專利名稱：一種曲線復(fù)合材料管成型工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種曲線復(fù)合材料管的成型工藝，屬于樹脂基結(jié)構(gòu)復(fù)合材料加工技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
當(dāng)前，航天結(jié)構(gòu)復(fù)合材料已進(jìn)入快速發(fā)展階段，新型號(hào)對(duì)結(jié)構(gòu)減重、高效提出了更高的要求，復(fù)合材料是實(shí)現(xiàn)這些關(guān)鍵技術(shù)的重要手段之一。復(fù)合材料整體成型技術(shù)，是目前世界上航空航天復(fù)合材料領(lǐng)域內(nèi)重點(diǎn)發(fā)展的制造技術(shù)之一，整體成型制造技術(shù)可充分發(fā)揮復(fù)合材料的可設(shè)計(jì)性，使部分構(gòu)件的零部件整體集成，提高結(jié)構(gòu)整體功能，達(dá)到減重、高效要求。國(guó)外復(fù)合材料成型主要采用整體熱壓罐成型工藝，在復(fù)合材料整體成形技術(shù)、熱膨脹模法成型技術(shù)方面已經(jīng)取得重大成果，并已獲得廣泛應(yīng)用。由于熱膨脹模法不但降低了復(fù)合材料制品的成本，而且還為復(fù)合材料一次固化成型創(chuàng)造了條件，所以，美、法、德等國(guó)都很重視熱膨脹模法工藝技術(shù)的研究，美國(guó)主要是用于航空航天等高技術(shù)及軍事應(yīng)用領(lǐng)域。我國(guó)結(jié)構(gòu)復(fù)合材料經(jīng)過多年的發(fā)展，基礎(chǔ)研究和應(yīng)用研究都取得了重大成果，在航天航空及民用領(lǐng)域獲得了廣泛應(yīng)用。但對(duì)于軟模輔助成型技術(shù)、特殊型面產(chǎn)品精度控制的優(yōu)化及基礎(chǔ)研究還很欠缺，經(jīng)驗(yàn)控制因素較多。軟模輔助成型技術(shù)、特殊型面產(chǎn)品精度控制技術(shù)研究，對(duì)復(fù)合材料的進(jìn)一步發(fā)展具有十分重大的意義。在國(guó)外文獻(xiàn)中曾提到過采用軟模輔助成型航空航天要求的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件，但在公開發(fā)表的文獻(xiàn)中未見有曲線復(fù)合材料管在天線反射面應(yīng)用的報(bào)告。國(guó)內(nèi)文獻(xiàn)未見有關(guān)曲線復(fù)合材料管的研究和應(yīng)用報(bào)道。作為一門新的技術(shù)，曲線復(fù)合材料管涉及設(shè)計(jì)、計(jì)算、材料、工藝、控制等許多科學(xué)方面的問題，而且理論和變形規(guī)律的研究目前尚缺乏，因此要研制結(jié)構(gòu)重量輕、產(chǎn)品精度高的復(fù)合材料管，尚需在理論與制造工藝上實(shí)現(xiàn)突破。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的技術(shù)解決問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種曲線復(fù)合材料管的成型工藝，使成型后的曲線復(fù)合材料管易于脫模，尺寸及曲率面精度滿足要求，同時(shí)保持了復(fù)合材料結(jié)構(gòu)質(zhì)量效率高、性能好的特點(diǎn)。本發(fā)明的技術(shù)解決方案是一種曲線復(fù)合材料管成型工藝，通過以下步驟實(shí)現(xiàn)第一步，成型模具制造，曲線復(fù)合材料管成型模具包括金屬硬模和硅橡膠軟模組成，硅橡膠軟模包括成型管內(nèi)壁的軟模和兩個(gè)成型翻邊的軟模，成型管內(nèi)壁的軟模的外型與曲線復(fù)合材料管內(nèi)部形狀一致、尺寸小于曲線復(fù)合材料管內(nèi)部尺寸3 10%，成型翻邊的軟模的形狀和尺寸與曲線復(fù)合材料管翻邊的形狀、尺寸一致，金屬硬模包括上蓋板、下底板、兩個(gè)側(cè)擋塊和兩個(gè)堵蓋，上蓋板、側(cè)擋塊和下底板通過螺栓機(jī)械連接，堵蓋固定安裝在上蓋板兩端并與下底板固定，上蓋板和下底板的成型面與曲線復(fù)合材料管的上、下外表面形狀、尺寸一致，側(cè)擋塊的形狀與曲線復(fù)合材料管的外側(cè)面形狀一致；第二步，制備預(yù)浸料；第三步，預(yù)浸料鋪疊，A3. 1、在成型管內(nèi)壁的軟模上鋪疊曲線復(fù)合材料管的內(nèi)壁，在下底板上鋪曲線復(fù)合材料管的下外表面和翻邊，鋪疊的下外表面厚度與鋪疊的內(nèi)壁厚度和為曲線復(fù)合材料管
