CN104553238B - 热膜吹破法增强类蜂窝孔状结构芯材表面稳定性的方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于复合材料技术领域，涉及一种用在航空航天飞行器中的蜂窝芯夹层结构制造过程中，增强类蜂窝孔状结构芯材表面稳定性的工艺方法，尤其涉及一种热膜吹破法增强类蜂窝孔状结构芯材表面稳定性的方法。本发明在夹层结构制造之前，先将胶膜粘贴在类蜂窝孔状结构表面，通过热膜吹破方法使胶膜泡孔破裂并帖敷在蜂窝芯孔格侧壁，后经过加热固化处理使胶膜在类蜂窝孔状结构芯材壁上形成胶流并定型，此方法将蜂窝芯表面形成一个有机整体，增强其表面的强度和刚度。当结构受到压力时，可以及时将所受压力传递、分散，降低了局部薄弱区失稳破坏的可能性，有效的增强结构的表面稳定性，提高其整体抗压能力。

Description

热膜吹破法增强类蜂窝孔状结构芯材表面稳定性的方法

技术领域

本发明属于复合材料技术领域，涉及一种用在航空航天飞行器中的蜂窝芯夹层结构制造过程中，增强类蜂窝孔状结构芯材表面稳定性的工艺方法，尤其涉及一种热膜吹破法增强类蜂窝孔状结构芯材表面稳定性的方法。

背景技术

随着复合材料在航空、航天等军用及民用领域的广泛应用，蜂窝夹层结构以其独特的质量轻、比强度比刚度高，优良的抗疲劳性、抗冲击性和可设计性强，以及隔音、保温效果好等优异的特性而备受青睐，其结构也从最初的平板C夹层蜂窝芯，逐渐应用到各类形状复杂制件上来，尤其是出于结构一体化的需求而在航空器中采用的大曲率、变截面蜂窝夹层结构的制造。目前，在飞机垂尾、方向舵、腹鳍、机舱壁板、机舱地板，以及列车车厢隔音板、汽车、游艇等部件制造中都采用了蜂窝芯夹层结构。

在蜂窝夹层结构中，蜂窝芯材常用的有铝蜂窝芯、玻璃钢蜂窝芯、Nomex纸蜂窝芯、不锈钢蜂窝芯、陶瓷蜂窝芯等。

在蜂窝夹层结构复合材料制件制造过程中，根据工艺方法的不同，通常采用真空袋成型、热压罐成型等方法，成型方式可分为共固化成型、分布固化共胶接等。

上述蜂窝夹层结构成型方式中，芯材本身的强度是制约工艺能否实现、制件能否顺利成型的关键因素，尤其是现在夹层结构设计中，大量的应用了变截面、双曲面甚至更为复杂的型面设计，成型此类曲率复杂的蜂窝夹层结构件，无论是共固化成型或分布固化共胶接工艺，在成型过程中，蜂窝芯材在有外压作用下，易产生收缩变形等情况，严重时，会导致内部芯材的塌陷位移。究其原因，是由于类蜂窝孔状结构在高度方向上具有较强的承载能力，但侧向承压能力弱，一旦有侧向的外力作用，其结构易失稳造成塌陷变形。

为了解决这些问题，近些年，有人采用先将蜂窝芯材上、下表面全部包裹一层胶膜后固化定型，之后再在表面铺贴胶膜及蒙皮进行再固化成型的工艺，制造蜂窝夹层结构。但此工艺存在很大的缺陷及局限性。

1、极大增加蜂窝夹层结构的整体重量：此工艺必须采用厚度较大的胶膜包裹蜂窝芯材进行首次固化定型，才能在确保胶膜与蜂窝粘接强度的条件下使其外层表面平整，在蜂窝芯材与外蒙皮粘接的时候需要再次粘贴胶膜，因此会极大的增加整体结构的胶膜用量，与航空件结构件所要求的减重要求相违背。

