一种制备复合材料曲面蜂窝结构件的模具及该结构件的制备方法技术

一种制备复合材料曲面蜂窝结构件的模具及该结构件的制备方法，涉及复合材料的蜂窝结构。为了解决现有的曲面蜂窝结构成型工艺无法制备出一体式复合材料曲面蜂窝结构。本发明专利技术中的曲面底模安装在底座上；曲面蜂窝边框模设置在曲面底模的外表面上，并围合出复合材料填充区，曲面蜂窝边框模的内壁带有第一凹槽和第一凸起，第一凹槽和第一凸起交替设置，曲面蜂窝边框模内壁的形状与曲面蜂窝结构件的外端面的形状相适应；蜂窝模块设置在所述的复合材料填充区内，蜂窝模块内表面的曲率与曲面底模外表面的曲率相同，且蜂窝模块的形状与曲面蜂窝结构件的蜂窝结构形状相同。本发明专利技术主要用于制备曲面蜂窝结构件。备曲面蜂窝结构件。备曲面蜂窝结构件。

【技术实现步骤摘要】
一种制备复合材料曲面蜂窝结构件的模具及该结构件的制备方法


[0001]本专利技术涉及一种复合材料的蜂窝结构，尤其涉及一种复合材料曲面蜂窝结构的制备方法。

技术介绍

[0002]蜂窝结构不仅应用于平板结构，还可以形成各种复杂的曲面结构，以适用于各种曲面外形，现有制作曲面蜂窝结构主要有以下工艺：
[0003]1)、将蜂窝平板结构弯曲成曲面蜂窝结构，对于铝合金材质的蜂窝平板结构因其韧性好、铝蜂窝较软，比较容易弯曲成曲面蜂窝结构，而对于复合材料蜂窝结构因其模量较高、较硬，不易弯曲成曲面蜂窝结构，由于六边形蜂窝结构是正泊松比结构，如果强制弯曲成曲面的形状会产生马鞍形的二次曲面，如图1所示，而且在使用过程中会产生较大的内应力，容易造成蜂窝结构过早的失效。
[0004]2)、钳锁技术，钳锁工艺一般用于制备四边形和三角形的格栅结构，四边形格栅结构是采用含有钳槽的环向和轴向的肋条钳锁组装成筒状结构，如图2(a)、(b)所示，但是其结构特点和普通的蜂窝状结构不同，格栅结构并不是一体式的曲面蜂窝结构，并且钳锁组装的格栅结构肋条一般较厚，而蜂窝结构肋条厚度一般较薄，且格栅结构结构形式只能为四边形和三角形，不能形成六边形蜂窝及其他复杂形状结构；另外一种钳锁工艺是近期发展而来的，具体是采用多块蜂窝平板结构组装而成曲面结构，如图3所示，仍然不是一体式的曲面蜂窝结构，该工艺的缺点是钳锁产生的凹槽会大大降低结构的承载能力，另外该结构并不是真正意义上的蜂窝夹芯筒状结构，只是从构型上形成筒状结构。
[0005]3)、3D打印技术，3D打印技术可以打印各种形式的结构，比较方便；目前，可以打印树脂材料、金属材料以及短纤维复合材料结构，长纤维复合材料3D打印技术还不成熟，而短纤维复合材料3D打印技术制备出的蜂窝结构力学性能较低，成本较高，并不适用于现代化工业生产，且3D打印工艺成本比较高。
[0006]4)纤维缠绕，纤维缠绕主要用于成型格栅结构，这种成型技术并不能成型蜂窝结构。
[0007]复合材料蜂窝结构，具有轻质、高比强度和高比刚度等优异的力学性能，被广泛的应用在航空航天结构中，但是目前复合材料曲面蜂窝结构的成型技术还尚不成熟。

