一种大尺寸复合材料筒体的非热压罐成型方法技术

本发明专利技术公开了一种大尺寸复合材料筒体的非热压罐成型方法，包括：装配成型模具；将用于目标筒体成型的复合材料预浸料铺覆在芯模的外表面，随后安装阴模，使阴模和芯模组合形成目标筒体的成型模腔；芯模受热膨胀，挤压复合材料预浸料铺层，使其厚度与目标筒体的设计厚度相等，随后进行固化处理；得到目标筒体产品。通过大膨胀系数金属材料制备芯模，使成型腔的厚度在筒体设计厚度的基础上有所增大，可以在铺设复合材料预浸料时额外铺设多层预浸料，随着芯模受热膨胀，成型模腔的厚度被压缩，复合材料预浸料铺层的厚度被压缩至与筒体设计厚度相等，使得筒体在保持设计厚度的前提下，增大成型时的层间压力，也增大产品的纤维体积分数，提升力学性能。提升力学性能。提升力学性能。

【技术实现步骤摘要】
一种大尺寸复合材料筒体的非热压罐成型方法


[0001]本专利技术涉及复合材料成型
，具体是一种大尺寸复合材料筒体的非热压罐成型方法。

技术介绍

[0002]先进树脂基复合材料具有较高的比强度和比刚度、可设计性强、优异的耐腐蚀、便于大面积整体成型的独特优点，使之成为高新设备中不可或缺的战略材料。复合材料在高新设备上的大量应用可有效提高性能、减轻结构重量、降低运营成本、增强市场竞争力。目前，现有技术中复合材料成型方法从高成本的热压罐成型工艺正逐渐向低成本的树脂传递模塑(Resin TransferMolding，RTM)整体成型技术转化。
[0003]RTM工艺具有闭模成型的工艺特点，制件的内外表面均由模具型面控制，因此制件的外形尺寸精度高，通过合理的铺层优化以及成型模具设计可以实现复杂结构制件的整体化制造，有效提高结构减重效率、降低复合材料制件的制造及装配成本。但是现有技术中RTM工艺采用的模具尺寸都是根据所需成型的筒体对应设计的，即模具内型腔的厚度与筒体厚度相等。如采用干纤维织物铺层后注胶制备，由于干纤维织物铺层体松散，为了能将织物铺层体塞进阴模，不得不降低铺层数，也就是降低了目标制品的纤维体积分数；如采用预浸料铺层，纤维体积分数会有所提高，但固化成型时无法层间加压，可能会带来疏松、空隙等缺陷影响制品性能。而大多使用场景中对筒体的厚度、力学性能等又有硬性要求，例如火箭舱段等。

