本發(fā)明涉及碳纖維復(fù)合材料箱體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)領(lǐng)域，尤其涉及碳纖維復(fù)合材料箱體密封裝配成型方法。

背景技術(shù)：

1、近年來，對(duì)于復(fù)合材料箱體普遍采用vari工藝分體成型，上/下箱體對(duì)接區(qū)域進(jìn)行翻邊設(shè)計(jì)，通過螺接(焊接)+膠粘固定。

2、現(xiàn)有技術(shù)中公開號(hào)cn?113510944a的專利文獻(xiàn)提出的一種輕量化彈載用復(fù)合材料油箱及其制造方法。通過膨脹膜成型方法進(jìn)行復(fù)合材料油箱上下蓋分體成型，油箱上下蓋采用密封膠粘接實(shí)現(xiàn)裝配。同時(shí)為滿足結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和剛度要求，油箱內(nèi)部進(jìn)行安裝防晃板。

3、現(xiàn)有技術(shù)中公開號(hào)cn?105501685a的專利文獻(xiàn)提出的一種超大型復(fù)合材料充壓包裝箱。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)采用夾芯層材料真空一體成型，內(nèi)/外蒙皮采用玻璃纖維復(fù)合氈鋪覆，并采用真空樹脂灌注成型工藝。

4、現(xiàn)有技術(shù)中公開號(hào)cn?115816859a的專利文獻(xiàn)提出的一種玻璃纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料密封箱體低漏率工藝成型方法，在箱體毛坯件內(nèi)腔采用真空袋壓成型+密封噴涂工藝進(jìn)行二次成型，可有效提高復(fù)合材料包裝箱氣密性能。

5、上述專利(cn?113510944a)重點(diǎn)在于介紹復(fù)合材料油箱工藝成型過程及燃油管路安裝，針對(duì)提高箱體剛度及上下蓋對(duì)接方式，僅進(jìn)行了簡(jiǎn)單敘述，即：(1)油箱內(nèi)蒙皮鋪層結(jié)束后，在模具內(nèi)按順序鋪放防晃板；(2)在復(fù)合材料油箱上蓋和復(fù)合材料油箱下蓋的搭接區(qū)域均勻涂抹粘接膠。未涉及防晃板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及固定方式，以及上下蓋搭接區(qū)域外形結(jié)構(gòu)及復(fù)材鋪層設(shè)計(jì)。

6、上述專利(cn?105501685a)針對(duì)包裝箱蒙皮鋪層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，采用模壓成型工藝實(shí)現(xiàn)箱體一體成型。與本發(fā)明中針對(duì)分體式箱體，實(shí)現(xiàn)高剛度密封箱體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，無相似內(nèi)容。

7、上述專利(cn?115816859a)提高復(fù)合材料包裝箱密封性能，從工藝成型角度深入優(yōu)化，提出真空袋壓成型+密封噴涂工藝。與本發(fā)明通過結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方式提高復(fù)合材料箱體剛度及分體結(jié)構(gòu)裝配密封性能，無相似內(nèi)容。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明設(shè)計(jì)一種高剛度、高密封性碳纖維復(fù)合材料水箱結(jié)構(gòu)，基于分體式箱體錯(cuò)位搭接膠粘密封裝配方式，故上下箱體分別采取梯形體結(jié)構(gòu)，確保搭接位置貼合緊密，并進(jìn)行箱體成型及密封裝配。經(jīng)實(shí)物驗(yàn)證效果可靠，適用于類似產(chǎn)品的復(fù)合材料密封箱體制造。

2、本發(fā)明提出一種高剛度碳纖維復(fù)合材料水箱搭接密封成型方法，具體分七個(gè)步驟，其中步驟一為上/下箱體搭接區(qū)域外形結(jié)構(gòu)及碳纖維復(fù)材鋪層設(shè)計(jì)，步驟五為上/下箱體搭接裝配工藝方法。該七個(gè)步驟包括：

