CN103042804B - 一种复合材料蜂窝夹芯管的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种复合材料蜂窝夹芯管的制备方法，包括以下步骤：准备柱状阳模，在阳模表面涂覆脱模材料；在脱模材料表面铺覆预浸渍纤维或织物预浸料，采用真空袋压同时加热的工艺对其进行固化成型，得到内壁；在所得内壁的外表面依次铺覆胶膜和蜂窝芯材，再次采用真空袋压同时加热的工艺使蜂窝芯材通过胶膜固化粘接于内壁的外表面；在蜂窝芯材的外表面依次铺覆胶膜和预浸渍纤维，或者依次铺覆胶膜和织物预浸料，再次采用真空袋压同时加热的工艺进行固化成型，使蜂窝芯材的外表面成型得到外壁；采用物理拔出方式脱出柱状阳模，得到复合材料蜂窝夹芯管。本发明的制备方法具有简便易行、所需设备要求低、设备投入小、产品质量好等优点。
Description
技术领域
本发明属于高分子复合材料管件制造领域，尤其涉及一种复合材料蜂窝夹芯管的制备方法。
背景技术
复合材料蜂窝夹芯管由纤维增强聚合物复合材料内壁、蜂窝芯材和复合材料外壁组成。和复合材料实心壁管相比，蜂窝夹芯管在结构减重、结构刚度和抗局部屈曲失稳方面具有显著优势，因而被广泛用于对结构重量和刚度要求苛刻的航空航天领域，如轻质机翼结构主梁和飞艇的主框架结构。美国的太阳神无人机机翼主梁就是采用复合材料蜂窝夹芯管结构，芯材为Nomex芳纶蜂窝，管壁采用的是芳族纤维增强环氧树脂制造；意大利的Heliplat无人机机翼主梁同样采用复合材料蜂窝夹芯管结构，其中复合材料为高模量碳纤维M55J增强环氧树脂，而蜂窝芯材则采用Nomex芳纶蜂窝。复合材料蜂窝夹芯管性能优异，但制造困难，工艺复杂，尤其是对于具有大长径比几何结构特征的复合材料蜂窝夹芯管，既要保证复合材料管壁的高纤维体积含量以确保其力学性能，又要确保复合材料夹芯管能从模具上顺利脱出，这些都使得大长径比复合材料蜂窝夹芯管的制备成为一项亟待解决的关键性技术问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种简便易行、所需设备要求低、设备投入小、产品质量好的复合材料蜂窝夹芯管的制备方法。
为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为一种复合材料蜂窝夹芯管的制备方法，包括以下步骤：
（1）准备柱状阳模，在阳模表面涂覆脱模材料；
（2）在脱模材料表面铺覆预浸渍纤维或织物预浸料，采用真空袋压同时加热的工艺（采用常规工艺参数即可）对预浸渍纤维或织物预浸料进行固化成型，在阳模表面得到复合材料蜂窝夹芯管的内壁；
（3）在所得内壁的外表面依次铺覆胶膜和蜂窝芯材，再次采用真空袋压同时加热的工艺使所述蜂窝芯材通过胶膜固化粘接于内壁的外表面；
（4）在蜂窝芯材的外表面依次铺覆胶膜和预浸渍纤维，或者依次铺覆胶膜和织物预浸料，再次采用真空袋压同时加热的工艺对预浸渍纤维或织物预浸料进行固化成型，使所述蜂窝芯材的外表面成型得到复合材料蜂窝夹芯管的外壁；
（5）采用物理拔出方式脱出柱状阳模，得到复合材料蜂窝夹芯管。
上述的复合材料蜂窝夹芯管的制备方法，所述脱模材料优选包括脱模剂和玻璃纸，所述脱模剂涂覆于阳模表面，所述玻璃纸铺覆在脱模剂上。更优选的，所述玻璃纸又称赛璐玢，是一种透明有光泽、脆性易碎的再生纤维素薄膜，即在外力作用容易破碎。所述玻璃纸的厚度优选小于0.05mm。
上述的复合材料蜂窝夹芯管的制备方法，所述复合材料蜂窝夹芯管优选为管长与管径之比不小于10∶1的大长径比复合材料蜂窝夹芯管。本发明的上述制备工艺在用于制备大长径比复合材料蜂窝夹芯管时，其工艺优势表现得更加明显。
上述的复合材料蜂窝夹芯管的制备方法，所述内壁或外壁优选为纤维增强聚合物复合材料，所述纤维增强聚合物复合材料中的增强纤维优选为玻璃纤维、碳纤维、凯夫拉纤维、碳化硅纤维或硼纤维，所述纤维增强聚合物复合材料中的聚合物基体优选为环氧树脂、不饱和聚酯树脂、酚醛树脂或氰酸酯树脂。
