CN105643952A - 一种成型复合材料封闭截面结构的芯模 - Google Patents

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Abstract

本发明属于复合材料的成型技术领域，涉及一种成型复合材料封闭截面结构的芯模。所述的芯模包括芯轴(1)、随形层(2)、传压膜(3)和端头(4)，随形层(2)为高渗透性可压缩的柔性材料制成，传压膜(3)为非透气性材料，端头(4)内开有导气通道(41)，端头(4)固定在芯轴(1)上，随形层(2)覆盖在芯轴(1)的外表面上，传压膜(3)包裹整个芯轴(1)和随形层(2)，密封在端头(4)的外表面，端头(4)导气通道的外端口安装有通断阀门(43)。该芯模结构能够保证外加压力均匀等值传递到封闭截面复合材料结构预浸料铺层表面，确保芯模安装及拆卸简单方便，同时达到芯模气密性可检的目的。

Description

一种成型复合材料封闭截面结构的芯模
技术领域
本发明属于复合材料的成型技术领域，涉及一种成型复合材料封闭截面结构的芯模。
背景技术
封闭截面复合材料结构广泛应用于民用飞机复合材料主承力结构，其中最典型的代表就是复合材料帽形长桁在机身结构上的应用。封闭截面复合材料结构主要采用共胶接或共固化整体成型工艺，因此，芯模成为保证成型质量的关键。国内，成型封闭截面复合材料结构的芯模主要选用热膨胀系数较大的硅橡胶。固化过程中，硅橡胶芯模的体积膨胀受到封闭截面预浸料铺层及模具的限制，从而实现加压。但是，硅橡胶芯模膨胀加压无法实现压力精确控制，其应用受到一定限制。采用传统真空袋或气囊容易在封闭截面复合材料结构拐角区域形成架桥，导致外加压力传递不到位，拐角区出现严重缺陷。另外，整个过程中，真空袋或气囊的气密性难以检测。如果真空袋或气囊漏气，存在重新封装及整个结构报废的风险。
发明内容
本发明解决的技术问题为：提供一种适用于复合材料封闭截面结构成型，确保均匀等值传递外加压力的芯模。
本发明的技术方案为：所述的芯模包括芯轴1、随形层2、传压膜3和端头4，随形层2为高渗透性可压缩的柔性材料制成，传压膜3为非透气性材料，端头4内开有导气通道41，端头4固定在芯轴1上，随形层2覆盖在芯轴1的外表面上，传压膜3包裹整个芯轴1和随形层2，密封在端头4的外表面，端头4导气通道的外端口安装有通断阀门43。
作为本技术方案的一种改进，芯轴1使用柔性材料制成。
作为本技术方案的一种改进，芯轴1的两端分别固定有端头4。
作为本技术方案的一种改进，传压膜3选用柔性薄膜材料。
作为本技术方案的一种改进，随形层2选用透气毡。
作为本技术方案的一种改进，传压膜3通过密封腻子5密封在端头4上。
本发明的有益效果为：该芯模结构，能保证外加压力均匀等值传递到封闭截面复合材料结构预浸料铺层表面，确保芯模安装及拆卸简单方便，同时达到芯模气密性可检的目的。
附图说明
图1为芯模结构示意图；
图2为安装及脱模过程芯模状态示意图；
图3为复合材料结构固化过程芯模状态示意图；
图中：1为芯轴，2为随形层，3为传压膜，31为褶子，4为端头，41为导气通道，42为接口，43为通断阀门，5为密封腻子，6为预浸料铺层。
具体实施方式
下面结合附图对本技术方案做进一步详细说明。
如图1所示，所述的芯模包括芯轴1、随形层2、传压膜3和端头4，随形层2为高渗透性可压缩的柔性材料制成，传压膜3为非透气性材料，端头4内开有导气通道41，端头4固定在芯轴1上，随形层2覆盖在芯轴1的外表面上，传压膜3包裹整个芯轴1和随形层2，密封在端头4的外表面，端头4导气通道的外端口，即接口42处安装有通断阀门43。其中，芯轴1可选用硫化橡胶、硅橡胶等材料，端头4可选用金属、硫化橡胶、塑料、复合材料等，传压膜3可选用尼龙真空袋、聚酰亚胺真空袋和具有高延展性的隔膜，随形层2可选用聚酯透气毡、尼龙透气毡等。
本发明以帽形长桁加筋壁板为实施例，进行详细说明：
1、芯模制备
根据帽形长桁内截面尺寸，设计并制备芯轴成型模具，其形状与封闭截面复合材料结构内截面形状相同但尺寸略小。成型模具两端预埋端头4，放入制备芯轴1所用的原材料，成型芯轴1。在芯轴1上包裹随形层2，随形层2外表面尺寸等于或略大于复合材料结构封闭截面内表面，并且沿周长保持等厚。在随形层2上包裹传压膜3，传压膜3截面周长大于封闭截面复合材料结构内截面周长。优选定制的长筒形传压膜3，如果没有长筒形传压膜3，可用普通平面传压膜3卷成长筒状，用密封腻子沿断面贴合。传压膜3两端在端头4利用密封腻子5密封。
2、芯模气密性检测
芯模制备完成后，一端端头4连接真空泵，另一端端头4连接真空表。抽真空，随形层2在传压膜3的作用下收缩，传压膜3紧贴随形层2。由于传压膜3截面周长大于收缩后的随形层2外形截面周长，出现许多传压膜褶子31。在此过程中，要保证褶子31大小尽量均一，并且沿截面周长及长度方向均匀分布，特殊地，在帽形长桁拐角区域可以分布相对多的褶子31。芯模内部达到真空后，停止抽真空，通过观察真空表示数变化，判断其气密性。如果漏气，检查密封腻子5密封性及传压膜3的完整性，必要时更换传压膜3并重新密封，以保证芯模气密性。气密性检测合格后，端头4封闭，芯模内部保持真空状态备用。
3、芯模应用
无论采用共固化工艺还是共胶接工艺，帽形长桁及蒙皮铺贴结束后，在两者进行拼装的过程中引入芯模。此时，芯模的随形层2在真空作用下出于收缩状态，芯模外形尺寸小于长桁预浸料铺层6内截面尺寸，组装简单易行。当长桁与蒙皮定位后，芯模端头4接通大气，随形层2得以释放并回弹，在此过程中，传压膜3也随着随形层2逐渐展开。在充气或大气压状态下，随形层2外表面尺寸略大于帽形长桁预浸料铺层6封闭截面内表面，促使传压膜3紧密贴合帽形长桁封闭截面内表面。传压膜褶子31均匀分布是保证其紧密贴合长桁整个内表面的保证。另外，长桁拐角区预留的传压膜褶子31有效避免传压膜3在长桁拐角区出现架桥，从而促进外加压力有效传递，确保拐角区成型质量。由于预浸料具有一定黏性，为了避免传压膜3与预浸料铺层因为局部粘合而影响整体均匀贴合，长桁内表面铺贴隔离膜。利用端头4与壁板成型真空袋密封，实现芯模装置与固化环境气体的连通，同时确保复合材料结构与固化环境气体的分离。帽形长桁加筋壁板固化过程中，端头阀门43开启，保证热压罐压力均匀等值瞬时传递到长桁内表面，保证成型质量。固化结束后，其中一端端头4封闭，另一端端头4连接真空泵，在真空的作用下，随形层2及传压膜3收缩，促使长桁与芯模分离。此时，芯模尺寸小于长桁截面尺寸，可以容易地将芯模抽出。由此，完成封闭截面复合材料结构的固化成型。芯轴1及与其连接的端头4可以重复多次使用。

