本發(fā)明涉及復合材料成型領域，具體而言，涉及一種基于不等厚模腔的復合材料與金屬骨架的連接方法。

背景技術(shù)：

1、纖維增強樹脂基復合材料是一種高性能材料，具有優(yōu)秀的剛度、機械性能、減震和減重效果，廣泛應用于游艇、豪華游輪等船舶制造領域。在大厚度復合材料成型過程中，大多涉及到復合材料與金屬框架結(jié)構(gòu)之間的連接，這兩者的連接結(jié)構(gòu)及成型質(zhì)量直接影響整體結(jié)構(gòu)的安全性與穩(wěn)定性。

2、目前含金屬框架的大厚度復合材料大多通過真空輔助工藝成型，復合材料與金屬框架的連接區(qū)域主要通過預先成型預制體，隨后再進行一體化成型，現(xiàn)有技術(shù)中申請?zhí)朿n202210668419.9的專利公開了一種一體化成型復合材料蒙皮與骨架連接方法，包括如下步驟：(1)根據(jù)骨架的結(jié)構(gòu)加工模具；(2)在模具表面鋪設增強材料，對模具進行密封，根據(jù)工藝要求固化成型u型連接件；(3)對所述u型連接件進行脫模加工；(4)將所述u型連接件內(nèi)腔膠結(jié)包裹在所述骨架上；(5)將所述u型連接件的外側(cè)與復合材料蒙皮一體成型。該專利提到的復合材料蒙皮與骨架連接方法即為預先成型復合材料預制體隨后再一體化成型復合材料蒙皮。此類成型方法的成型精度主要通過合模技術(shù)控制，樹脂灌注時復合材料位于金屬骨架與模具中間，金屬框架下方的復合材料除受到真空的壓力外，還承受金屬框架自重所帶來的壓力。雖然前期合?？删_控制復合材料與模具之間的縫隙，但合?？p隙的微小差異會使得金屬框架下方的復合材料受力不均一，部分受力大的復合材料布層之間縫隙較小，受力小的復合材料布層之間縫隙大，縫隙的不均一性使得金屬骨架與模具之間的模腔不等厚，這使得真空灌注時樹脂流速不同，縫隙小的位置即受金屬框架壓力較大的位置樹脂難以滲透完全，極大影響了復合材料與金屬框架之間的連接區(qū)域的成型質(zhì)量與結(jié)構(gòu)強度。

3、如何設計一種基于不等厚模腔的復合材料連接區(qū)域成型方法，以提高大厚度不等厚模腔的復合材料與金屬結(jié)構(gòu)連接結(jié)構(gòu)的成型質(zhì)量是本領域亟待解決的關(guān)鍵問題。

4、有鑒于此，特提出本發(fā)明。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提出一種基于不等厚模腔的復合材料與金屬骨架的連接方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中金屬骨架與模具之間的模腔不等厚，這使得真空灌注時樹脂流速不同，受金屬框架壓力較大的位置樹脂難以滲透完全，極大影響了復合材料與金屬框架之間的連接區(qū)域的成型質(zhì)量與結(jié)構(gòu)強度的問題。

2、為達到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的：

3、一種基于不等厚模腔的復合材料與金屬骨架的連接方法，所述基于不等厚模腔的復合材料與金屬骨架的連接方法包括以下步驟：

4、s1、根據(jù)復合材料殼板線型制作相應模具；

5、s2、制作連接區(qū)域的層合板預制體；

6、s3、在層合板預制體上粘接過渡區(qū)域芯材制作連接區(qū)域預制體，將連接區(qū)域預制體的厚度減??；

7、s4、在金屬骨架框架內(nèi)進行聚氨酯芯模填充；

8、s5、在金屬骨架、聚氨酯芯模上鋪設下面板纖維材料，并在模具上鋪設上面板纖維材料；

9、s6、在下面板纖維材料、上面板纖維材料上均鋪設柔性織物，所述模具、上面板纖維材料和柔性織物形成第一結(jié)構(gòu)體，所述金屬骨架、聚氨酯芯模、下面板纖維材料和柔性織物形成預結(jié)構(gòu)體；

10、s7、在預結(jié)構(gòu)體上安裝連接區(qū)域預制體、第一芯材后形成第二結(jié)構(gòu)體；

11、s8、將第二結(jié)構(gòu)體扣在第一結(jié)構(gòu)體上進行一體化成型；

12、其中，所述柔性織物的經(jīng)緯編織密度與上面板纖維材料、下面板纖維材料相比降低50％～80％，且所述柔性織物的克重與上面板纖維材料、下面板纖維材料相比增加20％～50％。

13、進一步的，所述柔性織物的鋪設厚度為1～5mm。

14、進一步的，所述柔性織物、上面板纖維材料、下面板纖維材料為同種材料體系。

15、進一步的，所述柔性織物包括第一織物和第二織物，所述第一織物鋪設在上面板纖維材料上，所述第二織物鋪設在下面板纖維材料上。

16、進一步的，所述過渡區(qū)域芯材、第一芯材的材質(zhì)為聚氨酯泡沫、聚甲基丙烯酰亞胺泡沫、聚醚酰亞胺泡沫、聚苯乙烯泡沫、聚氯乙烯泡沫、聚乙烯泡沫和丙烯腈-苯乙烯泡沫中的至少一種。