上述的复合材料蜂窝夹芯管的制备方法，所述蜂窝芯材优选为铝蜂窝或Nomex芳纶蜂窝。
上述的复合材料蜂窝夹芯管的制备方法，所述阳模优选为圆柱体、圆台体或椭圆柱体形状，相应的，可以成型得到等径管状、带锥度管状或其他变直径管状的复合材料蜂窝夹芯管。所述阳模的长度优选大于拟成型的复合材料蜂窝夹芯管的长度，以便于在脱模时直接拔出所述阳模。所述阳模优选为表面光洁的刚性模具，为保证所述阳模表面的高光洁度，可以在其表面进行镀铬；其刚性则体现于当阳模两端固定水平放置时无明显悬垂（即重心下降距离不大于跨距的千分之一）。所述阳模可以为单个整体性模具或组合式模具。
上述的复合材料蜂窝夹芯管的制备方法，优选的，所述真空袋压同时加热的工艺主要包括：在预浸渍纤维或织物预浸料表面依次覆盖脱模布、透气毡和真空袋膜，使真空袋膜包覆预浸渍纤维或织物预浸料并形成模腔，然后利用真空泵对模腔抽真空，再将阳模连同真空袋膜一起放入烘箱中进行加热固化，直至固化成型得到相应的纤维增强聚合物复合材料。
与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明的制备方法简便易行，所需设备要求低，设备投入小，在优选的方案中，通过创新性地使用脆性玻璃纸作为脱模辅助材料，可以大大减少粘模情况的发生，使脱模过程所需载荷减小，脱模操作更为简便。采用本发明制备方法制得的复合材料蜂窝夹芯管产品具有质量稳定、可控性好、易于实现产业化等优点。
附图说明
图1为本发明实施例1中制备方法获得的复合材料蜂窝夹芯管的结构示意图。
图2为本发明实施例2中制备方法获得的复合材料蜂窝夹芯管的结构示意图。
具体实施方式
以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。
实施例1：
一种如图1所示的复合材料蜂窝夹芯管的制备方法，包括以下步骤：
（1）准备长4.5m、直径为70mm的圆柱状金属阳模，在阳模表面涂覆硅油，再将玻璃纸贴在涂覆硅油后的金属阳模表面；阳模为表面光洁镀铬的刚性模具，玻璃纸为脆性易碎的再生纤维素薄膜，厚度为0.04mm；
（2）在玻璃纸表面铺覆两层预浸渍环氧树脂E51的1k碳布预浸料，具体铺覆位置位于阳模中间4.2m长的区域；采用真空袋压同时加热的工艺对该碳布预浸料进行固化成型，在阳模表面得到碳纤维复合材料蜂窝夹芯管的内壁；本步骤中的真空袋压同时加热的工艺主要包括：在碳布预浸料表面依次覆盖多空隔离膜、脱模布和透气毡，最外面用真空袋膜包覆并用密封胶条密封，使真空袋膜包覆碳布预浸料并形成模腔，然后利用真空泵对模腔抽真空，再将阳模连同真空袋膜及其包覆物一起放入烘箱中进行加热固化，在80℃下加热4小时后自然冷却，直至树脂固化成型依次去除真空袋膜、透气毡、脱模布和多空隔离膜，得到相应的碳纤维增强环氧树脂基复合材料作为内壁；
（3）在所得内壁的外表面依次铺覆0.2mm厚的胶膜和边长2mm、高4mm的Nomex蜂窝芯材，再次采用上述步骤（2）中的真空袋压同时加热的工艺使蜂窝芯材通过胶膜固化粘接于内壁的外表面；
（4）在蜂窝芯材的外表面依次铺覆0.2mm厚的胶膜和三层预浸渍环氧树脂E51的1k碳布预浸料（长度与内壁相同），再次采用上述步骤（2）中真空袋压同时加热的工艺对碳布预浸料进行固化成型，使蜂窝芯材的外表面成型得到复合材料蜂窝夹芯管的外壁；
（5）将成型后的复合材料蜂窝夹芯管的外壁一端卡住，另一端用手工葫芦慢慢拔出柱状阳模，即可得到长4.2m、内径70mm的碳纤维复合材料Nomex蜂窝夹芯管。
实施例2：
一种如图2所示带锥度的复合材料蜂窝夹芯管制备方法，包括以下步骤：
（1）准备长4.0m、大端直径60mm、小端直径50mm带锥度的柱状金属阳模，在阳模表面涂覆硅油，再将玻璃纸贴在涂覆硅油后的金属阳模表面；阳模为表面光洁镀铬的刚性模具，玻璃纸为脆性易碎的再生纤维素薄膜，厚度为0.04mm；
