CN104175616A - 类蜂窝复合材料夹芯板及其热压成型方法 - Google Patents

类蜂窝复合材料夹芯板及其热压成型方法 Download PDF

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Abstract

类蜂窝复合材料夹芯板及其热压成型方法，它涉及一种夹芯板及其热压成型方法。本发明为解决现有的六角蜂窝夹芯板抗屈曲变形能力差、内剪切和剥削性能低以及现有的蜂窝夹芯板制备方法工序复杂、成型质量不可控的问题。装置：所述芯层由多个人字形单元构成，相邻的人字形单元横纵交织固接为一体，相邻两列人字形单元之间形成的空间由上至下渐缩设置，每列人字形单元的下部形成的空间由上至下渐扩设置。方法：步骤一、清洗模具；步骤二、组装模具；步骤三、加热模具；步骤四、铺设预浸料；步骤五、折叠预浸料；步骤六、盖合盖板；步骤七、固化预浸料；步骤八、拆卸模具。本发明用于飞行器的主承力结构中。

Description

类蜂窝复合材料夹芯板及其热压成型方法
技术领域
本发明涉及一种类蜂窝复合材料夹芯板及其热压成型方法，属于复合材料成型技术领域。
背景技术
目前，现有的闭孔泡沫和六角蜂窝芯子夹芯板存在着不可避免的缺点：(1)结构为弯曲主导型，抗屈曲变形能力差；(2)面板和芯子的粘接面积小，导致面内剪切和剥离性能的降低；(3)制备工艺复杂，工艺成本较高。
现有的蜂窝夹芯板多采用NOMEX纸通过自动印胶拉伸法制备，主要制备工艺为：“NOMEX”纸→印胶→叠合→压制→切割→拉伸→浸胶→晒置→固化→“NOMEX”蜂窝；铝合金蜂窝同样可以采用印胶拉伸法制备，与“NOMEX”蜂窝不同之处在于其不需要浸胶；上述六角蜂窝板所需工序较多，成型质量不好控制。
综上，现有的六角蜂窝夹芯板抗屈曲变形能力差，内剪切和剥削性能低以及现有的蜂窝夹芯板制备方法工序复杂、成型质量不可控，低的静态力学性能致使上述芯子构成的夹芯结构只能作为飞行器的次承力结构；服役环境下夹芯结构一旦破坏其内部容易积聚冷却水或热量，将导致结构过早的破坏，过热的电子元器件的烧损将直接导致飞行器的瘫痪。
发明内容
本发明为解决现有的六角蜂窝夹芯板抗屈曲变形能力差、内剪切和剥削性能低以及现有的蜂窝夹芯板制备方法工序复杂、成型质量不可控的问题，提供了一种类蜂窝复合材料夹芯板及其热压成型方法。
本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是：
本发明的类蜂窝复合材料夹芯板包括上面板、下面板和芯层，芯层固定设置在上面板和下面板之间，所述芯层由多个人字形单元构成，多个人字形单元呈矩阵排布在上面板和下面板之间，相邻的人字形单元横纵交织固接为一体，相邻两列人字形单元之间形成的空间由上至下渐缩设置，每列人字形单元的下部形成的空间由上至下渐扩设置，每列人字形单元的上下边缘均呈波浪形。
本发明的类蜂窝复合材料夹芯板热压成型方法步骤如下：
步骤一、清洗模具：采用洗膜剂清洗模具的外表面，然后将脱模剂涂抹在模具的外表面上；
步骤二、组装模具：采用销钉将模具的阴模定位在底板的上端面上；
步骤三、加热模具：将底板放置在热压机或加热台上，对底板进行加热，加热温度范围为预浸料的玻璃化转变温度以下10～20℃；
步骤四、铺设预浸料：采用自动铺带机或手工将预浸料铺设在阴模的上端面上，铺设层数为3～10层；
步骤五、折叠预浸料：采用阳模对步骤四中铺设的预浸料施加压力，压力范围为0.5～1MPa，直至阳模全部压入到阴模形成的空间内，预浸料由平板折叠成类蜂窝状；
步骤六、盖合盖板：将盖板盖合在预浸料、阴模和阳模的上端面上；
步骤七、固化预浸料：对步骤六得到的预浸料进行固化，固化温度范围为100～200℃，固化压力为0.5～2MPa，固化时间为1～3小时；
步骤八、拆卸模具：将盖板、阴模、阳模和底板从类蜂窝状芯层结构中拆下，然后对得到的类蜂窝状芯层结构进行打磨。
本发明的有益效果是：
本发明的类蜂窝复合材料夹芯板的芯层为类蜂窝状，大大增加了上面板、下面板与芯层的接触面积，与现有的六角蜂窝复合材料夹芯板的芯层相比，抗屈曲变形能力好、内剪切和剥削性能高，抗屈曲变形能力提高了20％以上，内剪切和剥削性能提高了25％以上；
