[发明专利]一种碳纤维复合材料盒状加筋结构的成型方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种碳纤维复合材料盒状加筋结构的成型方法，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

树脂基复合材料成型工艺包括接触低压成型工艺、拉挤成型工艺、模压成型工艺、缠绕成型工艺、铺放成型工艺、RTM成型工艺等。接触低压成型工艺适用于高模量碳纤维增强树脂基复合材料结构的成型；接触低压成型工艺的过程是，先将材料在阴模、阳模或对模上制成设计形状，通过加热或常温固化，脱模后再经过辅助加工获得制品。

复合材料工艺的关键是在满足制品形状，尺寸及表面质量的前提下，使增强材料能按预定方向均匀铺设，并尽量减少其性能下降，使基体材料充分完成固化反应，通过界面与增强材料良好结合，排出挥发的气体，减少制品的孔隙率。

热膨胀模塑成型法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封闭阴模，在加热系统中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盒状加筋结构时存在以下缺点：（1）成型压力不易控制。（2）产品壁厚较薄，加强筋扭曲变形。（3）产品内部缺陷较多。

发明内容

本发明的目的是为了提出一种碳纤维复合材料盒状加筋结构的成型方法，该方法制备的碳纤维复合材料盒状加筋结构无损探伤符合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。

本发明采用热膨胀软模-热压罐成型方法制备碳纤维增强树脂基复合材料盒状加筋结构；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模具和热膨胀软模上，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盒状加筋结构的成型方法，待成型的盒状加筋结构的横截面为直角梯形；中间的一条筋将该盒状加筋结构的内腔分为两个梯形空腔，即左侧空腔和右侧空腔；左侧空腔和右侧空腔均为由口向里逐渐变大的梯形结构；

该成型方法的步骤为：

1）制备铺层阳模：铺层阳模包括阳模A、阳模B、阳模C、阳模D和底座；阳模A和阳模B紧挨一起组成左侧阳模；左侧阳模的形状与左侧空腔形状一致；

阳模C和阳模D紧挨一起组成右侧阳模，右侧阳模的形状与右侧空腔形状一致；

阳模A、阳模B、阳模C和阳模D组成的外形尺寸与待成型的盒状加筋结构的内腔尺寸一致；

2）制备成型阴模：成型阴模包括左侧板、下侧板、定位板、上侧板、右侧板、定位销和螺钉；下侧板上带有U型槽；

左侧板、下侧板、上侧板和右侧板围成的空腔与待成型的盒状加筋结构的外形尺寸一致；下侧板和上侧板上分别有一个导向槽；

3）制备碳纤维单向无纬布预浸料，碳纤维单向无纬布预浸料的胶质量含量为35%-45%；制备热膨胀橡胶软模；

4）将步骤1）制备的左侧阳模固定在底座上，在左侧阳模的表面铺叠步骤3）制备的碳纤维预浸料，铺叠厚度为待成型的盒状加筋结构厚度的1/2，铺叠完成后将左侧阳模连同铺层一起从底座上取下；

将步骤1）制备的右侧阳模固定在底座上，在右侧阳模的表面铺叠步骤3）制备的碳纤维预浸料，铺叠厚度为待成型的盒状加筋结构厚度的1/2；

将左侧阳模紧贴右侧阳模再次安装在底座上，形成铺层阳模，在铺层阳模的表面铺叠步骤3）制备的碳纤维预浸料，铺叠厚度为待成型的盒状加筋结构厚度的1/2；

铺层完成后，在铺层的表面依次铺放带孔隔离膜、吸胶纸、透气氟布及透气毡；铺放完成后整体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；

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，最后将铺层阳模进行脱除，得到层合体；

5）在步骤4）得到的层合体放在下侧板的U型槽中，在上侧板、左侧板和右侧板上分别安装定位销，然后将上侧板、左侧板和右侧板通过各自的定位销定位在下侧板上，使得左侧板、下侧板、上侧板和右侧板围成的腔体与层合体的外表面贴合；最后用螺钉进行紧固；

将定位板安装在下侧板和上侧板的导向槽中，定位板可以在下侧板和上侧板的导向槽中滑动；

6）将步骤3）制备的热膨胀橡胶软模分为四个部分，装入层合体内腔中，得到组合体；热膨胀橡胶软模的四个部分分别与铺层阳模的四个部分一一对应；