2、此工艺需在成型模具中对蜂窝芯材进行至少两次固化定型，工艺步骤复杂，增加设备及人员成本。

3、适用范围受限：此工艺先将蜂窝芯材包裹上一层胶膜后固化定型之后，在其表面再次粘贴胶膜并于蒙皮材料进行再固化成型，因此，工艺方法只能采用蒙皮材料为预浸料形态的共固化成型工艺，而不适用于在复合材料制造中大量采用的先将蒙皮固化成型后再与蜂窝芯材粘接的分步固化共胶接的工艺方法。

因此，需要一种操作简洁、有效、有针对性的工艺方案来解决这一问题。

发明内容

本发明的目的是提出一种适用范围广、增重低、制造工艺简单易操作的热膜吹破法增强类蜂窝孔状结构芯材表面稳定性的方法。本发明的技术解决方案是，该方法中包括类蜂窝孔状结构芯材及胶膜两种材料，制备方法是，

确定芯材表面需要进行稳定性增强的具体部位，对该部位进行打磨及表面清理；

将胶膜均匀粘贴在经表面清理过的类蜂窝孔状结构表面部位；

A.用热吹风对贴有胶膜的类蜂窝孔状结构芯材的孔位置进行吹风，直至将胶膜吹破使胶膜粘贴在类蜂窝孔状结构芯材的孔格侧壁上；

B.将贴有胶膜的类蜂窝孔状结构芯材放置在加热平台、烘箱或热压罐内进行加热固化处理，使胶膜在类蜂窝孔状结构芯壁上预成型胶流并定型。

所述的类蜂窝孔状结构芯材为铝蜂窝、玻璃钢蜂窝、纸蜂窝、芳纶蜂窝、不锈钢蜂窝、陶瓷蜂窝或塑料蜂窝。

所述的类蜂窝孔状结构芯材的蜂窝结构形状为六角形、三角形、矩形、菱形、圆形。

所述的胶膜系环氧树脂、双马树脂、氰酸脂胶膜。

所述芯材表面需要进行稳定性增强的具体部位的上表面或下表面单面粘贴胶膜、或在芯材表面需要进行稳定性增强的具体部位的上、下表面同时粘贴胶膜。

所述类蜂窝孔状结构芯材为平面结构、曲面结构或变截面结构。

本发明具有的优点和有益效果：

1、本发明只在需要进行结构稳定性增强的部位使用，而不必对蜂窝芯材整体进行包裹，在满足要求的情况下尽量降低胶膜厚度，能够最大程度减少对整体结构的重量增加。

2、本发明工艺简便易操作，可根据要求采用加热平台、烘箱或热压罐对增强用胶膜进行加热固化定型。

3、本发明具有广泛的使用范围，不但适用于平面等简单型面的整体或局部蜂窝芯材稳定性增强，也适用于曲面、双曲面、变截面等复杂的结构形式。

4、本发明工艺适用范围广，适用于包括共固化成型、分布固化共胶接等复合材料制造中所采用的成型工艺。

本发明一般性涉及类蜂窝孔状结构复合材料夹层结构的成型工艺，其中在进行最终胶接、固化成型所述两者中的至少一部分过程期间，所述的芯材通过采用热膜吹破法增强类蜂窝孔状结构芯材表面稳定性技术在一定温度和压力条件下预固化芯材表面结构，进而再进行最终胶接成型工艺。本发明较以往的蜂窝芯材夹层结构复合材料制造方法，增加了一步表面定型工序，在保证蜂窝孔格畅通的情况下，将胶膜贴附在芯材表面预固化定型，从而增强其在后续胶接工艺中的整体表面承压能力。

本发明能够在不降低外部成型压力的条件下，增强蜂窝芯材的表面稳定性，从而有效提高其整体抗压能力。

附图说明

图1为变截面类蜂窝孔状结构芯材夹层结构实验件剖面图；

图2是变截面类蜂窝孔格结构芯材试验件形变示意图；

图3是本发明胶膜吹破后粘贴在蜂窝侧格壁上时的示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作详细说明。热膜吹破法增强类蜂窝孔状结构芯材表面稳定性的方法中包括类蜂窝孔状结构芯材及胶膜两种材料，制备方法是，

