專利名稱：一種曲線復合材料管成型工藝的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及一種曲線復合材料管的成型工藝，屬于樹脂基結(jié)構(gòu)復合材料加工技術(shù)領域。
背景技術(shù)：
當前，航天結(jié)構(gòu)復合材料已進入快速發(fā)展階段，新型號對結(jié)構(gòu)減重、高效提出了更高的要求，復合材料是實現(xiàn)這些關鍵技術(shù)的重要手段之一。復合材料整體成型技術(shù)，是目前世界上航空航天復合材料領域內(nèi)重點發(fā)展的制造技術(shù)之一，整體成型制造技術(shù)可充分發(fā)揮復合材料的可設計性，使部分構(gòu)件的零部件整體集成，提高結(jié)構(gòu)整體功能，達到減重、高效要求。國外復合材料成型主要采用整體熱壓罐成型工藝，在復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，并已獲得廣泛應用。由于熱膨脹模法不但降低了復合材料制品的成本，而且還為復合材料一次固化成型創(chuàng)造了條件，所以，美、法、德等國都很重視熱膨脹模法工藝技術(shù)的研究，美國主要是用于航空航天等高技術(shù)及軍事應用領域。我國結(jié)構(gòu)復合材料經(jīng)過多年的發(fā)展，基礎研究和應用研究都取得了重大成果，在航天航空及民用領域獲得了廣泛應用。但對于軟模輔助成型技術(shù)、特殊型面產(chǎn)品精度控制的優(yōu)化及基礎研究還很欠缺，經(jīng)驗控制因素較多。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，對復合材料的進一步發(fā)展具有十分重大的意義。在國外文獻中曾提到過采用軟模輔助成型航空航天要求的復合材料結(jié)構(gòu)件，但在公開發(fā)表的文獻中未見有曲線復合材料管在天線反射面應用的報告。國內(nèi)文獻未見有關曲線復合材料管的研究和應用報道。作為一門新的技術(shù)，曲線復合材料管涉及設計、計算、材料、工藝、控制等許多科學方面的問題，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)品精度高的復合材料管，尚需在理論與制造工藝上實現(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，提供一種曲線復合材料管的成型工藝，使成型后的曲線復合材料管易于脫模，尺寸及曲率面精度滿足要求，同時保持了復合材料結(jié)構(gòu)質(zhì)量效率高、性能好的特點。本發(fā)明的技術(shù)解決方案是一種曲線復合材料管成型工藝，通過以下步驟實現(xiàn)第一步，成型模具制造，曲線復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)壁的軟模和兩個成型翻邊的軟模，成型管內(nèi)壁的軟模的外型與曲線復合材料管內(nèi)部形狀一致、尺寸小于曲線復合材料管內(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、兩個側(cè)擋塊和兩個堵蓋，上蓋板、側(cè)擋塊和下底板通過螺栓機械連接，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合材料管的外側(cè)面形狀一致；第二步，制備預浸料；第三步，預浸料鋪疊，A3. 1、在成型管內(nèi)壁的軟模上鋪疊曲線復合材料管的內(nèi)壁，在下底板上鋪曲線復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合材料管內(nèi)抽出后得到制品。所述第三步中90°預浸料占總鋪層的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行，固化工藝為，真空表壓不大于-0. 097MPa，再以0. IMPa 0. 3MPa冷壓測試通過后帶壓升溫，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)明通過復合材料鋪層設計以及成型工藝的控制，解決了曲線復合材料管成型后易產(chǎn)生變形的問題，達到了產(chǎn)品精度控制要求；(4)采用本發(fā)明成型的曲線復合材料管，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，其工藝過程簡單，操作方便，具有很強的實用性。


圖1為本發(fā)明工藝流程圖；圖2為本發(fā)明曲線復合材料管結(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。