本发明的类蜂窝复合材料夹芯板热压成型方法采用模具进行热压成型，与现有的六角蜂窝复合材料夹芯板热压成型方法相比，成型精度高，质量可控，成品率提高了30％以上；本发明的类蜂窝复合材料夹芯板热压成型方法省去了切割→拉伸→浸胶→晒置过程，工序简单，大大提高了生产效率，生产效率提高了50％以上；
本发明的类蜂窝复合材料夹芯板的芯层为互通式结构，流体可以通过夹芯板的芯层，即流体可以及时将类蜂窝复合材料夹芯板的热量带走，保证了类蜂窝复合材料夹芯板的力学性能稳定。
附图说明
图1是本发明的类蜂窝复合材料夹芯板的整体结构立体图，图2是本发明的具体实施方式五中模具的立体图(盖板9未盖合状态)。
具体实施方式
具体实施方式一：如图1～2所示，本实施方式的类蜂窝复合材料夹芯板包括上面板1、下面板2和芯层3，芯层3固定设置在上面板1和下面板2之间，所述芯层3由多个人字形单元构成，多个人字形单元呈矩阵排布在上面板1和下面板2之间，相邻的人字形单元横纵交织固接为一体，相邻两列人字形单元之间形成的空间由上至下渐缩设置，每列人字形单元的下部形成的空间由上至下渐扩设置，每列人字形单元的上下边缘均呈波浪形。
具体实施方式二：如图1所示，本实施方式相邻两列人字形单元之间形成的空间与每列人字形单元的下部形成的空间一致设置。如此设置，能保证预浸料在折叠过程中保持协调变形一致。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：如图1所示，本实施方式所述芯层3通过粘接在上面板1和下面板2之间，芯层3通过胶层4与通过粘接在上面板1和下面板2粘接。如此设计，与铆接相比，省去了大量的铆钉，同时提高了力学性能。其它组成及连接关系与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：本实施方式上面板1、下面板2和芯层3由树脂基、金属基或陶瓷基复合材料构成。如此设计，重量轻、强度高。其它组成及连接关系与具体实施方式三相同。
具体实施方式五：如图2所示，本实施方式的类蜂窝复合材料夹芯板热压成型方法，其特征在于热压成型方法步骤如下：
步骤一、清洗模具：采用洗膜剂清洗模具的外表面，然后将脱模剂涂抹在模具的外表面上；
步骤二、组装模具：采用销钉7将模具的阴模5定位在底板8的上端面上；
步骤三、加热模具：将底板8放置在热压机或加热台上，对底板8进行加热，加热温度范围为预浸料的玻璃化转变温度以下10～20℃；
步骤四、铺设预浸料：采用自动铺带机或手工将预浸料铺设在阴模5的上端面上，铺设层数为3～10层；
步骤五、折叠预浸料：采用阳模6对步骤四中铺设的预浸料施加压力，压力范围为0.5～1MPa，直至阳模6全部压入到阴模5形成的空间内，预浸料由平板折叠成类蜂窝状；
步骤六、盖合盖板：将盖板9盖合在预浸料、阴模5和阳模6的上端面上；
步骤七、固化预浸料：对步骤六得到的预浸料进行固化，固化温度范围为100～200℃，固化压力为0.5～2MPa，固化时间为1～3小时；
步骤八、拆卸模具：将盖板9、阴模5、阳模6和底板8从类蜂窝状芯层结构中拆下，然后对得到的类蜂窝状芯层结构进行打磨。
所述模具模具包括盖板9、底板8、多个阴模5、多个阳模6和多个销钉3，多个阴模5沿底板8的长度方向并列设置在底板8的上端面上，每个阴模5通过两个销钉3定位，相邻两个阴模5之间设置有一个阳模6，盖板9盖合在多个阴模5和多个阳模6的上端面上，阴模5的上下边缘均呈波浪形且阴模5由上至下渐扩设置，阳模6的上下边缘均呈波浪形且阳模6由上至下渐缩设置。
具体实施方式六：本实施方式步骤一中所述的洗膜剂为丙酮溶液。其它组成及连接关系与具体实施方式五相同。
具体实施方式七：本实施方式步骤七中固化温度为120℃，固化压力为0.5MPa，固化时间为2小时。其它组成及连接关系与具体实施方式五或六相同。
具体实施方式八：本实施方式阳模6为硅橡胶软模或钢制金属硬模。如此操作，硅橡胶软模在步骤五中不会损伤预浸料纤维，钢制金属硬模在步骤七中的成型效果好。其它组成及连接关系与具体实施方式七相同。