3、進(jìn)行上箱體、下箱體的蒙皮鋪層；

4、進(jìn)行上箱體、下箱體的復(fù)材筋板的成型；

5、利用上箱體、下箱體的蒙皮鋪層和復(fù)材筋板進(jìn)行上箱體、下箱體的成型；

6、在復(fù)材筋板上鉆孔，形成導(dǎo)流口；

7、對(duì)成型的上箱體、下箱體進(jìn)行搭接裝配；

8、對(duì)裝配后的上箱體、下箱體的外觀進(jìn)行修整；

9、對(duì)裝配后的上箱體、下箱體進(jìn)行氣密檢測(cè)。

10、對(duì)于上述七個(gè)步驟，具體說明如下：

11、步驟一：上/下箱體蒙皮鋪層

12、優(yōu)選地，鋪層順序?yàn)椋禾祭w維/中溫環(huán)氧平紋織物預(yù)浸料層+碳纖維/中溫環(huán)氧單向預(yù)浸料層+膠粘層+泡沫夾芯層+膠粘層+碳纖維/中溫環(huán)氧單向預(yù)浸料層+碳纖維/中溫環(huán)氧平紋織物預(yù)浸料層，以泡沫夾芯層為中心，采取鏡像對(duì)稱層級(jí)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。在上/下箱體成型模具的陰模塊上開展鋪覆，模具邊緣對(duì)單向預(yù)浸料進(jìn)行可靠固定，防止相互滑動(dòng)和錯(cuò)位。其中，單向預(yù)浸料依據(jù)準(zhǔn)各向同性規(guī)則鋪覆。單向預(yù)浸料鋪層不采用搭接，只允許沿纖維方向?qū)?，即?duì)接縫隙平行于纖維方向，對(duì)接縫隙寬度≤2mm。鋪層增減形成的厚度變化區(qū)及鋪層跨越圓角或臺(tái)階處，不允許有架橋現(xiàn)象。上/下箱體搭接區(qū)域外形進(jìn)行下陷錯(cuò)位搭接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，即對(duì)上/下箱體四周邊緣位置預(yù)留一定寬度的搭接區(qū)域，此處鋪放的泡沫夾芯層厚度＝(非搭接區(qū)域泡沫夾芯層厚度-碳纖維單向預(yù)浸料內(nèi)、外蒙皮厚度和)/2。搭接區(qū)域的下陷深度＝非搭接區(qū)域泡沫夾芯層厚度-搭接區(qū)泡沫夾芯層厚度。搭接區(qū)域?qū)挾葢?yīng)在60mm～80mm之間。

13、優(yōu)選地，完成碳纖維/中溫環(huán)氧單向預(yù)浸料層鋪放后需進(jìn)行抽真空預(yù)壓實(shí)，將鋪層后的產(chǎn)品進(jìn)行真空封裝，在鋪好的預(yù)浸料表面依次鋪放無孔膜、透氣氈和真空袋等輔料。抽真空，在烘箱中進(jìn)行預(yù)壓實(shí)30±5min，溫度50±5℃，并確保真空度始終不低于-0.09mpa。

14、優(yōu)選地，膠粘層采用j-47a膠膜+j-47b膠液(j-47b膠膜中按25～30％濃度,重量配兌即每100g膠膜加入233～300g乙酸乙酯，浸泡24h以后攪拌均勻方可使用。配好的j-47b膠液應(yīng)密封貯存，使用前按原密封包裝從冷庫或冰柜中取出，室溫放置半小時(shí)以上再開封使用，使用后需重新密封后放入冷庫或冰柜保存。)執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)q/hsy?003-2003；生產(chǎn)廠家：黑龍江省科學(xué)院石油化學(xué)研究院。使用方法：先在泡沫表面鋪放一層j-47a膠膜，再涂抹適量已完成配兌的j-47b膠液，之后鋪放泡沫。其中，j-47b膠液的作用在于提升膠粘層的粘黏度，避免產(chǎn)固化后的產(chǎn)品在預(yù)浸料蒙皮與泡沫層之前出現(xiàn)分層現(xiàn)象。

15、步驟二：復(fù)材筋板成型

16、為滿足水箱高剛度性能要求，水箱內(nèi)部需安裝若干復(fù)材筋板。優(yōu)選地，分別對(duì)上/下箱體的復(fù)材筋板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為：碳纖維/中溫環(huán)氧單向預(yù)浸料層+膠粘層+泡沫夾芯層+膠粘層+碳纖維/中溫環(huán)氧單向預(yù)浸料層。

