基于湿法工艺的复合材料盒段结构整体化低成本制造方法技术

一种基于湿法工艺的复合材料盒段结构整体化低成本制造方法，属于复合材料成型技术领域。该制造方法包括：根据复合材料盒段结构制备成型芯模，将成型芯模连同加强筋作为铺叠膜，将其置于下蒙皮坯料上，采用湿法成型工艺进行复合材料盒段结构上蒙皮坯料的铺叠，合模封装；加热移除成型芯模中的石蜡后，向石蜡对应的异型真空筒袋持续通入压缩气体进行施压，再加热至硬质泡沫塑料热收缩变形，向硬质泡沫塑料对应的异型真空筒袋持续通入压缩气体进行施压，确保合模封装体系内全程负压，固化得到整体化低成本制造的复合材料盒段结构。该制造方法可以在完成新能源通航飞机机翼类复合材料盒段结构整体化成型的基础上，实现该类结构的低成本制造。构的低成本制造。构的低成本制造。

【技术实现步骤摘要】
基于湿法工艺的复合材料盒段结构整体化低成本制造方法


[0001]本专利技术涉及一种基于湿法工艺的复合材料盒段结构整体化低成本制造方法，属于复合材料成型


技术介绍

[0002]由蒙皮和梁、墙或肋等加强筋构成的复合材料盒段结构(如图1所示)，以其优异的承载特征广泛应用于飞行器的主承力结构，以机翼为例，传统制造模式常采用蒙皮与加强筋的分别制造，再通过二次胶接或机械连接将上下蒙皮与加强筋组合装配。由于二次胶接导致的零件及组件的多次固化，以及机械连接所引入的大量机加及装配工作，极大地增加了复合材料部件的整体制造成本；并且，装配过程引入的紧固件会更加不利于部件的减重效果。考虑到复合材料的制造成本主要源于零件的固化成本与部件的装配成本，对于通航飞行器而言，特别是新能源通航飞机，减重效果决定了飞机的续航里程，因此普遍采用胶接作为装配方式以达到减重目的，使其整体制造成本主要取决于零部件的固化过程。目前，新能源通航飞机的复合材料部件制造仍采用多次固化零组件与胶接组合模式，虽然以手糊成型为主的湿法成型工艺能够一方面从材料角度减少预浸料的制造工艺成本，另一方面采用有别于传统金属材质的玻璃钢工装，减少工装制造成本，但仍然无法减少零件的固化次数进而大幅度降低零件固化成本，因此无法达到复合材料盒段结构的整体化低成本制造。