Claims (6)

1.一种成型复合材料封闭截面结构的芯模，其特征为：所述的芯模包括芯轴(1)、随形层(2)、传压膜(3)和端头(4)，随形层(2)为高渗透性可压缩的柔性材料制成，传压膜(3)为非透气性材料，端头(4)内开有导气通道(41)，端头(4)固定在芯轴(1)上，随形层(2)覆盖在芯轴(1)的外表面上，传压膜(3)包裹整个芯轴(1)和随形层(2)，密封在端头(4)的外表面，端头(4)导气通道的外端口安装有通断阀门(43)。
2.根据权利要求1所述的一种成型复合材料封闭截面结构的芯模，其特征为：芯轴(1)使用柔性材料制成。
3.根据权利要求1所述的一种成型复合材料封闭截面结构的芯模，其特征为：芯轴(1)的两端分别固定有端头(4)。
4.根据权利要求1所述的一种成型复合材料封闭截面结构的芯模，其特征为：传压膜(3)选用柔性薄膜材料。
5.根据权利要求1所述的一种成型复合材料封闭截面结构的芯模，其特征为：随形层(2)选用透气毡。
6.根据权利要求1所述的一种成型复合材料封闭截面结构的芯模，其特征为：传压膜(3)通过密封腻子(5)密封在端头(4)上。
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