管壁鋪層厚度；A3. 2、將鋪疊好的成型管內(nèi)壁的軟模放到鋪疊好的下底板上，在鋪層上鋪疊翻邊和曲線復(fù)合材料管的外壁；第四步，組裝模具，在鋪疊好的翻邊上安裝成型翻邊的軟模后在兩側(cè)面安裝上兩個(gè)側(cè)擋塊，再安裝上上蓋板，利用螺栓將上蓋板、側(cè)擋塊和下底板固定一起，再在曲線復(fù)合材料管兩端安裝上堵蓋；第五步，加熱或加壓加熱固化成型；第六步，脫模，先依次拆卸下堵蓋、上蓋板、側(cè)擋塊和下底板脫出硅橡膠軟模和制品，將硅橡膠軟模從曲線復(fù)合材料管內(nèi)抽出后得到制品。所述第三步中90°預(yù)浸料占總鋪層的15% 30%。所述第一步中硅橡膠軟模的制造，通過以下步驟實(shí)現(xiàn)，Al. 1、制備形成硅橡膠軟模的模具，模具與硅橡膠軟模的形狀和尺寸一致；Al. 2、配制硅橡膠膠液；Al. 3、硅橡膠膠液脫泡處理；Al. 4、將脫泡處理的硅橡膠膠液澆注在模具中，置于烘箱中進(jìn)行后處理，后處理工藝為，升溫速率20°C 40°C /h，后處理溫度170°C 190°C，后處理時(shí)間3h 5h。所述第五步加熱固化工藝為，升溫速率10°C 40°C /h,固化溫度120°C 160°C， 固化時(shí)間池 5h，隨爐降至室溫。所述第五步加熱加壓固化在熱壓罐中進(jìn)行，固化工藝為，真空表壓不大于-0. 097MPa，再以0. IMPa 0. 3MPa冷壓測(cè)試通過后帶壓升溫，升溫速率10°C 40°C /h, 最后在150°C 180°C固化，固化時(shí)間汕 5h，隨爐降至室溫。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比有益效果為(1)本發(fā)明成型模具采用封閉、組合式硬模，在曲線復(fù)合材料管內(nèi)腔采用硅橡膠軟模，通過成型壓力及硅橡膠膨脹特性確定硅橡膠軟模的尺寸，解決了曲線復(fù)合材料管脫模難和產(chǎn)品型腔尺寸不易控制的難題，保證成型產(chǎn)品順利脫模后內(nèi)腔尺寸滿足要求；(2)本發(fā)明采用整體成型技術(shù)，解決了曲線復(fù)合材料管兩側(cè)伸出部位加壓難和整體質(zhì)量不易控制等難題，達(dá)到產(chǎn)品一次成型且滿足尺寸精度要求；(3)本發(fā)明通過復(fù)合材料鋪層設(shè)計(jì)以及成型工藝的控制，解決了曲線復(fù)合材料管成型后易產(chǎn)生變形的問題，達(dá)到了產(chǎn)品精度控制要求；(4)采用本發(fā)明成型的曲線復(fù)合材料管，不但具有較好的結(jié)構(gòu)質(zhì)量效率，而且具有較高的尺寸、曲率成型精度，其固化工藝包括烘箱固化和熱壓罐固化兩種工藝方法，其工藝過程簡(jiǎn)單，操作方便，具有很強(qiáng)的實(shí)用性。


圖1為本發(fā)明工藝流程圖；圖2為本發(fā)明曲線復(fù)合材料管結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為圖2C-C方向的剖視圖；圖4為本發(fā)明成型模具結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為圖4A-A方向的剖視圖。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述，本發(fā)明的成型工藝如圖1所示，包括如下步驟1、成型模具設(shè)計(jì)、制造曲線復(fù)合材料管依靠產(chǎn)品成型模和硅橡膠軟模輔助成型，采用整體成型技術(shù)，達(dá)到曲線復(fù)合材料管一次成型，解決了曲線復(fù)合材料管兩側(cè)伸出部位加壓難和整體質(zhì)量不易控制等難題，達(dá)到產(chǎn)品一次成型且滿足尺寸精度要求。