CN110815875B - 一种复合材料蜂窝夹层结构零件的成型方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种复合材料蜂窝夹层结构零件的成型方法，包括工装制备、铺贴脱模布、铺贴零件构层、压板封装、固化成型等步骤。使用一种表面带柔性功能橡胶层蜂窝夹层零件成型工装，将热压罐的压力均匀、精确地传递给蜂窝夹层零件的内蒙皮，而不使蜂窝芯受压过大产生滑移甚至坍塌的状况；此外，在成型工装余量区的柔性橡胶层可以起到防滑带的作用，防止内蒙皮预浸料在固化过程中产生滑移，进而影响蜂窝夹层零件成型质量。因此，本发明成型方法工艺简单，易与控制，可大大提高复合材料蜂窝夹层结构零件的成型质量及合格率。

Description

一种复合材料蜂窝夹层结构零件的成型方法

技术领域

本发明涉及一种复合材料蜂窝夹层结构零件的成型方法。

背景技术

复合材料蜂窝夹层结构一般是由中间的轻质蜂窝芯和上、下表面的蒙皮组成，蒙皮层的弹性模量及强度较高，承受面内的拉压及剪切载荷，而中间的轻质芯层密度低，只承受横向的剪切载荷，增加结构的刚度。由于复合材料夹层结构具有密度小、弯曲刚度大、抗失稳稳定能力强、隔热隔音等优点，因而在航空航天非主承力结构上得到广泛的应用。

现有的复合材料蜂窝夹层结构的制备方法，目前主要是在成型工装上采用共固化、二次胶接及共胶接的成型工艺。传统成型模具刚性大，传压不均匀，而蜂窝芯是一种薄壁、弹性结构，当蜂窝芯受压时由于局部压力过大，与刚度大的成型模具相互挤压，其相互作用力过大使蜂窝芯易产生滑移，甚至撕裂、压皱、塌陷等不良状况，为了保证成型时蜂窝芯不发生滑移，进罐固化时压力不能过大，但蒙皮成型时压力偏低并且压力分布不均匀，蒙皮的内部质量难以控制。

发明内容

针对上述的现有复合材料蜂窝夹层结构的制备方法存在的问题，本发明提供一种复合材料蜂窝夹层结构零件的成型方法，旨在解决固化过程中压力过大蜂窝出现滑移甚至坍塌的状况，压力过小内外蒙皮成型质量不合格的矛盾，从而提高复合材料蜂窝夹层结构零件成型质量和产品合格率。具体技术方案如下：

一种复合材料蜂窝夹层结构零件的成型方法，包括步骤如下：

1）工装制备：将蜂窝夹层结构零件成型工装的刚性结构与柔性结构复合连接成一个整体，形成蜂窝夹层零件的成型工装；

2）铺贴脱模布：在步骤1）中所述的成型工装的零件成型区铺贴脱模布，并使用丙酮对其表面进行清洁；

3）铺贴零件构层：在步骤2）中清洁后的脱模布上铺设复合材料蜂窝夹层结构零件的制备材料，并抽真空使其预压实成型；

4）压板封装：选择合适厚度的均压板，并用丙酮对其表面清洁后，覆盖在步骤3）中预压实成型的零件材料上；然后将均压板与蜂窝夹层零件材料一起封装在成型工装上；

5）固化成型：将步骤4）中封装好的零件及工装送入热压罐中固化成型，出罐后脱模，即可获得质量良好的蜂窝夹层零件。

作为优选的技术方案的，步骤1）中，所述刚性结构为金属材料或金属与碳纤复合材料制成；所述柔性结构为具有柔性功能的橡胶，其通过硫化连接、胶膜连接或共固化连接方式贴设在刚性结构的表面。

当所述刚性结构为金属材料制成时，其使用前需对其表面进行清洁和改性处理，与橡胶贴合后，使用密封胶条在其表面制成真空袋，再通过抽真空在金属材料与橡胶之间形成负压，从而将橡胶均匀的压在刚性结构的表面；然后，将刚性结构与橡胶一同封装并置于硫化罐中进行硫化连接，即形成蜂窝夹层零件成型工装。进一步的，所述改性处理所使用的试剂为硅烷偶联剂；所述硫化连接的条件为：硫化温度为180℃，硫化时间为2h。

当所述刚性结构为金属与碳纤维复合材料制成时，其与橡胶贴合后，使用密封胶条在其表面制成真空袋，并通过真空热压实，然后再铺贴碳纤维预浸料并封装，然后送入热压罐内进行共固化连接，即形成蜂窝夹层零件成型工装。进一步的，所述碳纤维预浸料铺贴的层数为5层；所述共固化连接的条件为：共固化压力为0.6MPa，共固化温度为180℃，共固化时间为2h。