技术实现思路

[0003]本专利技术旨在解决的技术问题是提供一种基于湿法工艺的复合材料盒段结构整体化低成本制造方法，该技术可以在完成新能源通航飞机机翼类复合材料盒段结构整体化成型的基础上，实现该类结构的低成本制造。
[0004]本专利技术的基于湿法工艺的复合材料盒段结构整体化低成本制造方法，包括：根据复合材料盒段结构制备成型芯模，成型芯模包括石蜡
‑
异型真空筒袋组合部分、硬质泡沫塑料
‑
异型真空筒袋组合部分，将成型芯模连同加强筋作为铺叠膜，将其置于下蒙皮坯料上，采用湿法成型工艺进行复合材料盒段结构上蒙皮坯料的铺叠，合模封装；
[0005]加热移除成型芯模中的石蜡后，向石蜡对应的异型真空筒袋持续通入压缩气体进行施压，再加热至硬质泡沫塑料热收缩变形，向硬质泡沫塑料对应的异型真空筒袋持续通入压缩气体进行施压，确保合模封装体系内全程负压，固化得到整体化低成本制造的复合材料盒段结构。
[0006]所述的石蜡
‑
异型真空筒袋组合部分，是制造复合材料盒段结构的前缘与前缘端部加强筋间、后缘与后缘端部加强筋间区域的成型芯模部分；
[0007]所述的硬质泡沫塑料
‑
异型真空筒袋组合部分，是制造复合材料盒段结构的中部各加强筋间区域的成型芯模部分。
[0008]所述的硬质泡沫塑料为密度小于100kg/m3的高发泡泡沫塑料，优选为聚乙烯泡沫塑料、聚氯乙烯泡沫塑料、聚苯乙烯泡沫塑料、聚氨酯泡沫塑料中的一种。
[0009]所述的蒙皮坯料为含浸树脂的纤维布，其中，树脂的凝胶温度>硬质泡沫塑料的热收缩变形温度>石蜡的熔融温度。
[0010]更具体的为：本专利技术的一种基于湿法工艺的复合材料盒段结构整体化低成本制造方法，包括以下步骤：
[0011]步骤1：按照复合材料盒段结构的前缘与前缘端部加强筋间、后缘与后缘端部加强筋间区域特征，浇注石蜡芯模，并对应制备第一异型真空筒袋，将石蜡芯模套装在第一异型真空筒袋内，得到石蜡
‑
异型真空筒袋组合部分，形成第一独立真空通路；
[0012]步骤2：按照复合材料盒段结构的中部各加强筋间区域特征，加工硬质泡沫塑料芯模，并对应制备第二异型真空筒袋，将硬质泡沫塑料芯模套装在第二异型真空筒袋内，得到硬质泡沫塑料
‑
异型真空筒袋组合部分，形成第二独立真空通路；
[0013]步骤3：按照复合材料盒段结构的结构特征，将石蜡
‑
异型真空筒袋组合部分、硬质泡沫塑料
‑
异型真空筒袋组合部分连同加强筋作为铺叠模；
[0014]步骤4：将铺叠模置于下蒙皮坯料上，采用湿法成型工艺进行上蒙皮坯料的铺叠，合模后将未固化复合材料盒段结构连同模具整体封装，形成第三独立真空通路；
[0015]步骤5：对封装体系加热，当加热至石蜡芯模熔融后，将石蜡芯模移出，向第一独立真空通路持续通入压缩气体施压，直至复合材料盒段结构固化成型；当加热至硬质泡沫塑料热收缩变形后，向第二独立真空通路持续通入压缩气体施压，直至复合材料盒段结构固化成型；固化过程中确保第三独立真空通路内全程负压，拆除封装并移除热收缩变形的硬质泡沫塑料，得到复合材料盒段结构。
[0016]所述的步骤4中，湿法成型工艺优选为手糊成型。
[0017]所述的下蒙皮坯料是通过手糊成型工艺制得。
[0018]所述的步骤5中，压缩气体的压强为0.1
‑
0.3MPa。
[0019]本专利技术的基于湿法工艺的复合材料盒段结构整体化低成本制造方法，通过采用石蜡
‑
异型真空筒袋组合部分制造复合材料盒段结构中前缘与前缘端部加强筋间、后缘与后缘端部加强筋间区域的成型芯模，采用硬质泡沫塑料
‑
异型真空筒袋组合部分制造复合材料盒段结构的中部各加强筋间区域的成型芯模；同时，利用常温下石蜡和硬质泡沫塑料的刚性状态，结合加强筋作为铺叠模完成上蒙皮坯料的铺叠过程，并且在高温下借助于石蜡熔融与硬质泡沫塑料热收缩特性完成芯模的移除，进而通过异型真空筒袋的后续加压作用，实现复合材料盒段结构的整体化制造过程。
[0020]本专利技术的具体技术方案如下，以解决上述技术难点：
[0021](1)按照前缘与前缘端部加强筋间、后缘与后缘端部加强筋间的区域特征浇注石蜡芯模并制作异型真空筒袋，再将石蜡芯模置于真空筒袋内形成第一独立真空通路，完成该区域成型芯模的制造；
[0022](2)按照各加强筋间区域特征加工硬质泡沫塑料并制作异型真空筒袋，在硬质泡沫塑料表面粘贴无孔隔离膜后，将其置于异型真空筒袋内形成第二独立真空通路，完成该区域成型芯模的制造；
[0023](3)将固化后净尺寸的加强筋与石蜡
‑
异型真空筒袋组合部分及硬质泡沫塑料
‑
异型真空筒袋组合部分相组合，作为铺叠模放置于手糊成型的下蒙皮坯料上，再手糊成型上蒙皮坯料后合模，将未固化复合材料盒段结构连同模具封装为整体，形成第三独立真空通
路；
[0024](4)熔融石蜡将其移出后向石蜡
‑
异型真空筒袋组合部分中的第一异型真空筒袋内通入压缩气体并持续加压至复合材料盒段结构固化成型；
[0025](5)硬质泡沫塑料热变形后，持续升温的同时向硬质泡沫塑料
‑
异型真空筒袋组合部分中第二异型真空筒袋内通入压缩气体并持续加压至复合材料盒段结构固化成型，固化过程中确保合模封装体系内全程负压，拆除封装并移除收缩变形后的硬质泡沫塑料，完成盒段结构复合材料部件的整体化制造。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于湿法工艺的复合材料盒段结构整体化低成本制造方法，其特征在于，根据复合材料盒段结构制备成型芯模，成型芯模包括石蜡
‑
异型真空筒袋组合部分、硬质泡沫塑料
‑
异型真空筒袋组合部分，将成型芯模连同加强筋作为铺叠膜，将其置于下蒙皮坯料上，采用湿法成型工艺进行复合材料盒段结构上蒙皮坯料的铺叠，合模封装；加热移除成型芯模中的石蜡后，向石蜡对应的异型真空筒袋持续通入压缩气体进行施压，再加热至硬质泡沫塑料热收缩变形，向硬质泡沫塑料对应的异型真空筒袋持续通入压缩气体进行施压，确保合模封装体系内全程负压，固化得到整体化低成本制造的复合材料盒段结构。2.根据权利要求1所述的基于湿法工艺的复合材料盒段结构整体化低成本制造方法，其特征在于，所述的石蜡
‑
异型真空筒袋组合部分，是制造复合材料盒段结构的前缘与前缘端部加强筋间、后缘与后缘端部加强筋间区域的成型芯模部分。3.根据权利要求1所述的基于湿法工艺的复合材料盒段结构整体化低成本制造方法，其特征在于，所述的硬质泡沫塑料
‑
异型真空筒袋组合部分，是制造复合材料盒段结构的中部各加强筋间区域的成型芯模部分。4.根据权利要求1所述的基于湿法工艺的复合材料盒段结构整体化低成本制造方法，其特征在于，所述的硬质泡沫塑料为密度小于100kg/m3的高发泡泡沫塑料。5.根据权利要求4所述的基于湿法工艺的复合材料盒段结构整体化低成本制造方法，其特征在于，所述的硬质泡沫塑料为聚乙烯泡沫塑料、聚氯乙烯泡沫塑料、聚苯乙烯泡沫塑料、聚氨酯泡沫塑料中的一种。6.根据权利要求1所述的基于湿法工艺的复合材料盒段结构整体化低成本制造方法，其特征在于，所述的蒙皮坯料为含浸树脂的纤维布，其中，树脂的凝胶温度>硬质泡沫塑料的热收缩变形温度&a...

【专利技术属性】
技术研发人员：王乾，张业伟，
申请(专利权)人：沈阳航空航天大学，
类型：发明
国别省市：