（2）在玻璃纸表面铺覆两层预浸渍不饱和聚酯191的02玻璃布预浸料，具体铺覆位置位于阳模中间3.6m长的区域；采用真空袋压同时加热的工艺对该玻璃纤维布预浸料进行固化成型，在阳模表面得到玻璃纤维复合材料蜂窝夹芯管的内壁；本步骤中的真空袋压同时加热的工艺主要包括：在玻璃纤维布预浸料表面依次覆盖多空隔离膜、脱模布和透气毡，最外面用真空袋膜包覆并用密封胶条密封，使真空袋膜包覆玻璃纤维布预浸料并形成模腔，然后利用真空泵对模腔抽真空，再将阳模连同真空袋膜及其包覆物一起放入烘箱中进行加热固化，在80℃下加热4小时后自然冷却，直至树脂固化成型依次去除真空袋膜、透气毡、脱模布和多空隔离膜，得到相应的玻璃纤维增强不饱和聚酯复合材料作为内壁；
（3）在所得内壁的外表面依次铺覆0.2mm厚的胶膜和边长3mm、高5mm的铝蜂窝芯材，再次采用上述步骤（2）中的真空袋压同时加热的工艺使蜂窝芯材通过胶膜固化粘接于内壁的外表面；
（4）在蜂窝芯材的外表面依次铺覆0.2mm厚的胶膜和两层预浸渍不饱和聚酯191的02玻璃布预浸料（长度与内壁相同），再次采用上述步骤（2）中真空袋压同时加热的工艺对玻璃布预浸料进行固化成型，使蜂窝芯材的外表面成型得到复合材料蜂窝夹芯管的外壁；
（5）将成型后的复合材料蜂窝夹芯管的外壁的小端卡住，从大端用手工葫芦慢慢拔出带锥度的柱状阳模，即可得到长3.6m、大端内径60mm、小端内径50mm的含锥度玻璃纤维复合材料铝蜂窝夹芯管。
Claims (6)
1.一种复合材料蜂窝夹芯管的制备方法，包括以下步骤：
（1）准备柱状阳模，在阳模表面涂覆脱模材料；
（2）在脱模材料表面铺覆预浸渍纤维或织物预浸料，采用真空袋压同时加热的工艺对预浸渍纤维或织物预浸料进行固化成型，在阳模表面得到复合材料蜂窝夹芯管的内壁；
（3）在所得内壁的外表面依次铺覆胶膜和蜂窝芯材，再次采用真空袋压同时加热的工艺使所述蜂窝芯材通过胶膜固化粘接于内壁的外表面；
（4）在蜂窝芯材的外表面依次铺覆胶膜和预浸渍纤维，或者依次铺覆胶膜和织物预浸料，再次采用真空袋压同时加热的工艺对预浸渍纤维或织物预浸料进行固化成型，使所述蜂窝芯材的外表面成型得到复合材料蜂窝夹芯管的外壁；
（5）采用物理拔出方式脱出柱状阳模，得到复合材料蜂窝夹芯管；
所述脱模材料包括脱模剂和玻璃纸，所述脱模剂涂覆于阳模表面，所述玻璃纸铺覆在脱模剂上；所述玻璃纸为脆性易碎的再生纤维素薄膜；所述玻璃纸的厚度小于0.05mm；所述复合材料蜂窝夹芯管为管长与管径之比不小于10∶1的大长径比复合材料蜂窝夹芯管。
2.根据权利要求1所述的复合材料蜂窝夹芯管的制备方法，其特征在于：所述内壁或外壁为纤维增强聚合物复合材料，所述纤维增强聚合物复合材料中的增强纤维为玻璃纤维、碳纤维、凯夫拉纤维、碳化硅纤维或硼纤维，所述纤维增强聚合物复合材料中的聚合物基体为环氧树脂、不饱和聚酯树脂、酚醛树脂或氰酸酯树脂。
3.根据权利要求1所述的复合材料蜂窝夹芯管的制备方法，其特征在于：所述蜂窝芯材为铝蜂窝或Nomex芳纶蜂窝。
4.根据权利要求1所述的复合材料蜂窝夹芯管的制备方法，其特征在于：所述阳模为圆柱体、圆台体或椭圆柱体形状，所述阳模的长度大于拟成型的复合材料蜂窝夹芯管的长度，所述阳模为表面光洁的刚性模具。
5.根据权利要求4所述的复合材料蜂窝夹芯管的制备方法，其特征在于：所述阳模表面镀铬，且当阳模两端固定水平放置时无明显悬垂。
6.根据权利要求1所述的复合材料蜂窝夹芯管的制备方法，其特征在于：所述真空袋压同时加热的工艺主要包括：在预浸渍纤维或织物预浸料表面依次覆盖脱模布、透气毡和真空袋膜，使真空袋膜包覆预浸渍纤维或织物预浸料并形成模腔，然后利用真空泵对模腔抽真空，再将阳模连同真空袋膜一起放入烘箱中进行加热固化，直至固化成型得到相应的纤维增强聚合物复合材料。
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