曲線復(fù)合材料管模具設(shè)計(jì)為封閉、組合式硬模，在復(fù)合材料管內(nèi)腔采用硅橡膠軟模，加熱固化時(shí)通過硅橡膠軟膜提供足夠的壓力。根據(jù)成型壓力計(jì)算硅橡膠軟模的尺寸，解決了曲線復(fù)合材料管脫模難的問題，保證成型產(chǎn)品順利脫模滿足工藝要求。曲線復(fù)合材料管成型模具包括金屬硬模和硅橡膠軟模組成(1)金屬硬模根據(jù)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)形式，設(shè)計(jì)金屬硬模。曲線復(fù)合材料管結(jié)構(gòu)形式如圖2、3所示，橫截面為“口”形、兩側(cè)帶翻邊結(jié)構(gòu)，曲線復(fù)合材料管上、下外表面為曲面。金屬硬模如圖4、5所示，包括上蓋板、下底板、兩個(gè)側(cè)擋塊和兩個(gè)堵蓋，上蓋板、側(cè)擋塊和下底板通過螺栓機(jī)械連接，堵蓋固定安裝在上蓋板兩端并與下底板固定，上蓋板和下底板的成型面與曲線復(fù)合材料管的上、下外表面形狀、尺寸一致，側(cè)擋塊的形狀與曲線復(fù)合材料管的外側(cè)面形狀一致。(2)硅橡膠軟模硅橡膠軟模尺寸設(shè)計(jì)按復(fù)合材料管成型壓力和硅橡膠膨脹特性進(jìn)行計(jì)算。本發(fā)明根據(jù)大量試驗(yàn)和研究，確定了硅橡膠軟模尺寸按復(fù)合材料管成型壓力0. 3MPa-0. 6MPa及硅橡膠膨脹特性(一般為3% -10%收縮量)進(jìn)行計(jì)算。硅橡膠軟模包括成型管內(nèi)壁的軟模和兩個(gè)成型翻邊的軟模，成型管內(nèi)壁的軟模的外型與曲線復(fù)合材料管內(nèi)部形狀一致、尺寸小于曲線復(fù)合材料管內(nèi)部尺寸3 10%，成型翻邊的軟模的形狀和尺寸與曲線復(fù)合材料管翻邊的形狀、尺寸一致。硅橡膠軟模的制造根據(jù)產(chǎn)品模具結(jié)構(gòu)尺寸計(jì)算硅橡膠軟模用量，將硅橡膠按比例配制，制成硅橡膠軟模；硅橡膠配膠后進(jìn)行脫泡、澆注，于烘箱中進(jìn)行后處理，升溫速率20°C -40°C /h，固化溫度 1700C _190°C，固化時(shí)間 3h-5h。2、預(yù)浸料制備
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根據(jù)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)強(qiáng)度及具體使用工況要求選擇預(yù)浸料種類，本實(shí)施例中采用碳纖維復(fù)合材料。以下給出碳纖維復(fù)合材料的制備方法，在實(shí)際生產(chǎn)中可以根據(jù)具體的產(chǎn)品性能和結(jié)構(gòu)來設(shè)計(jì)，其具體的性能和指標(biāo)根據(jù)預(yù)浸料的不同和制備方法的不同有所區(qū)別。將碳纖維材料浸漬一定量樹脂膠液，制成干法樹脂基復(fù)合材料預(yù)浸料。增強(qiáng)材料選用碳纖維，樹脂基體選用環(huán)氧樹脂。樹脂體系為環(huán)氧樹脂，制成干法或濕法樹脂基復(fù)合材料預(yù)浸料，其中濕法預(yù)浸料樹脂質(zhì)量占混合物總質(zhì)量的40% -46% ；干法預(yù)浸料樹脂質(zhì)量占混合物總質(zhì)量的 32% -38%。復(fù)合材料濕法預(yù)浸料的質(zhì)量指標(biāo)要求見表1。表1復(fù)合材料濕法預(yù)浸料的質(zhì)量指標(biāo)
權(quán)利要求
1.一種曲線復(fù)合材料管成型工藝，其特征在于通過以下步驟實(shí)現(xiàn)第一步，成型模具制造，曲線復(fù)合材料管成型模具包括金屬硬模和硅橡膠軟模組成，硅橡膠軟模包括成型管內(nèi)壁的軟模和兩個(gè)成型翻邊的軟模，成型管內(nèi)壁的軟模的外型與曲線復(fù)合材料管內(nèi)部形狀一致、尺寸小于曲線復(fù)合材料管內(nèi)部尺寸3 10%，成型翻邊的軟模的形狀和尺寸與曲線復(fù)合材料管翻邊的形狀、尺寸一致，金屬硬模包括上蓋板、下底板、兩個(gè)側(cè)擋塊和兩個(gè)堵蓋，上蓋板、側(cè)擋塊和下底板通過螺栓機(jī)械連接，堵蓋固定安裝在上蓋板兩端并與下底板固定，上蓋板和下底板的成型面與曲線復(fù)合材料管的上、下外表面形狀、尺寸一致，側(cè)擋塊的形狀與曲線復(fù)合材料管的外側(cè)面形狀一致； 第二步，制備預(yù)浸料； 第三步，預(yù)浸料鋪疊，A3. 