本發(fā)明涉及材料復(fù)合，尤其是涉及一種正交結(jié)構(gòu)芯材及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、隨著航空制造技術(shù)的不斷發(fā)展，碳纖維、玻璃纖維等纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料以其高的比強(qiáng)度、比模量及良好的抗疲勞性和耐腐蝕性獲得廣泛應(yīng)用，并已在某些關(guān)鍵部位代替金屬。然而，復(fù)合材料在生產(chǎn)和使用過程中，不可避免地會產(chǎn)生分層、脫粘、夾雜等缺陷，這些缺陷將嚴(yán)重影響復(fù)合材料構(gòu)件的力學(xué)性能和整體完整性，各種無損檢測方法是保證復(fù)合材料可靠使用的重要手段。為了滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要求和降低制造成本，越來越多整體成型的復(fù)合材料構(gòu)件被廣泛使用，而這些復(fù)雜結(jié)構(gòu)中普遍存在r過渡區(qū)。r過渡區(qū)為曲面且空間尺寸狹小，十分不利于缺陷的檢測。同時(shí)，r區(qū)多為應(yīng)力集中區(qū)域，對缺陷的容忍度較小，且在制造過程中極易出現(xiàn)缺陷。因此，對r區(qū)的質(zhì)量控制就顯得非常重要。

2、現(xiàn)有的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件在r區(qū)101位置通常使用單向帶預(yù)浸料填充，如圖1和圖2所示，實(shí)際生產(chǎn)時(shí)裁剪相應(yīng)尺寸的單向帶預(yù)浸料103，沿垂直于單向帶纖維方向卷搓單向帶預(yù)浸料103，形成一根圓柱形單向帶預(yù)浸料芯材。使用時(shí)將圓柱形單向帶預(yù)浸料芯材放置在復(fù)合材料r區(qū)101位置，并使用熱熨斗熨壓圓柱形芯材，并跟隨其余材料層102一同固化。

3、傳統(tǒng)芯材在制備和使用過程中存在以下缺陷：a、單向帶預(yù)浸料103在卷搓過程中容易裹氣，且氣體不易排出，造成制備出的單向帶預(yù)浸料芯材內(nèi)部壓實(shí)不足，導(dǎo)致固化出的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件在r區(qū)101位置出現(xiàn)無損故障；b、使用熱熨斗熨壓芯材時(shí)，在r區(qū)101尖角位置無法有效填充，造成該位置出現(xiàn)空腔，導(dǎo)致固化出的復(fù)合材料在r區(qū)101尖角位置出現(xiàn)無損故障；c、使用熱熨斗熨壓芯材時(shí)，芯材無法有效壓實(shí)，在r區(qū)101出現(xiàn)凸起，導(dǎo)致固化后的復(fù)合材料構(gòu)件表面出現(xiàn)凸起，不滿足外觀要求或裝配要求；d、制備出的芯材纖維均為同一方向，沿纖維方向強(qiáng)度較高，非纖維方向?yàn)闃渲?lián)結(jié)，強(qiáng)度不足，復(fù)合材料制件固化完成收到應(yīng)力后，芯材在非纖維方向會受力開裂，導(dǎo)致固化出的復(fù)合材料在r區(qū)101位置出現(xiàn)無損故障。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種正交結(jié)構(gòu)芯材及其制備方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中在r區(qū)尖角位置無法有效填充，造成出現(xiàn)空腔的問題，本發(fā)明的正交結(jié)構(gòu)芯材的形狀與復(fù)合材料構(gòu)件r區(qū)的匹配度高，避免了傳統(tǒng)卷搓方式造成的芯材裹氣導(dǎo)致填充不足，造成r區(qū)位置出現(xiàn)無損故障，避免熨壓不足造成的表觀故障。

2、本發(fā)明提供的一種正交結(jié)構(gòu)芯材，包括多組坯料層，多組所述坯料層的厚度相等且寬度不等，多組所述坯料層由下到上堆疊且寬度逐漸減小或逐漸增大，多層所述坯料層的中線在同一豎線上。

