环螺钉；

底座、两件侧板、盖板围成的空腔与待成型的矩形加筋管件的外形尺寸一致；盖板上带有U型定位槽，两件侧板和底座上有定位销孔；

3）将步骤1）中的其中的一件芯模固定在缠绕设备上，在该芯模的表面缠绕碳纤维预浸料丝束，缠绕厚度为待成型的矩形加筋管件壁厚的1/2，缠绕完成后将该芯模连同缠绕层一起从缠绕设备上取下；

将步骤1）中的另一件芯模固定在缠绕设备上，在该芯模的表面缠绕碳纤维预浸料丝束，缠绕厚度为待成型的矩形加筋管件壁厚的1/2，缠绕完成后将该芯模连同缠绕层一起从缠绕设备上取下；

在两件芯模都缠绕完成后，在每件缠绕层的表面依次铺放带孔隔离膜、吸胶纸、透气氟布及透气毡；铺放完成后将两件芯模分别使用真空袋膜和密封胶条封装，然后放入热压罐内进行吸胶预压；吸胶预压温度为65-85℃，吸胶预压压力为0.2-0.35MPa；吸胶预压的时间为15-30min；

吸胶完成后，泄压、降温至室温后，脱除真空袋膜、透气毡、透气氟布、吸胶纸、带孔隔离膜，得到两件预压后的层合体；

4）使用连接件、定位销A、螺钉和螺栓将两件预压后的层合体装配在一起，形成缠绕组合模，将缠绕组合模安装在缠绕设备上，在缠绕组合模的表面缠绕碳纤维预浸料丝束，缠绕厚度为待成型的矩形加筋管件壁厚的1/2，将缠绕组合体从缠绕设备上拆下；

5）将步骤4）得到的缠绕组合体安装在OPP带缠绕设备上，设定OPP带的缠绕预紧力为30-50N，缠绕螺距为2-4mm，然后将OPP带缠绕在缠绕组合体上，最后使用胶带紧固，将缠绕体从OPP带缠绕设备上拆下；

6）将步骤5）得到的缠绕体居中放置在成型外模底座上，拆除缠绕体上的连接件、螺钉和螺栓；