A.确定类蜂窝孔状结构芯材4表面需要进行稳定性增强的具体部位，对该部位进行打磨及表面清理；

B.将胶膜3均匀粘贴在经表面清理过的类蜂窝孔状结构表面4部位；

C.用热吹风对贴有胶膜3的类蜂窝孔状结构芯材4的孔格表面进行吹风，直至将胶膜吹破并使胶膜粘贴在类蜂窝孔状结构芯材的孔格侧壁7上形成6；

将贴有胶膜6的类蜂窝孔状结构芯材放置在加热平台、烘箱或热压罐内进行加热固化处理，使胶膜在类蜂窝孔状结构芯壁上预成型胶流并定型。如上所述以及本领域技术人员所知，蜂窝夹层复合材料结构涉及上、下表面蒙皮，类蜂窝孔状结构芯材及胶接所用胶膜。

本发明方法中所采用的类蜂窝孔状结构芯材为本领域技术人员已知的任何类型，常用的有铝蜂窝、玻璃钢蜂窝、其他类型纸蜂窝、Nomex蜂窝、不锈钢蜂窝、陶瓷蜂窝和塑料蜂窝等。

本发明方法中所采用的类蜂窝孔状结构芯材为本领域技术人员已知的任何类型，上述孔状结构可为六角形、三角形、矩形、菱形、圆形等。

本发明方法中所采用的粘接用胶膜为本领域技术人员已知的任何类型，常用的有中温、高温固化改性环氧、双马、氰酸脂等膜状结构胶。

实施例

下面根据具体实施例对本发明做详细说明。

随着复合材料在航空、航天等军用及民用领域的广泛应用，蜂窝夹层结构以其独特性能受到愈来愈多的青睐，图1为变截面蜂窝夹层结构制件示意图，其中1为蒙皮材料，2为封边材料，3为胶膜，4为蜂窝芯材。在蜂窝夹层结构制件制造过程中，根据工艺方法的不同，通常采用真空袋成型、热压罐成型等方法，成型方式可分为共固化成型、分布固化共胶接等。

在上述蜂窝夹层结构成型方式中，蜂窝空格结构芯材本身的强度是制约工艺能否实现、制件能否顺利成型的关键因素，尤其是现在夹层结构设计中，大量的应用了变截面、双曲面甚至更为复杂的型面设计，在成型过程中，蜂窝芯材在有外加成型压力的作用下，易产生收缩变形，严重时，会导致内部芯材的塌陷位移，如图2所示。究其原因，是由于类蜂窝孔状结构在孔格高度Y方向上具有较强的承载能力，但侧面X方向上承压能力弱，在外力F作用下，其结构易失稳造成塌陷变形。

因此，我们需要一种工艺方案，能够有效地提高类蜂窝孔格结构易产生结构失稳部位的整体抗压能力，解决固化成型过程中的孔格塌陷变形问题。在此背景下，发明了热膜吹破法增强类蜂窝孔状结构芯材表面稳定性的方法。

实施例类蜂窝孔状结构芯材热膜吹破增强技术工艺方法包括：

1、先将类蜂窝孔状结构表面需要进行表面稳定性增强的位置4用砂纸进行打磨，用吸尘器将蜂窝芯材内粉尘清除干净，采用丙酮或酒精灯溶剂擦拭净化处理，使其表面有利于胶膜帖覆粘接。

2、如图3所示，将胶膜3均匀粘贴在蜂窝孔状结构表面，采用电吹风等鼓风加热工具通过热膜吹破方法使胶膜泡孔破裂并帖敷在蜂窝芯孔格侧壁4，热膜吹破方法的特征在于“吹破”，即一定要将胶膜吹破后贴敷在类蜂窝孔状结构需要增强稳定性部位的表面及侧壁。

3、在自由或真空条件下，在加热平台、烘箱或热压罐中对粘贴了胶膜3的蜂窝芯材进行加热处理，使胶膜在类蜂窝孔状结构芯壁上预成型胶流并固化定型，在此过程中需要保持蜂窝芯孔格通畅，这样胶膜固化定型后，有利于与上、下蒙皮进行粘接等工序。同时，在胶膜固化定型过程中需采用脱模布或隔离膜等材料帖覆在胶膜外侧，以保证胶膜不受污染的同时不会粘贴到设备或模具上。此加热过程中，温度及升温速率的的设定与胶膜的固化工艺一致，以确保胶膜能固化定型。