17、原材料下料：1)按照上/下油箱內(nèi)腔包絡(luò)尺寸進(jìn)行泡沫下料；2)單向預(yù)浸料依據(jù)準(zhǔn)各向同性規(guī)則進(jìn)行[0/+45/90/-45]四層合料鋪覆，按照下料樣板設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行碳纖維單向預(yù)浸料的四層合料裁剪。

18、上/下箱體的復(fù)材筋板成型：優(yōu)選地，在泡沫正反面均勻涂抹膠粘層(膠粘層采用j-47a膠膜+j-47b膠液)。預(yù)浸料層組在泡沫正反面鋪覆，打真空袋，抽真空，采用烘箱固化，形成復(fù)材筋板預(yù)制體。

19、步驟三：上/下箱體成型

20、優(yōu)選地，上/下箱體采用熱膨脹模成型工藝。完成復(fù)合材料鋪覆后，上/下油箱單獨(dú)成型，陽模塊由金屬芯塊+橡膠塊組成，受熱過程陽模塊膨脹使筋條位置受壓的同時(shí)，向下施加壓力使箱體內(nèi)腔蒙皮受壓，以保證各部位內(nèi)部質(zhì)量。具體成型方式：

21、(1)固定復(fù)材筋板、橡膠塊及金屬芯塊。按照從前往后的順序?qū)⒔饘傩緣K擺放于模具內(nèi)；在每塊復(fù)材筋板的正反面整體包裹一層碳纖維/中溫環(huán)氧平紋織物預(yù)浸料，并在周邊邊緣均留30-40mm寬度余料，折疊成直角形成翻邊。在擺放芯塊的同時(shí)依次鋪放復(fù)材筋板和橡膠塊，使復(fù)材筋板的翻邊貼實(shí)對(duì)應(yīng)箱體內(nèi)表面。操作過程可利用千斤頂輔助安裝。

22、(2)合模。將模具上蓋扣到模具上，緊固加壓螺栓，最后利用合模檢測(cè)深度銷檢測(cè)模具合模是否到位。

23、(3)烘箱固化。將模具放入烘箱后開始升溫烘箱定溫100±5℃，模具升溫至70±5℃；從烘箱取出模具；再一次緊固模具加壓螺釘；檢測(cè)合模間隙應(yīng)≤0.5mm；合格后，將模具放入烘箱，定溫170±5℃，模具升溫至130±5℃時(shí)保溫約180min。保溫時(shí)間結(jié)束后，模具隨烘箱開始冷卻降溫，烘箱溫度降至60℃后，將模具推出烘箱后準(zhǔn)備脫模。

24、(4)脫模。產(chǎn)品完成固化后，擰下模具加壓螺栓，拆卸模具上蓋，將模具內(nèi)芯塊取出，清理表面殘余樹脂，妥善放置。最后，拆卸成型陰模，將產(chǎn)品從模具脫離。

25、(5)修整。采用細(xì)砂紙打磨掉產(chǎn)品內(nèi)外表面殘留的少量局部毛刺、棱邊、階差、皺褶，并保證上箱體內(nèi)型面各局部區(qū)域平滑過渡；應(yīng)注意上箱體與下箱體的搭接交界處，必須將油箱蓋搭接處的高出部分打磨掉，保證油箱上/下箱體合蓋順暢。

26、步驟四：復(fù)材筋板鉆孔

27、在復(fù)材筋板上均勻鉆銷若干通孔(優(yōu)選地，孔徑φ20-30mm)，形成導(dǎo)流口，能夠保證滿載運(yùn)輸過程中水箱的穩(wěn)定性。其中位于水箱最高點(diǎn)及最低點(diǎn)位置對(duì)應(yīng)的復(fù)材筋板上需分別加工通孔，確保水箱橫向加注及泄載量完整。