具體實施例方式以下結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步描述，本發(fā)明的成型工藝如圖1所示，包括如下步驟1、成型模具設計、制造曲線復合材料管依靠產(chǎn)品成型模和硅橡膠軟模輔助成型，采用整體成型技術(shù)，達到曲線復合材料管一次成型，解決了曲線復合材料管兩側(cè)伸出部位加壓難和整體質(zhì)量不易控制等難題，達到產(chǎn)品一次成型且滿足尺寸精度要求。曲線復合材料管模具設計為封閉、組合式硬模，在復合材料管內(nèi)腔采用硅橡膠軟模，加熱固化時通過硅橡膠軟膜提供足夠的壓力。根據(jù)成型壓力計算硅橡膠軟模的尺寸，解決了曲線復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，設計金屬硬模。曲線復合材料管結(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、兩個側(cè)擋塊和兩個堵蓋，上蓋板、側(cè)擋塊和下底板通過螺栓機械連接，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計按復合材料管成型壓力和硅橡膠膨脹特性進行計算。本發(fā)明根據(jù)大量試驗和研究，確定了硅橡膠軟模尺寸按復合材料管成型壓力0. 3MPa-0. 6MPa及硅橡膠膨脹特性(一般為3% -10%收縮量)進行計算。硅橡膠軟模包括成型管內(nèi)壁的軟模和兩個成型翻邊的軟模，成型管內(nèi)壁的軟模的外型與曲線復合材料管內(nèi)部形狀一致、尺寸小于曲線復合材料管內(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；硅橡膠配膠后進行脫泡、澆注，于烘箱中進行后處理，升溫速率20°C -40°C /h，固化溫度 1700C _190°C，固化時間 3h-5h。2、預浸料制備
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根據(jù)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)強度及具體使用工況要求選擇預浸料種類，本實施例中采用碳纖維復合材料。以下給出碳纖維復合材料的制備方法，在實際生產(chǎn)中可以根據(jù)具體的產(chǎn)品性能和結(jié)構(gòu)來設計，其具體的性能和指標根據(jù)預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，制成干法樹脂基復合材料預浸料。增強材料選用碳纖維，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合材料預浸料，其中濕法預浸料樹脂質(zhì)量占混合物總質(zhì)量的40% -46% ；干法預浸料樹脂質(zhì)量占混合物總質(zhì)量的 32% -38%。復合材料濕法預浸料的質(zhì)量指標要求見表1。表1復合材料濕法預浸料的質(zhì)量指標
權(quán)利要求
1.一種曲線復合材料管成型工藝，其特征在于通過以下步驟實現(xiàn)第一步，成型模具制造，曲線復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)壁的軟模和兩個成型翻邊的軟模，成型管內(nèi)壁的軟模的外型與曲線復合材料管內(nèi)部形狀一致、尺寸小于曲線復合材料管內(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、兩個側(cè)擋塊和兩個堵蓋，上蓋板、側(cè)擋塊和下底板通過螺栓機械連接，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合材料管的外側(cè)面形狀一致； 第二步，制備預浸料； 第三步，預浸料鋪疊，A3. 1、在成型管內(nèi)壁的軟模上鋪疊曲線復合材料管的內(nèi)壁，在下底板上鋪曲線復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所述的一種曲線復合材料管成型工藝，其特征在于所述第三步中 90°預浸料占總鋪層的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，后處理時間3h 5h。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種曲線復合材料管成型工藝，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行，固化工藝為，真空表壓不大于-0. 097MPa，再以0. IMPa 0. 3ΜΙ^冷壓測試通過后帶壓升溫，升溫速率10°C 40°C /h，最后在150°C 180°C固化，固化時間汕 5h，隨爐降至室溫。
全文摘要
一種曲線復合材料管成型工藝，通過制造成型模具、預浸料制備、鋪疊、模具組裝、固化、脫模等步驟成型曲線復合材料管。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，達到產(chǎn)品一次成型且滿足尺寸精度要求；本發(fā)明通過復合材料鋪層設計以及成型工藝的控制，解決了曲線復合材料管成型后易產(chǎn)生變形的問題，達到了產(chǎn)品精度控制要求；采用本發(fā)明成型的曲線復合材料管，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B29L23/00GK102320139SQ20111017010
公開日2012年1月18日 申請日期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 申請人:航天材料及工藝研究所