[发明专利]一种控制曲面金属蜂窝复合材料固化变形的成型方法

说明书

本发明公开了一种控制曲面金属蜂窝复合材料固化变形的成型方法，包括以下步骤：(1)将曲面金属蜂窝复合材料的原材料放置在成型模具上，在成型模具上封装真空袋并抽真空；(2)将成型模具送入热压罐中，对模具加压，以0.5‑2.0℃/min升温至140‑159℃，以0.3‑1.5℃/min升温至160‑174℃，以0.05‑0.5℃/min升温至175‑200℃，恒温1.5‑3.5h；(3)以0.05‑0.5℃/min至160‑174℃，以0.5‑1.5℃/min降温至140‑159℃，以0.5‑2.0℃/min降温至60℃以下，出罐；(4)将成型模具在室温下静置12h以上，脱模得到曲面金属蜂窝复合材料。本发明通过控制成型过程的固化工艺，精确控制复合材料成型后的尺寸，提高了复合材料构件的合格率。

技术领域

本发明涉及复合材料制造技术领域，特别涉及一种控制曲面金属蜂窝复合材料固化变形的成型方法。

背景技术

蜂窝复合材料是由蜂窝芯材与表面材料粘接而成具有夹层结构的复合材料，因其在使用方面具有很好的性能，其具有比较好的强度，可设计性强，被广泛用于航空航天飞行器结构中作为主、次承力结构件。目前，以铝蜂窝芯材料为中间夹层的蜂窝复合材料是应用最广泛的。本发明涉及到一种曲面金属蜂窝复合材料的制备，复合材料由原材料下蒙皮、铝蜂窝芯、上蒙皮以及层间的胶膜通过共胶接固化而成，该复合材料是曲面的，在成型过程中采用具有与复合材料匹配的成型面的模具，在模具上设置有对原材料进行定位和限位的挡板，挡板和成型面形成空腔，将下蒙皮、铝蜂窝芯、上蒙皮和胶膜放置在空腔内，然后热压固化成型。

目前成型后的复合材料存在的问题是在室温下的自由形状与设计形状有一定程度的不一致，体现在曲面复合材料向曲面中心发生回弹，即发生了固化变形；导致固化变形的原因是制备复合材料在热压成型及冷却过程后，由于材料的热胀效应、化学收缩效应加上材料和模具的热膨胀系数不匹配的原因，为了满足内部变形条件和受力平衡的条件，复合材料构件内部会产生应力和收缩应力；固化完成后，温度下降，材料内部的一部分应力得到释放，另一部分存在于材料的内部以残余应力的方式存在。当脱模之后，在没有外力作用下残余应力使复合材料发生固化变形。过高的残余应力会引起复合材料构件层间分层，影响复合材料的使用性能和寿命，过大的固化变形会给复合材料的组装带来挑战，虽然发生固化成型后的复合材料可以在机械外力下调整至理论尺寸进行安装使用，但修复比较困难，容易装配失败、材料报废。

为了减少固化带来的变形，采用的方法是对成型工艺进行控制或重新设计模具。重新设计模具包括模具材料的选择和调整模具的尺寸，模具材料的选择是需要选择一种与复合材料的热膨胀系数接近的材料来制作模具，需要不断的实验；调整模具的尺寸对制备复合材料的模具进行设计，使所制备复合材料固化变形后与设计尺寸接近，因为不同环境、不同时期生产的复合材料的回弹变形量会不同，导致尺寸稳定性不高；采用重新设计模具的方法来控制固化变形，成本高、效率低下，且无法精确控制复合材料成型后的尺寸，并没有从源头上解决复合材料变形问题，不利于工业化生产。

发明内容

本发明的目的在于克服所存在的上述不足，提供一种控制曲面金属蜂窝复合材料固化变形的成型方法，通过控制成型过程的固化工艺，精确控制复合材料成型后的尺寸，提高了复合材料构件的合格率。

为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：

一种控制曲面金属蜂窝复合材料固化变形的成型方法，包括以下步骤：

(1)将曲面金属蜂窝复合材料的原材料放置在成型模具上，在所述成型模具上封装真空袋并抽真空；

(2)将所述成型模具送入热压罐中，对模具加压，以0.5-2.0℃/min的第一升温速率升温至140-159℃，以0.3-1.5℃/min的第二升温速率升温至160-174℃，以0.05-0.5℃/min的第三升温速率升温至175-200℃，恒温1.5-3.5h；