3、作為本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選方案，所述坯料層包括多層單向帶預(yù)浸料，多層所述單向帶預(yù)浸料按不同的鋪層角度鋪疊。

4、作為本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選方案，所述正交結(jié)構(gòu)芯材的鋪層角度為[45°/0°/-45°/90°]。

5、作為本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選方案，所述坯料層包括4層單向帶預(yù)浸料。

6、本發(fā)明還提供了一種正交結(jié)構(gòu)芯材的制備方法，用于制備所述的正交結(jié)構(gòu)芯材，包括步驟：

7、a、裁剪單向帶預(yù)浸料；

8、b、按照不同的鋪層角度鋪疊多層所述單向帶預(yù)浸料，多層單向帶預(yù)浸料形成坯料層；

9、c、依據(jù)復(fù)合材料r區(qū)尺寸裁剪不同寬度的所述坯料層，將不同寬度的坯料層依次向上或向下堆疊并保持中間對齊，多層坯料層形成芯材胚料；

10、d、將芯材胚料放置到芯材成型模具中并通過熱壓成型。

11、作為本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選方案，步驟b中：按照[45°/0°/-45°/90°]的鋪層角度鋪疊多層所述單向帶預(yù)浸料。

12、作為本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選方案，步驟b中：將鋪疊完成后的多層所述單向帶預(yù)浸料封制于真空袋中并對鋪層進(jìn)行預(yù)抽真空，預(yù)抽真空度≥-0.085mpa，預(yù)抽時(shí)間≥15min。

13、作為本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選方案，步驟c中最小寬度的坯料層的寬度為2mm，多層坯料層形成倒金字塔狀的芯材胚料。

14、作為本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選方案，所述芯材成型模具包括成型壓板和芯材模具組件，在所述芯材模具組件上設(shè)置有與復(fù)合材料構(gòu)件r區(qū)相適配的擠壓槽，所述擠壓槽開口向上設(shè)置，所述成型壓板壓蓋于所述芯材模具組件上并密封所述擠壓槽的上開口設(shè)置。

15、作為本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選方案，所述芯材模具組件包括多個(gè)芯材模具單元，多個(gè)芯材模具單元之間并排相貼靠連接，在所述芯材模具單元的頂端兩側(cè)分別設(shè)置有與復(fù)合材料構(gòu)件r區(qū)相適配的倒圓角，相鄰兩個(gè)所述芯材模具單元之間的所述倒圓角拼接形成所述擠壓槽；所述芯材模具組件還包括固定螺栓，在所述芯材模具單元上設(shè)置有橫向的穿孔，多個(gè)所述芯材模具單元上的穿孔相對應(yīng)設(shè)置，所述固定螺栓穿過多個(gè)所述芯材模具單元上的穿孔將多個(gè)所述芯材模具單元固定連接。

16、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明有以下積極效果：

17、本發(fā)明提供的正交結(jié)構(gòu)芯材，包括多組坯料層，多組所述坯料層的厚度相等且寬度不等，多組所述坯料層由下到上堆疊且寬度逐漸減小或逐漸增大，多層所述坯料層的中線在同一豎線上。本發(fā)明的正交結(jié)構(gòu)芯材設(shè)置鋪疊的坯料層，依據(jù)芯材模具組件r尺寸逐層增加坯料層寬度，堆疊成倒金字塔形狀正交結(jié)構(gòu)芯材，堆疊形成的正交結(jié)構(gòu)芯材的兩側(cè)形成階梯狀結(jié)構(gòu)，多組坯料層堆疊形成的正交結(jié)構(gòu)芯材與復(fù)合材料構(gòu)件r區(qū)的尺寸相似，與復(fù)合材料構(gòu)件r區(qū)的匹配度高，避免了傳統(tǒng)卷搓方式造成的芯材裹氣導(dǎo)致填充不足，造成r區(qū)位置出現(xiàn)無損故障，避免熨壓不足造成的表觀故障，解決了傳統(tǒng)芯材制備方式造成的內(nèi)部無損問題及外部的表面質(zhì)量問題。

