[发明专利]复合材料筒体构件局部蜂窝夹层结构的成型方法

说明书

本发明提出的一种复合材料筒体构件局部蜂窝夹层结构的成型方法，简单方便，高效，质量稳定可靠，以解决了目前复合材料筒体构件局部蜂窝夹层成型过程工艺复杂、成型质量不高等问题。本发明通过以下步骤来实现：在金属阴模进行外蒙皮铺层铺覆，再激光投影定位装置辅助铺覆除蜂窝夹层区域的实心部分铺层，铺叠成复合材料筒体外蒙皮及实心部分固化前毛坯；再将厚度比蜂窝芯高度高1mm的硅橡胶软模放入铺叠形成的凹坑作为成型的压力垫；再按正常的工艺进行后续的真空袋‑热压罐成型；加热加压固化后取出硅橡胶软模得到复合材料筒体外蒙皮及实心部分固化毛坯；在硅橡胶预置形成的凹坑处放置蜂窝芯，将蜂窝芯与内外蒙皮胶接一体化成型得到复合材料筒体。

技术领域

本发明涉及一种针对复合材料筒体构件局部蜂窝夹层结构的成型方法。

背景技术

在现有技术中，复合材料蜂窝夹层结构是经常采用的一种结构形式，通常由两层或多层蒙皮(也称为面板)之间夹以一层轻质夹芯并采用胶粘剂在一定温度和压力下复合成一整体的刚性结构。它能够大幅度降低结构的重量，提高弯曲刚度，改善隔音性能、透波性能及隔热性能等。在某些时候，在满足强度的情况下,为了减重或透波等特殊要求，在复合材料实心构件上进行局部蜂窝夹层设计。

在复合材料成型过程中，需要施加成型压力。成型压力的主要目的：①克服挥发物质产生的蒸汽压。在热压过程中由于温度的升高会产生挥发物质，这些挥发物质如果没有受到压力的作用，将会在碳纤维复合材料或者玻璃纤维复合材料中形成大量气泡以及微孔，这样会导致碳纤维复合材料或者玻璃纤维复合材料质量下降。②利用压力的作用使树脂具有一定流动性能。能够使预浸料层间粘接更加的紧密，并使碳纤维布或者玻璃纤维布产生压缩。④由于压力的存在能够有效阻止层合板材冷却时出现变形现象。

根据蒙皮与蜂窝夹层结构成型的步骤,蜂窝夹层结构目前常见的成型方法主要包括二次固化法和共固化法。二次固化法是指:预先完成蒙皮的固化成型,再进行整个夹层结构的固化成型。共固化法是指:蒙皮和整个夹层结构的固化成型同步进行。

共固化工艺制造蜂窝夹层结构时，由于受蜂窝芯材的限制，固化成型压力低，存在通过蜂窝传递压力时蒙皮受压严重不匀的固有问题，这会直接导致固化后蒙皮内的纤维屈曲及上下蒙皮受力不均而出现大面积的孔隙密集，对预浸料层间粘接造成不利影响，使蒙皮的力学性能降低，严重时造成制件的报废。特别对于局部蜂窝夹层结构的复合材料构件，由于其非蜂窝夹层结构区域为实心复合材料，由于受蜂窝芯材的限制，固化成型压力低，与蜂窝芯材高度一致的实心复合材料成型质量极差，成型后构件孔隙率极高，故不宜采用共固化工艺制造。

局部蜂窝夹层结构的复合材料构件成型从简化工艺、提高产品可靠性的角度来讲,往往采用二次固化法。采用二次固化法保证蒙皮及实心部分成型时得到足够的成型压力。要保证蜂窝芯侧面与实心部分较好的粘接强度，要求实心部分与蒙皮成型后截面为“﹂”，就必须在成型非蜂窝夹层区域的实心结构时设置辅助模具，否则非蜂窝夹层区域的实心结构边缘在成型时由于成型压力作用下变成“◣”。对于复合材料筒体构件，一般采用阴模保证外部尺寸公差和外观光洁度，在局部蜂窝夹层部位设置金属模具，其脱模机构和定位机构很复杂，带来加工成本高。同时传统的辅助工装材料选用金属铝,但金属铝在使用过程中容易变形,与模具的敷贴性不好,成形后的制件在层压件部位容易形成气泡。

采用金属模具存在脱模机构和定位机构复杂，加工成本高等缺点，成型时受热变形可能引起蒙皮部位厚度不均匀，导致构件报废。为了减小上述缺陷和降低成本，需要解决复合材料筒体构件局部蜂窝夹层的成型工艺技术问题。

发明内容

本发明针对上述现有技术存在的问题，提供一种简单方便，高效，质量稳定可靠，能够解决复合材料筒体构件局部蜂窝夹层成型质量的橡胶软模辅助成型方法，以解决目前复合材料筒体构件局部蜂窝夹层成型模具复杂，成本高，成型质量不受控的问题。