[发明专利]大尺寸碳纤维板式制件一体化成型制备工艺

说明书

本发明提供一种大尺寸碳纤维板式制件一体化成型制备工艺，属于碳纤维板式一体化工艺领域。该方法是将大尺寸碳纤维板式制件分成几个小尺寸的铺放区先进行分组铺放区预压，保证每个分组铺放区内预浸料预压密实，再进行整体分区摆放，整体蒙皮铺放，合模，通过分区预压实现预浸料密实，整体合模时只需保证蒙皮及各分区块制件预浸料密实即可，降低了工艺难度。本发明的碳纤维制备工艺可行，能够实现大尺寸碳纤维板式制件一体化成型，保证了碳纤维板式制件高刚度及高稳定性，推动了碳纤维制件在航空航天领域的应用。

技术领域

本发明属于碳纤维板式一体化工艺领域，具体涉及一种大尺寸碳纤维板式制件一体化成型制备工艺。

背景技术

随着空间遥感器向着大口径、长焦距方向发展，采用传统金属材料的空间相机支撑结构已经不能实现在有限重量约束下保证其承载的各光学元件间相对位置的高稳定性要求，因此碳纤维复合材料是一种在空间遥感技术领域具有良好应用前景的新型航天材料。与传统材料相比，碳纤维复合材料具有密度小、比强度和比模量高、性能可设计、抗疲劳及抗振特性好、抗高温和抗破损性能好、易于加工等优点。

目前对于碳纤维板式制件常用的工艺方案有两种，一是板壳件通过胶螺拼接，工艺简单，但对于大尺寸板式制件装配应力较大，适用于稳定性要求不高的结构件；二是碳纤维板式制件一体化成型，目前常用工艺为预浸料金属对模加压工艺，对于小尺寸结构件工艺较成熟，但对于大尺寸碳纤维板框件存在固化压力不充足，易造成分层、孔隙率大等缺陷。

大尺寸碳纤维板式制件常用的工艺方案为金属对模、机械加压的工艺，其制备流程如图1所示。按照工艺要求制作并裁好预浸料，按照设计好的铺层角度和铺层顺序，逐层铺放至可溶芯模表面，根据产品几何特征，进行铺放好预浸料的可溶芯模与金属模具堆叠，并进行加压，在保持压力状态下对模具进行加热固化。从成本及简化工艺角度，大尺寸碳纤维板式制件常用机械加压进行合模，其原理为从模型外表面施加压力，压力通过模具及可溶芯模向制件中心传递，将铺好的预浸料压密实，碳纤维板式制件侧面机械加压见图3所示。在实际生产过程中，由于可溶芯模不是刚体，压力由外向内是逐渐减小的，到一定距离后，压力消失，如图3中心虚线所示区域，因此该区域碳纤维极易出现分层、弥散、孔隙率大等缺陷，导致该制件为不合格品。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中的大尺寸碳纤维板框件固化压力不充足问题，而提供一种大尺寸碳纤维板式制件一体化成型制备工艺，通过该工艺能够实现大尺寸碳纤维板式制件一体化成型，实现其高刚度及高稳定性。

本发明提供一种大尺寸碳纤维板式制件一体化成型制备工艺，包括：

步骤一：将大尺寸碳纤维板式结构件分为若干个分组铺放区；

步骤二：将裁切好的可溶芯模预浸料按照设计好的铺层角度及铺层顺序逐层堆叠到可溶芯模内并完成所有可溶芯模预浸料铺放；

步骤三：将铺放完可溶芯模预浸料的可溶芯模分区摆放；

步骤四：将其中一组铺放区进行预压，具体为：铺放好预浸料的可溶芯模与分区预压工装下板堆叠，并在四周安装4个分区预压工装衬板，然后在衬板外侧安装4个分区预压工装侧板，并用紧固螺钉连接；安装预压螺钉，调整4个分区预压工装侧板与4个分区预压工装衬板之间的间隔，并用紧固螺钉将分区预压工装侧板与分区预压工装下板紧固；安装分区预压工装上板，并用紧固螺钉将其与分区预压工装侧板固连，通过调整预压螺钉，完成对其中一组铺放区的预压，预压完成后拆除所有工装，根据上述流程，完成所有分组铺放区的预压；

步骤五：将完成预压的所有分组铺放区依次堆叠至整体预压工装下板，并铺放整体蒙皮，整体蒙铺放完毕后，安装衬板、整体预压工装侧板及预压螺钉，通过预压螺钉调整安装衬板与整体预压工装侧板之间间隔，调整完毕后，通过紧固螺钉将整体预压工装侧板与整体预压工装下板固连，安装整体预压工装上板，并通过紧固螺钉将其与整体预压工装侧板固连，通过调整预压螺钉，完成整体预压、冷合模及热合模；