CN104476759A - 一种预浸渍复合材料异型皱褶芯材的热压成形工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了预浸渍复合材料异型皱褶芯材的热压成形工艺，属于皱褶芯材成形技术领域。采用热压成形方法得到预浸渍复合材料异型皱褶芯材，利用橡胶代替热压成形的阴模，简化热压模具设计。按照预浸渍复合材料异型皱褶芯材模具制造、将橡胶、预浸渍复合材料、预浸渍复合材料异型皱褶芯材模具置于热压机压板上、加热预浸渍复合材料、施加压力、保温保压固化的顺序得到预浸渍复合材料异型皱褶芯材。本发明的效果和益处是利用橡胶的高弹性，代替热压成形的阴模，突破了传统热压成形需要阴阳模才能成形构件的限制，与此同时，由于橡胶具有高弹性，在合适压力下可以将预浸渍复合材料压入模具型腔，简化了模具结构，工艺成本低，制造方法简单可行。

Description

一种预浸渍复合材料异型皱褶芯材的热压成形工艺

技术领域

本发明属于皱褶芯材成形技术领域，涉及到一种预浸渍复合材料异型皱褶芯材的热压成形工艺。

背景技术

皱褶芯材具有隔音、隔震、低密度、高强度等特点，现已被广泛应用于航空和民用领域。典型的皱褶芯材有蜂窝芯材、泡沫芯材、矩形芯材、圆形芯材、异型皱褶芯材等。目前，蜂窝芯材由于比刚度大、强度高的特点，已经被广泛应用于制作飞机的翼面和整流罩。然而当飞机高空飞行时，冷凝水会在封闭的蜂窝芯材中缓慢积聚，导致机身质量增加以及结构性能降低。异型皱褶型材是指由一个平面沿一定折线折叠形成的三维结构，较常见的异型皱褶型材有V型芯材、M型芯材、U型芯材，他们均具有良好的通气性、加工连续性，具有很大的应用前景。

目前异型皱褶芯材的尚处于研究阶段，其成形方法与成形材料多种多样。其中针对复合材料异型皱褶芯材的加工方法有依靠模具的展开和折叠成形复合材料异型皱褶芯材，其模具是可动的，模具各个单元由圆柱铰链或者弹性板连接，虽然这种成形方法简单，但模具可动范围有限，模具设计制造复杂；用于制造异型皱褶芯材的复合材料包括碳纤维复合材料、玻璃纤维复合材料、芳纶纤维复合材料。复合材料异型皱褶芯材比传统材料相比，具有如下优点：(1)发挥复合效应的优越性，复合材料异型皱褶芯材是由各组分材料经过复合工艺形成的，但它的性能并不是简单几种材料性能相加，而是按复合效应形成新的性能；(2)重量轻，刚性大；(3)复合材料的减振性好、不易损坏失效。目前预浸渍复合材料异型皱褶型材的成形方法都具有一定局限性，如果能找到一种 简单可行、效率高、成本低的成形工艺方法，其应用前景将非常很大。

发明内容

本发明的目的是提出一种简单可行的预浸渍复合材料异型皱褶芯材制造工艺，在保证预浸渍复合材料异型皱褶芯材的连续性和强度要求的同时，降低投资，减少生产成本。

异型皱褶芯材的几何形式多种多样，其中最基本的几何形式是之字型和V型皱褶芯材，它们均具有凸折线和凹折线。我们将异型皱褶芯材凸折线称为脊，凹折线称为谷，而设计异型皱褶型材模具不允许尖角，需要对脊和谷进行倒角，与此同时，由于成形塑料片材时，塑料片材不容易填充模具上的谷，因此在谷中设计抽气孔保证成形质量，抽气孔的数量按照吸塑模具设计手册设计。

本发明提供了一种预浸渍复合材料异型皱褶芯材的热压成形工艺，具体步骤如下：

(1)预浸渍复合材料异型皱褶芯材模具制造

根据异型皱褶芯材的结构设计异型皱褶芯材的模具，采用数控加工中心加工出异型皱褶芯材模具。在成形过程中，异型皱褶芯材模具需要承受很大压力，因此可以考虑使用热处理提高它的力学性能。采用金属为异型皱褶芯材模具的材料。

(2)按照橡胶、预浸渍复合材料、异型皱褶芯材模具从上到下的顺序将其置于热压机的压板上，利用紧扣件对异型皱褶芯材模具进行固定，防止挤压过程中模具移动。橡胶的厚度大于异型皱褶芯材的谷和脊的高度差。

(3)加热预浸渍复合材料

根据预浸渍复合材料的固化曲线确定出预浸渍复合材料的固化温度。控制热压机压板和顶板温度为预浸渍复合材料的固化温度，压板和顶板通过热传导 使橡胶、预浸渍复合材料、异型皱褶芯材模具均升温至预浸渍复合材料的固化温度，保温不少于5分钟。