Claims (8)

1.一种类蜂窝复合材料夹芯板，所述夹芯板包括上面板(1)、下面板(2)和芯层(3)，芯层(3)固定设置在上面板(1)和下面板(2)之间，其特征在于：所述芯层(3)由多个人字形单元构成，多个人字形单元呈矩阵排布在上面板(1)和下面板(2)之间，相邻的人字形单元横纵交织固接为一体，相邻两列人字形单元之间形成的空间由上至下渐缩设置，每列人字形单元的下部形成的空间由上至下渐扩设置，每列人字形单元的上下边缘均呈波浪形。
2.根据权利要求1所述的类蜂窝复合材料夹芯板，其特征在于：相邻两列人字形单元之间形成的空间与每列人字形单元的下部形成的空间一致设置。
3.根据权利要求1或2所述的类蜂窝复合材料夹芯板，其特征在于：所述芯层(3)通过粘接或铆接在上面板(1)和下面板(2)之间。
4.根据权利要求3所述的类蜂窝复合材料夹芯板，其特征在于：上面板(1)、下面板(2)和芯层(3)由树脂基、金属基或陶瓷基复合材料构成。
5.一种利用权利要求1～4中任一权利要求所述的类蜂窝复合材料夹芯板热压成型方法，其特征在于热压成型方法步骤如下：
步骤一、清洗模具：采用洗膜剂清洗模具的外表面，然后将脱模剂涂抹在模具的外表面上；
步骤二、组装模具：采用销钉(7)将模具的阴模(5)定位在底板(8)的上端面上；
步骤三、加热模具：将底板(8)放置在热压机或加热台上，对底板(8)进行加热，加热温度范围为预浸料的玻璃化转变温度以下10～20℃；
步骤四、铺设预浸料：采用自动铺带机或手工将预浸料铺设在阴模(5)的上端面上，铺设层数为3～10层；
步骤五、折叠预浸料：采用阳模(6)对步骤四中铺设的预浸料施加压力，压力范围为0.5～1MPa，直至阳模(6)全部压入到阴模(5)形成的空间内，预浸料由平板折叠成类蜂窝状；
步骤六、盖合盖板：将盖板(9)盖合在预浸料、阴模(5)和阳模(6)的上端面上；
步骤七、固化预浸料：对步骤六得到的预浸料进行固化，固化温度范围为100～200℃，固化压力为0.5～2MPa，固化时间为1～3小时；
步骤八、拆卸模具：将盖板(9)、阴模(5)、阳模(6)和底板(8)从类蜂窝状芯层结构中拆下，然后对得到的类蜂窝状芯层结构进行打磨。
6.根据权利要求5所述的类蜂窝复合材料夹芯板热压成型方法，其特征在于：步骤一中所述的洗膜剂为丙酮溶液。
7.根据权利要求5或6所述的类蜂窝复合材料夹芯板热压成型方法，其特征在于：步骤七中固化温度为120℃，固化压力为0.5MPa，固化时间为2小时。
8.根据权利要求7所述的类蜂窝复合材料夹芯板热压成型方法，其特征在于：阳模(6)为硅橡胶软模或钢制金属硬模。
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