4、冷却后，将胶膜预固化定型好的蜂窝芯材从加热设备中取出，去除表面的隔离膜等保护材料。

本发明基于通过在蜂窝芯表面涂敷一层树脂进行热固化定型提高蜂窝结构表面整体稳定性的原理，由于液态树脂在加热情况下流胶不可控并且对于变截面、有曲率结构蜂窝芯材表面涂敷树脂难以精确控制，进而采用热膜吹破技术，通过热膜吹破法将树脂膜贴敷于类蜂窝孔状结构表面及侧壁并固化定型，使得胶膜在蜂窝芯表面形成一个有机整体，增强蜂窝芯材表面的强度和刚度，从而达到提高芯材整体稳定性的目的。当结构受到压力时，可以及时将所受压力传递、分散，降低了局部薄弱区失稳破坏的可能性，有效的增强结构的表面稳定性，提高其整体抗压能力。

通过上述实施例对本发明热膜吹破法增强类蜂窝孔状结构芯材表面稳定性技术进行了描述与说明，实例为变截面蜂窝夹层结构结构的内部芯材表面稳定性增强技术的工艺方法，但是本领域的技术人员应当理解，本发明所提供的芯材表面增强结构对象可具有本文未说明得多种不同曲率结构，可以为平面的，也可以为曲面结构、变截面结构或更为复杂的芯材结构，其表面稳定性增强同样可采用本发明所提供的方法。

本发明的上述实施例的热膜吹破法增强类蜂窝孔状结构芯材表面稳定性技术的方法及原理，可用于制造飞行器机身、垂尾、鸭翼及汽车、游艇等蜂窝夹层结构部件，更多的，本发明实施例的应用在航空航天领域可以是非常广泛的，且可包括在不同结构部件需要提高类蜂窝结构孔格芯材表面稳定性，增强其表面或整体抗压性能的复合材料制件的任何情况。

Claims (6)

1.热膜吹破法增强类蜂窝孔状结构芯材表面稳定性的方法，其特征在于，该方法中包括类蜂窝孔状结构芯材及胶膜两种材料，制备方法是，

A.确定芯材表面需要进行稳定性增强的具体部位，对该部位进行打磨及表面清理；

B.将胶膜均匀粘贴在经表面清理过的类蜂窝孔状结构表面部位；

C.用热吹风对贴有胶膜的类蜂窝孔状结构芯材的孔位置进行吹风，直至将胶膜吹破使胶膜粘贴在类蜂窝孔状结构芯材的孔格侧壁上；

D.将贴有胶膜的类蜂窝孔状结构芯材放置在加热平台、烘箱或热压罐内进行加热固化处理，使胶膜在类蜂窝孔状结构芯壁上预成型胶流并定型。

2.根据权利1所述的热膜吹破法增强类蜂窝孔状结构芯材表面稳定性的方法，其特征在于，所述的类蜂窝孔状结构芯材为铝蜂窝、玻璃钢蜂窝、纸蜂窝、芳纶蜂窝、不锈钢蜂窝、陶瓷蜂窝或塑料蜂窝。

3.根据权利要求1所述的热膜吹破法增强类蜂窝孔状结构芯材表面稳定性的方法，其特征在于，所述的类蜂窝孔状结构芯材的蜂窝结构形状为六角形、三角形、矩形、菱形、圆形。

4.根据权利要求1所述的膜吹破法增强类蜂窝孔状结构芯材表面稳定性的方法，其特征是，所述的胶膜系环氧树脂、双马树脂、氰酸脂胶膜。

5.根据权利要求1所述的膜吹破法增强类蜂窝孔状结构芯材表面稳定性的方法，其特征在于，所述芯材表面需要进行稳定性增强的具体部位的上表面或下表面单面粘贴胶膜、或在芯材表面需要进行稳定性增强的具体部位的上、下表面同时粘贴胶膜。

6.根据权利要求1所述的膜吹破法增强类蜂窝孔状结构芯材表面稳定性的方法，其特征在于，所述类蜂窝孔状结构芯材为平面结构、曲面结构或变截面结构。