技术实现思路

[0008]本专利技术需要解决的技术问题是：现有的曲面蜂窝结构成型工艺无法制备出一体式的复合材料曲面蜂窝结构，进而提供一种复合材料曲面蜂窝结构的制备方法。
[0009]本专利技术为解决上述技术问题采用的技术方案是：
[0010]一种制备复合材料曲面蜂窝结构件的模具，包括曲面底模、曲面蜂窝边框模、多个蜂窝模块和底座；所述的曲面底模为外表面带有曲率的模具，且曲面底模外表面的曲率与
曲面蜂窝结构件内表面的曲率相同，所述的曲面底模安装在底座上；所述的曲面蜂窝边框模设置在曲面底模的外表面上，并且曲面蜂窝边框模与曲面底模之间围合出复合材料填充区，所述的曲面蜂窝边框模与曲面底模的接触面的曲率与曲面底模外表面的曲率相同，所述的曲面蜂窝边框模与蜂窝模块配合使用，所述的曲面蜂窝边框模内壁的形状与曲面蜂窝结构件的外端面的形状相适应；所述的蜂窝模块设置在所述的复合材料填充区内，所述的蜂窝模块内表面的曲率与曲面底模外表面的曲率相同，且蜂窝模块的形状与曲面蜂窝结构件的蜂窝结构形状相同。
[0011]一种复合材料曲面蜂窝结构件的制备方法，具体制备过程如下：
[0012]步骤1，将曲面底模固定在底座上，在刚性的曲面底膜的外表面上涂抹脱模剂或者粘接脱模布，并将曲面蜂窝边框模安装在曲面底模的外表面上；
[0013]步骤2，将条形的复合材料预浸带沿着复合材料填充区的内壁进行铺设，然后将多个蜂窝模块紧贴在复合材料预浸带的外表面并分别插入到曲面蜂窝边框模内壁上的第一凹槽内，插装后的多个蜂窝模块的外壁之间形成具有第二凹槽和第二凸起的铺设轨道，所述的第二凹槽和第二凸起交替设置；
[0014]步骤3，继续缠绕复合材料预浸带，将复合材料预浸带沿着所述的多个蜂窝模块的外壁所形成的铺设轨道继续进行铺设，然后再将多个蜂窝模块紧贴在复合材料预浸带的外表面并分别插入到第二凹槽内，所述的插入到第二凹槽内的多个蜂窝模块的外壁之间形成新的铺设轨道；
[0015]步骤4，重复步骤3，直至复合材料填充区全部被复合材料预浸带和蜂窝模块填充上；
[0016]步骤5，复合材料预浸带缠绕完成之后，在模具和复合材料预浸带的外表面缠绕上聚酰亚胺胶带；
[0017]步骤6，缠绕好聚酰亚胺胶带的模具外侧包裹脱模布，脱模布外侧包裹透气毡，包裹完毕后放入到真空袋中进行密封和抽真空，检查密封袋是否漏气，密封完好则放入热压罐中进行固化成型，固化成型的参数设置根据不同材质的预浸带而定；
[0018]步骤7，将固化好的曲面蜂窝结构件从热压罐中取出，待温度降低到常温，脱去模具，最后形成复合材料的曲面蜂窝结构件。
[0019]本专利技术与现有技术相比产生的有益效果是：
[0020]1、本专利技术中所采用的复合材料预浸料为长纤维结构的预浸料，制备过程连续，因此制备出的复合材料曲面蜂窝结构件质量好、刚度大和强度高；
[0021]2、本专利技术制备出的复合材料曲面蜂窝结构件为一体化构件，无内应力，使用效果好；
[0022]3、本专利技术采用缠绕法的制备工艺技术，该工艺可以非常方便的成型出复合材料曲面蜂窝结构件，材料利用率高，制备方法简单、连续；
[0023]4、本专利技术采用高膨胀系数的硅橡胶蜂窝模块、曲面蜂窝边框模以及刚性的曲面底模，利用硅橡胶蜂窝模块的膨胀压力对复合材料预浸带进行挤压成型，预浸带所受压力均匀，成型出来的复合材料曲面蜂窝结构质量更加优异；
[0024]5、本专利技术中利用耐高温的聚酰亚胺胶带将模具和预浸料缠紧，不仅可以防止硅橡胶蜂窝模块掉落；而且将缠绕上预浸料的模具放在热压罐中加热、加压时，可以防止硅橡胶