技术实现思路

[0004]针对上述现有技术中复合材料筒体的高力学性能要求与低成本要求不能兼顾的问题，本专利技术提供一种大尺寸复合材料筒体的非热压罐成型方法，使得筒体在保持低成本的前提下，大大提升其力学性能。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供一种大尺寸复合材料筒体的非热压罐成型方法，包括如下步骤：
[0006]步骤1，装配成型模具，所述成型模具包括阴模与芯模，其中，所述阴模为由近零膨胀材料制备，所述芯模为由大膨胀系数金属材料制成的刚性模具；
[0007]步骤2，成型模具表面处理和检测完成后，将用于大尺寸复合材料筒体成型的复合材料预浸料铺覆在芯模的外表面，随后安装阴模，使阴模与芯模组合形成目标筒体的成型模腔，包覆所有的复合材料预浸料铺层，其中，由于芯模外形尺寸较目标产品內形尺寸有所缩减，所述复合材料预浸料铺层的初始厚度大于大尺寸复合材料筒体的设计厚度；
[0008]步骤3，加热芯模使芯模受热膨胀，挤压复合材料预浸料铺层，使其厚度与大尺寸复合材料筒体的设计厚度相等，随后进行固化处理，使大尺寸复合材料筒体成型；
[0009]步骤4，拆除阴模与芯模，得到大尺寸复合材料筒体产品。
[0010]在其中一个实施例中，所述芯模为中空结构，其外形尺寸较目标筒体的内腔尺寸
有所缩小，且所述芯模内部预置加热工装。
[0011]在其中一个实施例中，所述阴模由殷瓦合金或碳纤维复合材料制成。
[0012]在其中一个实施例中，所述芯模由钢、铁或铝制成。
[0013]在其中一个实施例中，所述大尺寸复合材料筒体为圆筒结构或锥形筒或棱形筒结构。
[0014]在其中一个实施例中，步骤2中，将用于大尺寸复合材料筒体成型的复合材料预浸料逐层铺覆在芯模的外表面，各层预浸料的铺层过程中，均通过铺贴工具赶出空气，防止复材层之间出现孔隙缺陷。
[0015]在其中一个实施例中，步骤3中的具体过程为：
[0016]将成型模具放入烘箱，先开启芯模内置加热工装，使芯模按计划升温至设定温度，膨胀、保压一定时长后，再启动烘箱升温至设定温度，保温固化，随后自然降温至室温后脱模。
[0017]本专利技术提供的一种大尺寸复合材料筒体的非热压罐成型方法，通过大膨胀系数金属材料制备的芯模，使得成型模具在设计过程中能够将成型腔的厚度在筒体设计厚度的基础上略微增大，进而可以在铺设复合材料预浸料时能够额外铺设多层预浸料，并随着芯模受热膨胀，而由于阴模不膨胀，使得成型腔的厚度被略微压缩，使得复合材料预浸料的厚度被压缩至与筒体设计厚度相等，最后得到的产品相较于采用常规方法成型的筒体，由于额外铺设了多层预浸料，使得筒体在保持目标厚度的前提下，大大提升其制品纤维体积分数和强度。
附图说明
[0018]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
[0019]图1为本专利技术实施例中大尺寸复合材料筒体的非热压罐成型方法的流程示意图；
[0020]图2为本专利技术实施例中大尺寸复合材料筒体的成型模具的结构示意图；
[0021]图3为本专利技术实施例中芯模的整体结构示意图；
[0022]图4为本专利技术实施例中芯模的整体结构剖视图。
[0023]附图标号：阴模1、芯模2、主体201、加强板202、支撑架203、支撑轴204、裙边205、垫板206、固定环207、膨胀层208、第一端盖3、第一通孔301、第二端盖4、第二通孔301、加热工装5。
[0024]本专利技术目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
[0025]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0026]需要说明，本专利技术实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后
……
)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
[0027]另外，在本专利技术中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本专利技术的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
[0028]在本专利技术中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接，还可以是物理连接或无线通信连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本专利技术中的具体含义。
[0029]另外，本专利技术各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种大尺寸复合材料筒体的非热压罐成型方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1，装配成型模具，所述成型模具包括阴模与芯模，其中，所述阴模为由近零膨胀材料制备，所述芯模为由大膨胀系数金属材料制成的刚性模具；步骤2，成型模具表面处理和检测完成后，将用于大尺寸复合材料筒体成型的复合材料预浸料铺覆在芯模的外表面，随后安装阴模，使阴模与芯模组合形成目标筒体的成型模腔，包覆所有的复合材料预浸料铺层，其中，所述复合材料预浸料铺层的初始厚度大于大尺寸复合材料筒体的设计厚度；步骤3，加热芯模使芯模受热膨胀，挤压复合材料预浸料铺层，使其厚度与大尺寸复合材料筒体的设计厚度相等，随后进行固化处理，使大尺寸复合材料筒体成型；步骤4，拆除阴模与芯模，得到大尺寸复合材料筒体产品。2.根据权利要求1所述大尺寸复合材料筒体的非热压罐成型方法，其特征在于，所述芯模为中空结构，其外形尺寸较目标筒体的内形尺寸有所缩小，且所述芯模内部预置加热工装。3.根据权利要求1所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘钧，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科技大学，
类型：发明
国别省市：