一种复合材料支架高质量成型方法技术

本发明专利技术涉及一种复合材料支架高质量成型方法，通过采用金属铺层上下阳模、金属‑硅橡胶(含金属芯)组合加压模、外阴模(上盖板、下底板、侧挡板)，形成封闭模腔，硅橡胶软模、金属芯协同加压，解决外压无法对格腔的筋板施加压力及筋板尺寸精度问题，保证筋板成型质量及尺寸精度；通过复合材料铺层设计，解决复合材料支架纤维最大限度连续性问题，满足承载需求；通过中温预压实、模芯更替、固化成型工艺控制，解决格腔组装精度、整体共固化问题，实现复合材料支架的一次高质量成型，与传统金属构件相比减重约30％‑50％，满足航天型号轻质化要求。

High quality forming method for composite material support

The invention relates to a composite material support high quality molding method, by using the metal layer on the metal mold, silicone rubber (metal core) combined pressure die, die vulva (upper cover plate, a bottom plate, side plates), forming a closed cavity, the silicone rubber mould, metal core CO pressure, solution no external pressure on lattice cavity of stiffened plate pressure and plate size precision, ensure molding quality and size precision of stiffened plate; the composite layers design, solve the composite scaffold of maximum continuity, meet the load demand; through temperature pre compaction, mould replacement, curing process control solution lattice cavity precision assembly, integrated problem, achieve a high quality molding composite scaffolds, compared with the traditional metal component weight loss of about 30% 50%, meet the requirements of aerospace light .