曲面蜂窝边框模和硅橡胶蜂窝模块因受到高压而向一个方向偏转，导致曲面蜂窝边框模和硅橡胶蜂窝模块之间及硅橡胶蜂窝模块各自之间产生间隙，从而使成型后的曲面蜂窝结构件产生凹坑，最终影响成型质量；同时胶带的缠绕还可以对硅橡胶曲面蜂窝边框模、硅橡胶蜂窝模具因受热导致径向方向的膨胀产生束缚，使得硅橡胶曲面蜂窝边框模、硅橡胶蜂窝模具更多的膨胀向环向和轴向发展，这样环向和轴向的压力就增大了，保证了复合曲面蜂窝结构件的质量更加优异；
[0025]6、本专利技术在制备曲面蜂窝结构件之前，对曲面底模表面粘接脱模布，脱模布可以重复利用，就省略了每次曲面蜂窝结构件成型前涂抹脱模剂的步骤；并且本专利技术中高膨胀系数的蜂窝模块和曲面蜂窝边框模采用的材质为硅橡胶，因硅橡胶具有和环氧树脂不粘接的特性，省略了在硅橡胶蜂窝模块和硅橡胶曲面蜂窝边框模内表面涂抹脱模剂的步骤，减少了本申请制备曲面蜂窝结构件的制备步骤，省时省力；
[0026]7、本专利技术的成型方法不仅可以成型六边形曲面蜂窝结构件，还可以成型四边形、曲壁形蜂窝和负泊松比等类型的蜂窝结构，适用范围广。
附图说明
[0027]图1为将复本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种制备复合材料曲面蜂窝结构件的模具，其特征在于，所述的模具包括曲面底模、曲面蜂窝边框模、多个蜂窝模块和底座；所述的曲面底模为外表面带有曲率的模具，且曲面底模外表面的曲率与曲面蜂窝结构件内表面的曲率相同，所述的曲面底模安装在底座上；所述的曲面蜂窝边框模设置在曲面底模的外表面上，并且曲面蜂窝边框模与曲面底模之间围合出复合材料填充区，所述的曲面蜂窝边框模与曲面底模的接触面的曲率与曲面底模外表面的曲率相同，所述的曲面蜂窝边框模与蜂窝模块配合使用，所述的曲面蜂窝边框模内壁的形状与曲面蜂窝结构件的外端面的形状相适应；所述的蜂窝模块设置在所述的复合材料填充区内，所述的蜂窝模块内表面的曲率与曲面底模外表面的曲率相同，且蜂窝模块的形状与曲面蜂窝结构件的蜂窝结构形状相同。2.根据权利要求1所述的一种制备复合材料曲面蜂窝结构件的模具，其特征在于，所述的曲面底模为曲面壳结构、圆筒式结构或者圆柱式结构。3.根据权利要求2所述的一种制备复合材料曲面蜂窝结构件的模具，其特征在于，所述的曲面底模为刚性模具。4.根据权利要求3所述的一种制备复合材料曲面蜂窝结构件的模具，其特征在于，当所述的曲面底模为曲面壳结构时，所述的曲面蜂窝边框模为闭合的环形模具。5.根据权利要求3所述的一种制备复合材料曲面蜂窝结构件的模具，其特征在于，当所述的曲面底模为圆筒式结构或者圆柱式结构时，所述的曲面蜂窝边框模包括圆筒形的曲面蜂窝上模具和圆筒形的曲面蜂窝下模具，所述的曲面蜂窝上模具和曲面蜂窝下模具分别套在曲面底模上并间隔设置。6.根据权利要求4或5所述的一种制备复合材料曲面蜂窝结构件的模具，其特征在于，所述的蜂窝模块为六边形蜂窝模块、四边形蜂窝模块、负泊松比型蜂窝模块和曲壁形蜂窝模块。7.根据权利要求6所述的一种制备复合材料曲面蜂窝结构件的模具，其特征在于，所述的曲面蜂窝边框模和蜂窝模块的材质均为硅橡胶。8.利用权...

【专利技术属性】
技术研发人员：熊健，李志彬，高英，薛鹏程，韦兴宇，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：