[发明专利]一种纤维-金属超混杂槽型构件的成形工艺及质检方法

说明书

一种纤维‑金属超混杂槽型构件的成形工艺及质检方法，涉及复合材料板材成形技术领域。采用组合模具与钢制阴模、硅胶气囊软模共同组成固化工装系统，将气囊软模成形工艺与刚性模成形工艺相结合应用于纤维金属超混杂槽型构件的成形中，采用先刚性模预成形、后气囊软模加压固化成形的方式，充分发挥刚性模成形与气囊软模成形的优势，克服了单一刚性模成形超混杂槽型构件时，翼缘部分压力不均、转角部分压力不足的问题，改善了超混杂槽型构件成形后的尺寸精度，提升了层间界面的结合强度，同时降低了纤维层内因成形压力不均造成的空洞、孔隙等缺陷。

技术领域

本发明涉及复合材料板材成形技术领域，具体涉及纤维-金属超混杂槽型构件的气囊辅助热压成形模具与成形方法。

背景技术

网架、网壳、管桁架等空间结构因其结构体系受力合理、造型优美，在交通枢纽、体育场馆顶部屋盖、海洋平台支承结构、大型仓储设施、军、民用机库等具有重要政治与经济性意义的标志性建筑中得到应用。大体量、大跨度一直是空间结构的重要发展方向，采用轻质高强材料制造空间结构主承力构件也是实现这一目标的关键途径之一。随着大跨空间结构的工程应用日益增加，恐怖袭击、意外事故、施工坠物、风致飞射物、自然灾害等冲击偶然荷载造成的影响逐渐凸显，抗灾防御能力的需求已成为结构工程领域的重要挑战。

纤维金属层板（Fiber Metal Laminates，FMLs）是将FRP与金属材料交替铺层得到的层间混杂复合材料，也称为超混杂层板（Super Hybrid Laminates）。该种材料综合了纤维增强复合材料与金属的优点，具有高的比强度和比刚度，优良的疲劳性能与抗冲击性能，在提升大跨空间结构承载与防护性能方面具有显著应用潜力。在纤维金属层板受到动态冲击作用时，金属的塑性变形与纤维增强复合材料的变形和断裂能够通过层间界面产生交互作用，改变单一组分的失效模式，使构件的吸能性能产生明显地“正向复合效应”，从而提升整体结构的抗冲击性能。同时，在冲击作用后的结构自由振动过程中，构件良好的耗能能力和大阻尼比特性还有助于减弱结构的振动幅值，有效降低结构发生连续倒塌的风险。

创新纤维金属层板制备成形工艺，满足异形截面纤维金属超混杂构件的成形要求，是纤维金属层板在大跨空间结构中实现应用的关键基础环节。槽型截面构件是空间结构中应用最为广泛的构件形式之一，实现纤维金属混杂槽型构件的成形是纤维金属层板在空间结构中成功应用的一大经济高效途径。专利CN201910233720.5曾提出一种基于刚性模热压工艺的纤维金属超混杂槽型构件的制备方法，较好解决了其制备难题，但仍需解决三大问题:一是槽型构件翼缘与腹板尺寸均匀性问题；二是复合材料层内缺陷控制问题；三是复合材料/金属层间界面结合可靠性问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有刚性模成形技术中的不足，提供一种适用于纤维-金属超混杂槽型构件的新型成形方法，有助于提升构件成形后尺寸精度、降低复合材料层内缺陷、提升复合材料/金属层间界面结合性能。

本发明采用的主要技术方案如下：

一种纤维金属超混杂槽型构件成形方法，包括以下步骤：

对金属基板分别进行表面处理、表面除污；

将经过表面处理与表面除污的金属基板与纤维增强树脂基复合材料预浸料交替铺设，得到纤维金属层板；其中金属基板与纤维增强树脂基复合材料预浸料层之间布置胶黏剂层；

将铺设好的纤维金属层板放置在液压机上，通过液压机施加压力，得到半固化纤维金属层板；