[发明专利]一种复合材料角条结构件的成型工装及制备方法

说明书

本发明提供了一种复合材料角条结构件的成型工装及制备方法；将碳纤维树脂预浸料铺设于芯模上，再合上活动外模，模具组装完成后整体进行加热，通过加压热固化成型得到复合材料角条结构件；所述芯模上方设有角形凸起部，活动外模的下方具有与角形凸起部形状相适配的凹部；活动外模的上方设有热膨胀硅橡胶，通过热膨胀硅橡胶升温膨胀提供复合材料成型所需压力。与现有技术相比，本发明的模具与复合材料的接触面为角形，可直接成型角条结构件，不需要对成品进行再切割，所以所得制品的表明平整，尺寸精度较高；而且该发明采用的在烘箱中利用热膨胀硅橡胶对产品加压的方法，节约能耗的同时可以进行长度较长的角条结构件的成型，适于工程应用。

技术领域

本发明涉及复合材料结构件的成型技术领域，具体涉及一种复合材料角条结构件的成型工装及制备方法。

背景技术

基于碳纤维树脂基复合材料角条结构件的轻量化和可设计性，且能承受高载荷和强震动，已经发展为各种航天设备中的重要承力结构件之一。然而，由于该构件的长度较长，并且形状比较特殊，目前多采用热压罐成型或模压成型的方法，先成型为U型结构件或口字形结构件，再切割成角形结构件的方法。这种方法的问题是，首先，在切割结构件时，由于结构件较长、应力释放不均匀，造成结构件表面不平整，影响应用；其次，无法进行单独一根结构件的成型，造成浪费；最后，热压罐成型方法的成本较高，而模压成型工艺对结构件的长度有较多限制。

通过对现有专利文献的检索发现，CN101890807A公开了一种利用硅橡胶热膨胀加压成型复合材料零件的方法；通过热压罐、固化炉的升温，硅橡胶的膨胀加压实现复合材料产品的成型固化。然而，该专利中的方案要求硅橡胶与复合材料零件表面直接接触，为直接接触产品提供成型压力，属于常规用途，产品表面成型质量较差，影响后续产品使用，不适用于压制复合材料角条结构件。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种复合材料角条结构件的成型工装及制备方法；该方法包括：复合材料角条结构件模具的设计和成型方法的改变。其特点是其模具与复合材料的接触面为角形，可直接成型角条结构件，不需要对成品进行再切割，所以所得制品的表明平整，尺寸精度较高。而且该发明采用的在烘箱中利用热膨胀硅橡胶对产品加压的方法，节约能耗的同时可以进行长度较长的角条结构件的成型，适于工程应用。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

本发明涉及一种复合材料角条结构件的成型制备方法，将碳纤维树脂预浸料铺设于模具内的芯模上，再合上活动外模，模具组装完成后整体进行加热，通过加压热固化成型得到复合材料角条结构件；所述芯模上方设有角形凸起部，所述活动外模的下方具有与所述角形凸起部形状相适配的凹部；所述活动外模的上方设有热膨胀硅橡胶，通过热膨胀硅橡胶升温膨胀驱动活动外摸挤压复合材料提供成型所需压力。

作为本发明的一个技术方案，所述热膨胀硅橡胶的体膨胀量为0.07％/℃～0.1％/℃，体弹性模量为220MPa～350MPa。本发明中涉及的复合材料角条，在碳纤维树脂预浸料铺层时，由于预浸料层间未压实，铺层结束后的产品厚度偏厚，需在热膨胀硅橡胶提供的成型压力下压至理论厚度，其厚度变化约在30％左右，尺寸变化部分需通过硅橡胶膨胀进行填充。为了保证热膨胀硅橡胶可提供足够的成型压力，且不影响产品厚度偏厚时的装模，在现有的固化温度区间内，要求硅橡胶满足上述性能参数。

作为本发明的一个技术方案，所述活动外模厚度最薄处要求≥30mm。

作为本发明的一个技术方案，所述方法包括如下步骤：

S1、将芯模水平放置，将碳纤维树脂预浸料铺设于芯模上方，将活动外模放置于碳纤维树脂预浸料上方；

S2、在芯模的左侧固定左侧外模，在芯模的右侧固定右侧外模；

S3、将热膨胀硅橡胶放置在活动外模上方，将上外模放置在热膨胀硅橡胶上方，并将上外模分别固定在左侧外模、右侧外模的上方，模具组装完成；