17、進一步的，所述柔性織物、上面板纖維材料、下面板纖維材料為玻璃纖維、碳纖維和芳綸纖維材料體系中的至少一種。

18、進一步的，所述金屬骨架的材質(zhì)為鋼、鋁合金、鎂合金、銅合金和鈦合金中的至少一種。

19、進一步的，所述模具材質(zhì)為金屬、木材和復合材料中的至少一種。

20、進一步的，所述復合材料、層合板預制體的基體樹脂為不飽和聚酯樹脂、乙烯基樹脂、酚醛樹脂、環(huán)氧樹脂和雙馬樹脂中的至少一種。

21、進一步的，所述復合材料、層合板預制體的成型工藝為液體成型工藝、預浸料成型工藝、手糊成型工藝中的一種。

22、本發(fā)明的提出一種基于不等厚模腔的復合材料與金屬骨架的連接方法，相對于現(xiàn)有技術(shù)而言，本發(fā)明所述的一種基于不等厚模腔的復合材料與金屬骨架的連接方法具有以下有益效果：

23、(1)本發(fā)明所述的一種基于不等厚模腔的復合材料與金屬骨架的連接方法，通過減薄連接區(qū)域預制體的厚度，一方面、避免了連接區(qū)域預制體厚度較大使得樹脂難以滲透下方織物，避免出現(xiàn)成型缺陷；另一方面、為鋪設柔性織物提供鋪設空間。

24、(2)本發(fā)明所述的一種基于不等厚模腔的復合材料與金屬骨架的連接方法，在下面板纖維材料、上面板纖維材料上均鋪設柔性織物，柔性織物易延伸，可有效避免連接區(qū)域預制體與下面板纖維材料、上面板纖維材料之間的縫隙不均一性，從而避免真空灌注時樹脂流速不均一。

25、(3)本發(fā)明所述的一種基于不等厚模腔的復合材料與金屬骨架的連接方法，連接方法簡單，材料易得，可有效提升大厚度不等厚模腔的復合材料與金屬結(jié)構(gòu)連接結(jié)構(gòu)的成型質(zhì)量。

技術(shù)特征：

1.一種基于不等厚模腔的復合材料與金屬骨架的連接方法，其特征在于，所述基于不等厚模腔的復合材料與金屬骨架的連接方法包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于不等厚模腔的復合材料與金屬骨架的連接方法，其特征在于，所述柔性織物(3)的鋪設厚度為1～5mm。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于不等厚模腔的復合材料與金屬骨架的連接方法，其特征在于，所述柔性織物(3)、上面板纖維材料(2)、下面板纖維材料(6)為同種材料體系。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于不等厚模腔的復合材料與金屬骨架的連接方法，其特征在于，所述柔性織物(3)包括第一織物(31)和第二織物(32)，所述第一織物(31)鋪設在上面板纖維材料(2)上，所述第二織物(32)鋪設在下面板纖維材料(6)上。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于不等厚模腔的復合材料與金屬骨架的連接方法，其特征在于，所述過渡區(qū)域芯材(4)、第一芯材(9)的材質(zhì)為聚氨酯泡沫、聚甲基丙烯酰亞胺泡沫、聚醚酰亞胺泡沫、聚苯乙烯泡沫、聚氯乙烯泡沫、聚乙烯泡沫和丙烯腈-苯乙烯泡沫中的至少一種。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于不等厚模腔的復合材料與金屬骨架的連接方法，其特征在于，所述柔性織物(3)、上面板纖維材料(2)、下面板纖維材料(6)為玻璃纖維、碳纖維和芳綸纖維材料體系中的至少一種。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于不等厚模腔的復合材料與金屬骨架的連接方法，其特征在于，所述金屬骨架(8)的材質(zhì)為鋼、鋁合金、鎂合金、銅合金和鈦合金中的至少一種。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于不等厚模腔的復合材料與金屬骨架的連接方法，其特征在于，所述模具(1)材質(zhì)為金屬、木材和復合材料中的至少一種。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于不等厚模腔的復合材料與金屬骨架的連接方法，其特征在于，所述復合材料、層合板預制體(5)的基體樹脂為不飽和聚酯樹脂、乙烯基樹脂、酚醛樹脂、環(huán)氧樹脂和雙馬樹脂中的至少一種。

10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于不等厚模腔的復合材料與金屬骨架的連接方法，其特征在于，所述復合材料、層合板預制體(5)的成型工藝為液體成型工藝、預浸料成型工藝和手糊成型工藝中的一種。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供一種基于不等厚模腔的復合材料與金屬骨架的連接方法，包括：根據(jù)復合材料殼板線型制作模具；制作連接區(qū)域?qū)雍习孱A制體；制作連接區(qū)域預制體；在金屬骨架框架內(nèi)進行聚氨酯芯模填充；在金屬骨架、聚氨酯芯模上鋪設下面板纖維材料，并在模具上鋪設上面板纖維材料；在下面板纖維材料、上面板纖維材料上均鋪設柔性織物，模具、上面板纖維材料和柔性織物形成第一結(jié)構(gòu)體，金屬骨架、聚氨酯芯模、下面板纖維材料和柔性織物形成預結(jié)構(gòu)體；在預結(jié)構(gòu)體上安裝連接區(qū)域預制體、第一芯材后形成第二結(jié)構(gòu)體；將第二結(jié)構(gòu)體扣在第一結(jié)構(gòu)體上進行一體化成型。本發(fā)明所述的連接方法，可避免真空灌注時樹脂流速不均一，進而可提升成型質(zhì)量與結(jié)構(gòu)強度。

技術(shù)研發(fā)人員：吳醫(yī)博,羅浩,陶紅波,王萌,崔進,桂林,張朋,郭萬濤
受保護的技術(shù)使用者：洛陽船舶材料研究所（中國船舶集團有限公司第七二五研究所）
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/23