作为进一步优选的技术方案的，所述具有柔性功能的橡胶为硅橡胶，其厚度为1～2mm。

另外，作为优选的技术方案的，步骤2）中，所述铺贴脱模布时，在零件成型区的边缘均留有10～20mm的余量区，作为铺贴蜂窝夹层零件的防滑带。

作为优选的技术方案的，步骤3）中，所述零件制备材料铺设依次为内蒙皮预浸料层、内胶膜层、蜂窝芯、外胶膜层和外蒙皮预浸料层。

作为优选的技术方案的，步骤4）中，所述均压板为薄铝板或碳纤维层压板，其厚度为0.5mm。

本发明的有益效果是：

本发明在成型模具上铺贴橡胶层，充分利用了橡胶的弹性，使橡胶层的覆盖面可以均匀、精确地传递热压罐施加的压力而不使蜂窝芯受压过大产生滑移甚至坍塌的状况，有效地解决了解决传统固化过程中压力过大蜂窝出现滑移甚至坍塌的状况，压力过小内外蒙皮成型质量不合格的问题。

另外，在铺贴脱模布是在零件成型区的周边留有余量区，余量区的橡胶层有效的充当了蜂窝夹层零件预浸料铺贴的“防滑条带”，以减少内蒙皮滑移。

此外，层压板保证了复合材料蜂窝夹层结构零件外蒙皮的外表面质量光滑无划痕。因而本发明成型方法可以实现复合材料蜂窝夹层结构零件的高质量、高合格率的一体化成型制备，既保证了蜂窝成型不滑移，又提高内外蒙皮的成型质量。

附图说明

图1为本发明的复合材料蜂窝夹层结构零件与成型工装组装示意图（其中，成型工装的刚性结构为金属材料制成）；

图2为本发明的复合材料蜂窝夹层结构零件结构示意图；

图3为本发明复合材料蜂窝夹层结构零件成型工装的另一示意图（其中，成型工装的刚性结构为金属与碳纤维复合材料制成）。

图中：1、成型工装；2、刚性结构；3、柔性结构；4、脱模布；5、防滑带；6、复合材料蜂窝夹层结构零件；7、均压板；8、预浸料层；9、胶膜；10、蜂窝芯；11、碳纤维预浸料层；12、真空封装；13、绝缘胶条。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例及附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

本实施例提供一种复合材料蜂窝夹层结构零件的成型方法，包括的步骤如下：

1）工装制备：首先采用机械加工的方式制作复合材料蜂窝夹层结构零件的成型工装（1）的刚性结构（2），本实施例中该刚性结构（2）为金属材质制成。金属刚性结构制好后，先对其表面清洁后，再使用硅烷偶联剂对表面进行改性处理，增强其与橡胶的硫化连接性能。然后将1mm厚的未硫化的硅橡胶置于金属刚性结构表面作为成型工装的柔性结构（3），并使用密封胶条（13）在金属刚性结构表面形成真空封装（12），通过抽真空形成一个负压将橡胶均匀的压在金属结构表面；然后再将硅橡胶与金属刚性结构封装，整体置于硫化罐中，180℃条件下硫化2小时，使硅橡胶与金属刚性结构硫化连接，出罐后即形成蜂窝夹层零件成型工装，如图1所示。

2）铺贴脱模布：在步骤1）准备的成型工装（1）表面的零件成型区铺贴脱模布（4），注意在零件成型区的边缘留有10mm的余量区不铺贴脱模布，作为蜂窝夹层零件铺贴成型用的防滑带（5），并且脱模布铺贴完后使用丙酮对其表面进行清洁。

3）铺贴零件构层：在步骤2）中铺贴好脱模布（4）的成型工装（1）表面依次铺贴复合材料蜂窝夹层结构零件（6）的各层材料，其依次为：内蒙皮预浸料层（81）、内胶膜层（91）、蜂窝芯（10）、外胶膜层（92）、外蒙皮预浸料层（82）；然后通过抽真空预压实成型，如图2所示。

4）压板封装：选用厚度为0.5mm薄铝板作为均压板（7），使用丙酮对其表面进行清洁处理后覆盖在步骤3）中铺设好的蜂窝夹层零件的外蒙皮预浸料层（82）表面，使用真空袋、透气毡隔离膜等辅助材料将其与蜂窝夹层零件封装在成型工装（1）上。

5）固化成型：将步骤4）中封装好的零件及工装送入热压罐中，使其固化成型，出罐后脱模即可得质量良好的蜂窝夹层零件。

实施例2

本实施例提供一种复合材料蜂窝夹层结构零件的成型方法，包括的步骤如下：

1）工装制备：同样使用机械加工制作一个复合材料蜂窝夹层结构零件的成型工装（1）的刚性结构（2），该刚性结构（2）是金属材质的阳模，并且其上部型面与复合材料蜂窝夹层结构零件的形状尺寸一致的金属。阳模制好后先在其表面铺贴一层2mm的硅橡胶作为成型工装的柔性结构（13），在使用密封胶条（13）在金属刚性结构表面形成真空封装（12），并通过抽真空将二者压实；然后再在其表面铺贴5层碳纤维预浸料层（11），并使用真空袋等辅助材料封装，然后送入热压罐内在0.6MPa，180℃条件下共固化2小时，出罐后硅橡胶与碳纤维预浸料共固化连接形成蜂窝夹层零件的成型工装（1），如图3所示。