【技术实现步骤摘要】
一种复合材料支架高质量成型方法
本专利技术涉及一种复合材料支架高质量成型方法，特别是一种较大尺寸大厚度多腔法兰加筋结构复合材料支架高质量成型方法，属于结构复合材料及工艺领域。
技术介绍
当前，航天领域对新型号提出的减重、高效的要求，使得轻质高强的复合材料的应用日趋广泛，从大型结构舱段发展到舱内零部件。目前，国内已有一些结构舱段用配套零部件进行了复合材料化，如三角撑板、支座、操作口盖等，其形状规则、结构简单、厚度较小、成型工艺简单，主要起一定的连接、支撑作用。复合材料支架为舱内较大尺寸大厚度异型多腔构件，除对仪器起一定的支撑作用外，同时需承受一定工况下产生的较大载荷，且装配关系较多，设计对其承载能力、内部质量、尺寸精度要求较高。因此如何通过合理的模具设计、成型工艺，解决较大尺寸大厚度多腔法兰加筋结构复合材料支架纤维连续性及对称性铺放、压力的有效施加和均匀传递等问题，实现复合材料支架的高质量、高尺寸精度整体共固化成型，同时满足结构承载能力的要求是亟需解决的技术难题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种复合材料支架高质量成型方法，通过优化模具设计、复合材料铺层设计及中温预压实、模芯更替、固化成型工艺控制技术等，实现复合材料支架的高质量整体共固化成型，满足型号结构减重要求。本专利技术的上述目的主要是通过如下技术方案予以实现的：一种复合材料支架高质量成型方法，采用的成型模具包括n个上格腔阳模、m个下格腔阳模、n个软模、侧挡板、上盖板和下底板，所述n个上格腔阳模、n个软模的形状与待制备支架的n个上格腔的形状相匹配，所述m个下格腔阳模的形状与待制备支架的m个下格腔的形状相匹配，具体成型方法包括如下步骤：步骤(1)、将预浸料分别铺设在n个上格腔阳模的表面和m个下格腔阳模的表面；步骤(2)、将完成铺设的预浸料进行加温预压实；步骤(3)、预压实冷却后拆除n个上格腔阳模，形成n个上格腔预浸料铺层，将n个软模分别放入所述n个上格腔预浸料铺层中；步骤(4)、将n个上格腔预浸料铺层与m个铺设预浸料的下格腔阳模进行组装，使得上格腔预浸料铺层与下格腔预浸料铺层接触并压紧；步骤(5)、将下底板分别与m个下格腔阳模和n个软模进行固定连接，侧挡板分别与上盖板、下底板固定连接，形成封闭模腔；步骤(6)、进行加热固化，固化完成后拆除侧挡板、上盖板、软模和下底板，得到复合材料支架；所述n、m均为正整数，且n≥2，m≥1。在上述成型方法中，所述步骤(1)中在n个上格腔阳模的上表面分别铺设预浸料并下翻至其侧表面，下格腔阳模为1个，在下格腔阳模的上表面铺设预浸料并下翻至其侧表面。在上述成型方法中，所述步骤(1)铺设过程中，每铺设0.5-1mm厚度的铺层进行一次抽真空压实，提高铺层紧实度，压实后对多余的料边进行去除。在上述成型方法中，所述步骤(2)中预压实的具体方法为：将完成铺设的预浸料采用隔离材料、吸胶材料和真空袋依次包裹后，在烘箱、加热平台或热压罐中进行预压实，保温温度为70-90℃，保温时间为30min-120min。在上述成型方法中，所述预浸料为碳纤维环氧树脂热熔预浸料，预浸料厚度为0.125-0.20mm，树脂质量百分比含量为30％-38％，挥发份含量≤1％，纤维面密度为130-220g/m2。在上述成型方法中，所述软模为硅橡胶软模，硅橡胶软模内含金属芯，金属芯与下底板连接。在上述成型方法中，所述待制备的支架的上格腔体积V1与硅橡胶软模的体积V2之差ΔV满足：5％＜ΔV/V1＜12％。在上述成型方法中，所述步骤(4)中n个上格腔预浸料铺层与1个下格腔预浸料铺层进行组装时，内置n个软模的n个上格腔预浸料铺层依次放置在内置下格腔阳模的下格腔预浸料铺层上部，且n个上格腔预浸料铺层的上表面与下格腔预浸料铺层的上表面接触并压紧，形成待制备支架的腹板，两端的2个上格腔预浸料铺层的外侧表面与下格腔预浸料铺层的外侧表面分别对齐，形成待制备支架的缘板，相邻2个上格腔预浸料铺层之间的侧表面铺层形成待制备支架的筋板；所述内置n个软模的n个上格腔预浸料铺层并排放置在内置下格腔阳模的下格腔预浸料铺层上部。在上述成型方法中，设待制备支架的腹板厚度为H1，缘板厚度为H2，筋板厚度为H3，则预浸料的铺层厚度为H1，H2，H3中最小值的一半，即铺层厚度为1/2MIN{H1，H2，H3}。在上述成型方法中，若腹板厚度H1、缘板厚度H2、筋板厚度H3中腹板厚度H1为最大值，即满足H1≥MAX{H2，H3}，则需要增加铺设腹板夹芯料，在组装之前进行铺设；若腹板厚度H1、缘板厚度H2、筋板厚度H3中腹板厚度H1为最小值，即满足H1≤MIN{H2，H3}，则需要增加铺设筋板夹芯料，在组装之前进行铺设。在上述成型方法中，所述步骤(4)将n个上格腔预浸料铺层与1个下格腔预浸料铺层进行组装后，若两端的2个上格腔预浸料铺层的外侧表面与下格腔预浸料铺层的外侧表面分别对齐后的铺层厚度，小于待制备支架的缘板(11)厚度，则增加外侧表面的预浸料铺层，以满足待制备支架的缘板(11)的厚度要求。在上述成型方法中，所述侧挡板为两个，均为U型结构，U型结构的端面对齐后形成环形腔体。在上述成型方法中，所述步骤(6)中固化在烘箱或热压罐中进行，固化升温速率为10～40℃/h，固化温度为150℃～185℃，固化时间为3h～8h。本专利技术与现有技术相比具有如下有益效果：(1)、本专利技术采用特殊设计的成型模具进行复合材料支架的制备，通过采用金属铺层上下阳模、金属-硅橡胶(含金属芯)组合加压模、外阴模(上盖板、下底板、侧挡板)，形成封闭模腔，并通过硅橡胶软模、金属芯协同加压，解决外压无法对格腔的筋板施加压力及筋板尺寸精度问题，保证了支架腹板、缘板，尤其是筋板成型的质量及尺寸精度；(2)、本专利技术采用金属铺层上下阳模，通过预浸料铺层设计，解决了复合材料支架纤维最大限度连续性问题，满足承载需求；(3)、本专利技术通过中温预压实工艺控制、模芯更替、固化成型工艺控制，解决格腔组装精度、整体共固化问题，实现复合材料支架的一次高质量成型；(4)、本专利技术根据待制备支架的腹板、缘板和筋板的尺寸关系，设计在铺层过程中增加腹板夹芯料或筋板夹芯料，满足了复合材料支架的成型精度和质量。(5)、本专利技术通过对软模结构材料进行优化设计，软模采用硅橡胶，且软模内含金属芯，金属芯通过螺钉或销钉与下底板连接，并给出了待制备支架的格腔体积V1与硅橡胶(含金属芯)体积V2之差ΔV需要满足的条件，进一步保证了筋板成型的质量及尺寸精度。(6)、本专利技术支架与传统金属构件相比减重约30％-50％，满足航天型号轻质化要求。附图说明图1为本专利技术复合材料支架高质量成型方法流程图；图2为本专利技术支架成型模具示意图；图3为本专利技术成型模具中侧挡板示意图。图4为本专利技术复合材料支架铺层示意图；图5为本专利技术支架成型模具组装示意图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步详细的描述：如图1所示为本专利技术复合材料支架高质量成型方法流程图，本专利技术的复合材料支架的成型方法具体包括如下步骤：1、成型模具设计制造复合材料支架依靠金属-硅橡胶组合模具，采用整体成型技术，达到大厚度异型多腔体(格腔并排、非并排并存)复合材料支架一次成型，解决较大尺寸大厚度多腔法兰加筋结构复合材料支架纤维连续性及对称本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种复合材料支架高质量成型方法，其特征在于：采用的成型模具包括n个上格腔阳模(1)、m个下格腔阳模(2)、n个软模(3)、侧挡板(4)、上盖板(5)和下底板(6)，所述n个上格腔阳模(1)、n个软模(3)的形状与待制备支架的n个上格腔的形状相匹配，所述m个下格腔阳模(2)的形状与待制备支架的m个下格腔的形状相匹配，具体成型方法包括如下步骤：步骤(1)、将预浸料分别铺设在n个上格腔阳模(1)的表面和m个下格腔阳模(2)的表面；步骤(2)、将完成铺设的预浸料进行加温预压实；步骤(3)、预压实冷却后拆除n个上格腔阳模(1)，形成n个上格腔预浸料铺层，将n个软模(3)分别放入所述n个上格腔预浸料铺层中；步骤(4)、将n个上格腔预浸料铺层与m个铺设预浸料的下格腔阳模(2)进行组装，使得上格腔预浸料铺层与下格腔预浸料铺层接触并压紧；步骤(5)、将下底板(6)分别与m个下格腔阳模(2)和n个软模进行固定连接，侧挡板(4)分别与上盖板(5)、下底板(6)固定连接，形成封闭模腔；步骤(6)、进行加热固化，固化完成后拆除侧挡板(4)、上盖板(5)、软模(3)和下底板(6)，得到复合材料支架；所述n、m均为正整数，且n≥2，m≥1。...