(4)施加压力

通过热压机压板上升给橡胶、预浸渍复合材料和异型皱褶芯材模具三者施加合适压力，压力大小需根据橡胶硬度和预浸渍复合材料的延展性来确定，一般宜选用硬度低的橡胶和延展性好的预浸渍复合材料作为原材料。

(5)保温保压固化 

根据使用的预浸渍复合材料的固化曲线，持续步骤(3)中的固化温度和步骤(4)中的压力1h-10h，待预浸渍复合材料固化完成，取出预浸渍复合材料，得到所需的预浸渍复合材料异型皱褶芯材。

本发明的有益效果是：(1)利用橡胶的高弹性，代替热压成形的上模，突破了传统热压成形需要阴模和阳模才能成形构件的限制；(2)由于橡胶具有高弹性，在合适压力下将预浸渍复合材料压入模具型腔，简化了模具结构，工艺成本低，制造方法简单可行。本发明的主要特点是通过热压成形，简单有效的成形预浸渍复合材料异型皱褶芯材。将橡胶、预浸渍复合材料、模具置于热压机压板上，其中橡胶的作用是作为一种可变形的软模具，将复合材料挤压入模具型腔中。

附图说明

附图是本发明预浸渍复合材料异型皱褶芯材的热压成形工艺的流程图。

具体实施方式

以下结合技术方案和附图详细叙述本发明的具体实施例。

本发明通过热压成形得到碳纤维复合材料V型皱褶芯材，其过程是将橡胶、预浸渍复合材料、模具置于热压机压板上，加热预浸渍复合材料，挤压，保温 保压固化得到碳纤维复合材料V型皱褶芯材，具体实施步骤如下：

(1)设计出V型皱褶芯材模具的三维形状，选择25×25×2cm的铝合金毛坯，确定好各工序后在数控加工中心上加工出V型皱褶芯材模具。

(2)由于本实施例中所采用的热压机最大压力为50000N，经过反复试验得出该热压机成形复合材料的尺寸不能超过15cm×15cm。为了得到成形质量高的制品，在本实施例中切割出10×10cm的碳纤维预浸渍复合材料以及15cm×15cm的橡胶。叠加橡胶、碳纤维预浸渍复合材料、模具时，需要在橡胶和碳纤维预浸渍复合材料之间以及模具与碳纤维预浸渍复合材料之间铺一层的锡箔纸，方便脱模。然后将模具、复合材料、橡胶按照橡胶、碳纤维预浸渍复合材料、V型皱褶芯材模具从上到下叠加置于热压机压板上，利用紧扣件对V型皱褶芯材模具进行固定，防止挤压过程中移动。

(3)控制热压机压板和顶板温度在80℃左右，逐步加热热压机上的物体，直至橡胶、碳纤维预浸渍复合材料、V型皱褶芯材模具均达到碳纤维预浸渍复合材料的固化温度80℃，整体保温5分钟。

(4)通过热压机压板和顶板给橡胶和模具施加压力，压力大小根据中间碳纤维预浸渍复合材料的尺寸以及它的软化程度来确定，本实施例施加的压力为40000N左右。

(5)保压8h之后碳纤维预浸渍复合材料固化完成，卸去压力，取出预浸渍复合材料，即可得到所需的碳纤维预浸渍复合材料V型皱褶芯材。

Claims (3)

1.一种预浸渍复合材料异型皱褶芯材的热压成形工艺，其特征在于步骤如下：

(1)预浸渍复合材料异型皱褶芯材模具制造

根据异型皱褶芯材的结构设计异型皱褶芯材的模具，加工出异型皱褶芯材模具；

(2)按照橡胶、预浸渍复合材料、异型皱褶芯材模具从上到下的顺序将其置于热压机的压板上，利用紧扣件对异型皱褶芯材模具进行固定，防止挤压过程中模具移动；

(3)加热预浸渍复合材料

根据预浸渍复合材料的固化曲线确定出预浸渍复合材料的固化温度；控制热压机压板和顶板温度为预浸渍复合材料的固化温度，压板和顶板通过热传导使橡胶、预浸渍复合材料、异型皱褶芯材模具均升温至预浸渍复合材料的固化温度，保温不少于5分钟；

(4)施加压力

通过热压机压板上升给橡胶、预浸渍复合材料和异型皱褶芯材模具三者施加合适压力，压力大小需根据橡胶硬度和预浸渍复合材料的延展性来确定；

(5)保温保压固化

根据使用的预浸渍复合材料的固化曲线，持续步骤(3)中的固化温度和步骤中的(4)的压力1h-10h，待预浸渍复合材料固化完成，取出预浸渍复合材料，得到所需的预浸渍复合材料异型皱褶芯材。

2.根据权利要求1所述的热压成形工艺，其特征在于，所述的橡胶厚度大于异型皱褶芯材的谷和脊的高度差。

3.根据权利要求1或2所述的热压成形工艺，其特征在于，所述的异型皱褶芯材模具的材料为金属。