2）铺贴脱模布：在步骤1）中准备的成型工装（1）的橡胶表面的零件成型区铺贴脱模布（4），注意在零件成型区边缘留有10mm余量区不铺贴脱模布，作为蜂窝夹层零件铺贴成型用的防滑带（5），并且脱模布（4）铺贴完后使用丙酮对其表面进行清洁。

3）铺贴零件构层：在步骤2）中铺贴好脱模布（4）的成型工装（1）表面依次铺贴复合材料蜂窝夹层结构零件（6）的各层材料，其依次为：内蒙皮预浸料层（81）、内胶膜层（91）、蜂窝芯（10）、外胶膜层（92）、外蒙皮预浸料层（82）；然后通过抽真空预压实成型，如图2所示。

4）压板封装：选用厚度为0.5mm的碳纤维层压板作为均压板（7），优选使用碳纤维织物或碳纤维单向带层压板；使用丙酮对均压板表面进行清洁处理，然后覆盖在步骤3）中铺设的蜂窝夹层零件的外蒙皮预浸料层（82）表面，再然后使用真空袋、透气毡隔离膜等辅助材料将其与蜂窝夹层零件封装在成型工装（1）上。

5）固化成型：将步骤4）中封装好的零件及工装送入热压罐中固化成型，出罐后脱模即可得质量良好的蜂窝夹层零件。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的得同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (4)

1.一种复合材料蜂窝夹层结构零件的成型方法，其特征在于：包括步骤如下：

1）工装制备：将蜂窝夹层结构零件成型工装的刚性结构与柔性结构复合连接成一个整体，形成蜂窝夹层零件的成型工装；所述刚性结构为金属材料或金属与碳纤复合材料制成；所述柔性结构为具有柔性功能的橡胶，该具有柔性功能的橡胶为硅橡胶，其厚度为1～2mm；其通过硫化连接、胶膜连接或共固化连接方式贴设在刚性结构的表面；所述刚性结构为金属材料时，使用前需对其表面进行清洁和改性处理，与橡胶贴合后，使用密封胶条在其表面制成真空袋，再通过抽真空在金属材料与橡胶之间形成负压，从而将橡胶均匀的压在刚性结构的表面；然后，将刚性结构与橡胶一同封装并置于硫化罐中进行硫化连接；所述改性处理所使用的试剂为硅烷偶联剂；所述硫化连接的条件为：硫化温度为180℃，硫化时间为2h；

2）铺贴脱模布：在步骤1）中所述的成型工装的零件成型区铺贴脱模布，并使用丙酮对其表面进行清洁；铺贴脱模布时，在零件成型区的边缘均留有10～20mm的余量区，作为铺贴蜂窝夹层零件的防滑带；

3）铺贴零件构层：在步骤2）中清洁后的脱模布上铺设复合材料蜂窝夹层结构零件的构层材料，并抽真空使其预压实成型；

4）压板封装：选择合适厚度的均压板，并用丙酮对其表面清洁后，覆盖在步骤3）中预压实成型的零件构层材料上；然后将均压板与蜂窝夹层零件材料一起封装在成型工装上；所述均压板为薄铝板或碳纤维层压板，其厚度为0.5mm；

5）固化成型：将步骤4）中封装好的零件及工装送入热压罐中固化成型，出罐后脱模，即可获得质量良好的蜂窝夹层零件。

2.根据权利要求1所述的复合材料蜂窝夹层结构零件的成型方法，其特征在于：所述刚性结构为金属与碳纤维复合材料制成，其与橡胶贴合后，使用密封胶条在其表面制成真空袋，并通过真空压实；然后再铺贴碳纤维预浸料并封装，然后送入热压罐内进行共固化连接，即形成蜂窝夹层零件成型工装。

3.根据权利要求2所述的复合材料蜂窝夹层结构零件的成型方法，其特征在于：所述碳纤维预浸料铺贴的层数为5层；所述共固化连接的条件为：共固化压力为0.6MPa，共固化温度为180℃，共固化时间为2h。

4.根据权利要求1所述的复合材料蜂窝夹层结构零件的成型方法，其特征在于：步骤3）中，所述零件构层材料铺设顺序，依次为内蒙皮预浸料层、内胶膜层、蜂窝芯、外胶膜层和外蒙皮预浸料层。

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