【技术特征摘要】
1.一种复合材料支架高质量成型方法，其特征在于：采用的成型模具包括n个上格腔阳模(1)、m个下格腔阳模(2)、n个软模(3)、侧挡板(4)、上盖板(5)和下底板(6)，所述n个上格腔阳模(1)、n个软模(3)的形状与待制备支架的n个上格腔的形状相匹配，所述m个下格腔阳模(2)的形状与待制备支架的m个下格腔的形状相匹配，具体成型方法包括如下步骤：步骤(1)、将预浸料分别铺设在n个上格腔阳模(1)的表面和m个下格腔阳模(2)的表面；步骤(2)、将完成铺设的预浸料进行加温预压实；步骤(3)、预压实冷却后拆除n个上格腔阳模(1)，形成n个上格腔预浸料铺层，将n个软模(3)分别放入所述n个上格腔预浸料铺层中；步骤(4)、将n个上格腔预浸料铺层与m个铺设预浸料的下格腔阳模(2)进行组装，使得上格腔预浸料铺层与下格腔预浸料铺层接触并压紧；步骤(5)、将下底板(6)分别与m个下格腔阳模(2)和n个软模进行固定连接，侧挡板(4)分别与上盖板(5)、下底板(6)固定连接，形成封闭模腔；步骤(6)、进行加热固化，固化完成后拆除侧挡板(4)、上盖板(5)、软模(3)和下底板(6)，得到复合材料支架；所述n、m均为正整数，且n≥2，m≥1。2.根据权利要求1所述的成型方法，其特征在于：所述步骤(1)中在n个上格腔阳模(1)的上表面分别铺设预浸料并下翻至其侧表面，下格腔阳模(2)为1个，在下格腔阳模(2)的上表面铺设预浸料并下翻至其侧表面。3.根据权利要求1所述的成型方法，其特征在于：所述步骤(1)铺设过程中，每铺设0.5-1mm厚度的铺层进行一次抽真空压实，提高铺层紧实度，压实后对多余的料边进行去除。4.根据权利要求1所述的成型方法，其特征在于：所述步骤(2)中预压实的具体方法为：将完成铺设的预浸料采用隔离材料、吸胶材料和真空袋依次包裹后，在烘箱、加热平台或热压罐中进行预压实，保温温度为70-90℃，保温时间为30min-120min。5.根据权利要求1所述的成型方法，其特征在于：所述预浸料为碳纤维环氧树脂热熔预浸料，预浸料厚度为0.125-0.20mm，树脂质量百分比含量为30％-38％，挥发份含量≤1％，纤维面密度为130-220g/m2。6.根据权利要求1所述的成型方法，其特征在于：所述软模(3)为硅橡胶软模，硅橡胶软模内含金属芯，金属芯...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙文文，赵文宇，郭鸿俊，张蕾，郑红飞，
申请(专利权)人：航天材料及工艺研究所，中国运载火箭技术研究院，
类型：发明
国别省市：北京,11