28、步驟五：上/下箱體搭接裝配

29、在上/下箱體表面加工注水口、出水口，加工尺寸及位置應(yīng)符合相關(guān)設(shè)計(jì)圖紙要求。優(yōu)選地，采用j-133c結(jié)構(gòu)膠進(jìn)行粘接，材料執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)q/hsy?079-97，生產(chǎn)廠家：黑龍江省科學(xué)院石油化學(xué)研究院。j133c膠粘劑完成配比(甲組分：乙組分＝2：1)。上/下箱體搭接區(qū)域打磨為毛面，使用刮板將配制好的j-133c粘接膠均勻涂抹在上/下箱體的搭接區(qū)域。將下箱體放置于夾具平臺(tái)上，然后將上箱體平穩(wěn)扣到下箱體上，保證上/下箱體合緊合嚴(yán)，使粘接膠在未加壓固化前能夠明顯從上下箱體的粘接縫隙中流出。將產(chǎn)品室溫固化24～48h后(或加溫65±5℃，固化3-4h)，確認(rèn)溢出的膠液硬化后，方可脫離夾具。

30、步驟六：外觀修整

31、對(duì)箱體外表面的固化膠進(jìn)行拋光處理，要求表面光滑，確保外觀質(zhì)量。優(yōu)選地，采用細(xì)砂紙拋光。

32、步驟七：氣密檢測(cè)

33、依據(jù)產(chǎn)品相關(guān)指標(biāo)要求，對(duì)已完成裝配的水箱進(jìn)行氣密檢測(cè)，驗(yàn)證產(chǎn)品密封性能。優(yōu)選地，對(duì)水箱注水口轉(zhuǎn)接充氣接口，出水口轉(zhuǎn)接放氣接口，接口處分別安裝開關(guān)閥門；充氣接口位置安裝氣源裝置，用于箱體充氣；在放氣接口位置安裝壓力表，用于檢測(cè)箱體內(nèi)部實(shí)時(shí)壓力值。開啟進(jìn)氣閥門，關(guān)閉出氣閥門，向水箱內(nèi)部充壓縮空氣(或濃度大于95％的氦氣)，充氣同時(shí)觀察壓力表讀數(shù)，當(dāng)讀數(shù)達(dá)到指標(biāo)檢測(cè)要求時(shí)，關(guān)閉進(jìn)氣閥門，斷開氣源。靜置10～20min，待箱體內(nèi)部氣壓穩(wěn)定后，記錄壓力表讀數(shù)，作為初始?jí)毫χ?；按照要求時(shí)間進(jìn)行保壓，完畢后記錄壓力表讀數(shù)，作為終止壓力值；并記錄初始及終止時(shí)的環(huán)境溫度值，依據(jù)伯努利方程換算壓力泄漏量。

34、若產(chǎn)品滿足氣密性能指滿足標(biāo)要求，說明水箱氣密檢測(cè)合格。若產(chǎn)品不滿足氣密性能指滿足標(biāo)要求，水箱存在漏氣現(xiàn)象。優(yōu)選地，采用檢漏液(或氦質(zhì)譜儀器)進(jìn)行漏氣源鎖定，針對(duì)漏點(diǎn)位置進(jìn)行修補(bǔ)處理。

35、本發(fā)明還提供一種采用上述方法成型的高剛度碳纖維復(fù)合材料水箱。

36、本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比有如下有益效果：

37、本發(fā)明的復(fù)合材料箱體采用分體式設(shè)計(jì)，內(nèi)置若干復(fù)材筋板，上/下箱體裝配通過搭接區(qū)域結(jié)構(gòu)粘接固定，并對(duì)箱體外表面進(jìn)行碳纖維預(yù)浸料二次整體鋪層+固化成型，實(shí)現(xiàn)箱體高剛度、高密封性效果，可拓展用于大型復(fù)合材料箱體的制造。

38、本發(fā)明的基于復(fù)合材料箱體搭接位置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及鋪層工藝，既能夠達(dá)到更高的界面強(qiáng)度，又可滿足長(zhǎng)期密封不滲漏可靠性效果。本發(fā)明可兼顧復(fù)合材料箱體高剛度結(jié)構(gòu)同時(shí)實(shí)現(xiàn)密封性能，適用于類似大型復(fù)合材料箱體密封裝配成型的推廣及應(yīng)用。