1、在成型管內(nèi)壁的軟模上鋪疊曲線復(fù)合材料管的內(nèi)壁，在下底板上鋪曲線復(fù)合材料管的下外表面和翻邊，鋪疊的下外表面厚度與鋪疊的內(nèi)壁厚度和為曲線復(fù)合材料管管壁鋪層厚度；A3. 2、將鋪疊好的成型管內(nèi)壁的軟模放到鋪疊好的下底板上，在鋪層上鋪疊翻邊和曲線復(fù)合材料管的外壁； 第四步，組裝模具，在鋪疊好的翻邊上安裝成型翻邊的軟模后在兩側(cè)面安裝上兩個(gè)側(cè)擋塊，再安裝上上蓋板，利用螺栓將上蓋板、側(cè)擋塊和下底板固定一起，再在曲線復(fù)合材料管兩端安裝上堵蓋； 第五步，加熱或加壓加熱固化成型； 第六步，脫模，先依次拆卸下堵蓋、上蓋板、側(cè)擋塊和下底板脫出硅橡膠軟模和制品，將硅橡膠軟模從曲線復(fù)合材料管內(nèi)抽出后得到制品。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種曲線復(fù)合材料管成型工藝，其特征在于所述第三步中 90°預(yù)浸料占總鋪層的15% 30%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種曲線復(fù)合材料管成型工藝，其特征在于所述第一步中硅橡膠軟模的制造，通過以下步驟實(shí)現(xiàn)，Al. 1、制備形成硅橡膠軟模的模具，模具與硅橡膠軟模的形狀和尺寸一致； Al. 2、配制硅橡膠膠液； Al. 3、硅橡膠膠液脫泡處理；Al. 4、將脫泡處理的硅橡膠膠液澆注在模具中，置于烘箱中進(jìn)行后處理，后處理工藝為，升溫速率20°C 40°C /h，后處理溫度170°C 190°C，后處理時(shí)間3h 5h。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種曲線復(fù)合材料管成型工藝，其特征在于所述第五步加熱固化工藝為，升溫速率10°C 40°C /h,固化溫度120°C 160°C，固化時(shí)間池 5h，隨爐降至室溫。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種曲線復(fù)合材料管成型工藝，其特征在于所述第五步加熱加壓固化在熱壓罐中進(jìn)行，固化工藝為，真空表壓不大于-0. 097MPa，再以0. IMPa 0. 3ΜΙ^冷壓測(cè)試通過后帶壓升溫，升溫速率10°C 40°C /h，最后在150°C 180°C固化，固化時(shí)間汕 5h，隨爐降至室溫。
全文摘要
一種曲線復(fù)合材料管成型工藝，通過制造成型模具、預(yù)浸料制備、鋪疊、模具組裝、固化、脫模等步驟成型曲線復(fù)合材料管。本發(fā)明成型模具采用封閉、組合式硬模，在曲線復(fù)合材料管內(nèi)腔采用硅橡膠軟模，通過成型壓力及硅橡膠膨脹特性確定硅橡膠軟模的尺寸，解決了曲線復(fù)合材料管脫模難和產(chǎn)品型腔尺寸不易控制的難題，保證成型產(chǎn)品順利脫模后內(nèi)腔尺寸滿足要求；本發(fā)明采用整體成型技術(shù)，解決了曲線復(fù)合材料管兩側(cè)伸出部位加壓難和整體質(zhì)量不易控制等難題，達(dá)到產(chǎn)品一次成型且滿足尺寸精度要求；本發(fā)明通過復(fù)合材料鋪層設(shè)計(jì)以及成型工藝的控制，解決了曲線復(fù)合材料管成型后易產(chǎn)生變形的問題，達(dá)到了產(chǎn)品精度控制要求；采用本發(fā)明成型的曲線復(fù)合材料管，不但具有較好的結(jié)構(gòu)質(zhì)量效率，而且具有較高的尺寸、曲率成型精度。
文檔編號(hào)B29L23/00GK102320139SQ20111017010
公開日2012年1月18日 申請(qǐng)日期2011年6月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月22日
發(fā)明者何云華, 蔣文革, 趙明, 趙銳霞 申請(qǐng)人:航天材料及工藝研究所