[发明专利]适于大型复合材料结构件用的轻质高强阳模制造方法及应用

说明书

本发明涉及一种适于大型复合材料结构件用的轻质高强阳模制造方法及应用，属于复合材料及骨架填充制作阳模领域，本发明提出一种轻质高强阳模制造技术，是使用聚氨酯发泡和可溶性芯模并用的方法，将聚氨酯泡沫包裹在可溶性芯模中，能够明显降低可溶性芯模的密度，避免可溶性芯模的重量过大，在加工时和骨架发生滑移的现象，溶解后能够快速抽出泡沫，大大减少了拆除的时间和风险。同时表面由可溶性芯模制成，强度较高，成型过程中不易发生形变。因此轻质高强阳模制造技术是一种高效、环保的骨架填充方法和阳模制造技术，能够为复合材料成型提供更加优异的阳模制作解决方案。

技术领域

本发明属于复合材料及骨架填充制作阳模技术领域，具体地，涉及一种适于大型复合材料结构件用的轻质高强阳模制造方法及应用。

背景技术

纤维增强树脂基复合材料是一种高性能的材料，被广泛应用于船舶、航空等各个工业领域。船舶用复合材料结构尺寸大，载荷复杂，为了保证复合材料结构在长期的海洋环境下的可靠性，船舶用大尺度复合材料结构一般采用“钢骨架+复合材料蒙皮”的结构形式，从而提高结构的整体刚度和强度。为保证复合材料和骨架的结构一体性，需要依托骨架成型复合材料蒙皮。在骨架上成型复合材料的过程中，需要在钢骨架的基础上成型阳模，因此需要使用填充物对骨架镂空区域进行填充，随后对填充物进行加工成为阳模，然后在阳模上进行复合材料成型，在完成复合材料成型后并对发泡的聚氨酯进行拆除。目前对骨架填充材料主要包括可溶性芯模和聚氨酯泡沫两种，泡沫的优点是质量较轻，填充方便，但同时存在强度较低，当受到压力较大时会发生形变，造成表面线型误差较大，泡沫拆除工作在密集的骨架中进行时，拆除难度大、工期长、容易对复合材料和骨架造成损伤。可溶性芯模填充钢骨架则对骨架要求较高，填充料在固化前都需使用模具固定，以免可溶性芯模在烘干成型的过程中发生倒塌、掉落等问题，同时加工过程中因为可溶性芯模自重较大，在翻转过程中容易滑移，因此虽然其强度高、烘干后不易形变、拆除简单，但因为成型难度较高可溶性芯模在复合材料+钢骨架结构应用中也一直难以推广。

在骨架填充阳模制作复合材料方面，填充物的压缩强度，填充效果和拆除效果都是至关重要的因素，目前常用的方法有可溶性芯模法和泡沫发泡填充法。专利申请号CN109723924 A中公开一种用于船舶的碳纤维弯头，包括弯头管身和设在弯头管身两端口内的螺纹套，螺纹套采用聚四氟乙烯制成，弯头管身由树脂基体固化制成。使用可溶性芯模填充在模具中，并预先加入聚四氟乙烯螺纹套，经过注射后效果良好，并能够回收冲洗出的可溶性芯模原料。专利申请号CN 106853694 A涉及一种基于水溶性型芯的SQRTM成型工艺碳纤维格栅的制备方法，该方法首先是以可溶性材料来制备格栅的型芯，在其上面进行碳纤维预浸料铺贴，采用SQRTM成型工艺进行制件固化，后期通过一定压力的自来水将其水溶性芯模溶解，脱模得到格栅制件。该方法解决了格栅高曲率复杂制件的脱模问题，采用的SQRTM工艺，结合了预浸料工艺和液体RTM成型技术，有效的降低了制造成本，制备出净成型制件的同时也保证了制件的高性能要求。为复合材料航空复杂曲率的零部件提供了可行解决方案。但这些方法比较适合于小型制件，在骨架+复合材料体系等大型复合材料结构件成型中可溶性芯模填充后，因厚度过大难以烘干，生产效率较低，因此本专利提出了一种轻质高强阳模制造技术。

发明内容

为解决复合材料+钢骨架结构成型过程中填充时的问题，本发明提出了一种轻质高强阳模制造技术，是使用聚氨酯发泡和可溶性芯模并用的方法，将聚氨酯泡沫包裹在可溶性芯模中，能够明显降低可溶性芯模的密度，避免可溶性芯模的重量过大，在加工时和骨架发生滑移的现象，溶解后能够快速抽出泡沫，大大减少了拆除的时间和风险。同时表面由可溶性芯模制成，强度较高，成型过程中不易发生形变。因此轻质高强阳模制造技术是一种高效、环保的骨架填充方法和阳模制造技术，能够为复合材料成型提供更加优异的阳模制作解决方案。

为了实现上述目的，本发明采用的具体方案如下：

适于大型复合材料结构件用的轻质高强阳模制造方法，包括如下步骤：

步骤一、分别制备质量分数为5%~20%的聚乙烯醇水溶液和质量分数为20%~40%的聚乙烯吡咯烷酮水溶液；