技術(shù)特征：

1.一種正交結(jié)構(gòu)芯材，其特征在于，包括多組坯料層（31），多組所述坯料層（31）的厚度相等且寬度不等，多組所述坯料層（31）由下到上堆疊且寬度逐漸減小或逐漸增大，多層所述坯料層（31）的中線在同一豎線上。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種正交結(jié)構(gòu)芯材，其特征在于，所述坯料層（31）包括多層單向帶預(yù)浸料，多層所述單向帶預(yù)浸料按不同的鋪層角度鋪疊。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種正交結(jié)構(gòu)芯材，其特征在于，所述正交結(jié)構(gòu)芯材（3）的鋪層角度為[45°/0°/-45°/90°]。

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種正交結(jié)構(gòu)芯材，其特征在于，所述坯料層（31）包括4層單向帶預(yù)浸料。

5.一種正交結(jié)構(gòu)芯材的制備方法，其特征在于，用于制備權(quán)利要求1-4中任意一項(xiàng)所述的正交結(jié)構(gòu)芯材，包括步驟：

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種正交結(jié)構(gòu)芯材的制備方法，其特征在于，步驟b中：按照[45°/0°/-45°/90°]的鋪層角度鋪疊多層所述單向帶預(yù)浸料。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種正交結(jié)構(gòu)芯材的制備方法，其特征在于，步驟b中：將鋪疊完成后的多層所述單向帶預(yù)浸料封制于真空袋中并對鋪層進(jìn)行預(yù)抽真空，預(yù)抽真空度≥-0.085mpa，預(yù)抽時(shí)間≥15min。

8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種正交結(jié)構(gòu)芯材的制備方法，其特征在于，步驟c中最小寬度的坯料層的寬度為2?mm，多層坯料層形成倒金字塔狀的芯材胚料。

9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種正交結(jié)構(gòu)芯材的制備方法，其特征在于，所述芯材成型模具包括成型壓板（204）和芯材模具組件，在所述芯材模具組件上設(shè)置有與復(fù)合材料構(gòu)件r區(qū)相適配的擠壓槽（201），所述擠壓槽（201）開口向上設(shè)置，所述成型壓板（204）壓蓋于所述芯材模具組件上并密封所述擠壓槽（201）的上開口設(shè)置。

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種正交結(jié)構(gòu)芯材的制備方法，其特征在于，所述芯材模具組件包括多個(gè)芯材模具單元（202），多個(gè)芯材模具單元（202）之間并排相貼靠連接，在所述芯材模具單元（202）的頂端兩側(cè)分別設(shè)置有與復(fù)合材料構(gòu)件r區(qū)相適配的倒圓角，相鄰兩個(gè)所述芯材模具單元（202）之間的所述倒圓角拼接形成所述擠壓槽（201）；所述芯材模具組件還包括固定螺栓，在所述芯材模具單元（202）上設(shè)置有橫向的穿孔（203），多個(gè)所述芯材模具單元（202）上的穿孔（203）相對應(yīng)設(shè)置，所述固定螺栓穿過多個(gè)所述芯材模具單元（202）上的穿孔（203）將多個(gè)所述芯材模具單元（202）固定連接。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供了一種正交結(jié)構(gòu)芯材及其制備方法，涉及材料復(fù)合技術(shù)領(lǐng)域，以解決現(xiàn)有技術(shù)中在R區(qū)尖角位置無法有效填充，造成出現(xiàn)空腔的問題，該正交結(jié)構(gòu)芯材包括多組坯料層，多組所述坯料層的厚度相等且寬度不等，多組所述坯料層由下到上堆疊且寬度逐漸減小或逐漸增大，多層所述坯料層的中線在同一豎線上。本發(fā)明的正交結(jié)構(gòu)芯材形狀與復(fù)合材料構(gòu)件R區(qū)的匹配度高，避免了傳統(tǒng)卷搓方式造成的芯材裹氣導(dǎo)致填充不足，造成R區(qū)位置出現(xiàn)無損故障，避免熨壓不足造成的表觀故障。

技術(shù)研發(fā)人員：周發(fā)瀾,周才超,付濤,肖俊杰,董濤,趙帥帥
受保護(hù)的技術(shù)使用者：成都市泰格爾航天航空科技有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/2