CN105856589A - 耐高温隔热透波蜂窝c夹层天线罩一体化成型方法 - Google Patents
耐高温隔热透波蜂窝c夹层天线罩一体化成型方法 Download PDFInfo
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Abstract
耐高温隔热透波蜂窝C夹层天线罩一体化成型方法，涉及复合材料结构成型工艺方法领域；本发明通过耐高温聚酰亚胺蜂窝芯材制备、气凝胶填充蜂窝芯格、石英/聚酰亚胺复合材料法兰连接框预固化、石英/聚酰亚胺蒙皮成型、耐高温胶膜粘接组装、包覆、固化、机加等步骤实现。天线罩示意图如图1所示，本发明采用芯材、蒙皮和连接法兰“分步法”制备的方式，利用热压罐成型工艺方法，一次整体成型，解决了耐高温蜂窝夹层结构天线罩多功能一体化的难题，使该天线罩既耐高温的同时又兼具隔热、透波的设计要求；同时巧妙地将天线罩回型法兰连接结构与天线罩本体一体成型，简化了连接工序，提高了装配质量，缩短了装配周期。
Description
技术领域
本发明涉及一种复合材料结构成型工艺方法领域，特别是一种耐高温隔热透波蜂窝C夹层天线罩一体化成型方法。
背景技术
在航空航天天线罩结构设计中，要求设计的天线罩功能越来越多，既满足透波的同时又要满足耐高温、隔热、轻质以及强度刚度的要求。蜂窝夹层结构天线罩不但具有质量轻、强度高、抗弯性能好等优点，而且通过控制成型工艺可得到光滑平整的外型，从而具有优良的气动性能，同时蜂窝夹层结构还具有力学性能、电性能、隔热性能可设计性，使其作为结构功能一体化材料广泛应用于航空航天领域。
常用的蜂窝芯为铝蜂窝、Nomex蜂窝和玻璃钢蜂窝，面板可以是铝合金、碳/环氧复合材料、玻璃钢等。但是上述蜂窝夹层结构使用温度不高于200℃，对于温度要求更高的情况，就显得无能为力了。聚酰亚胺蜂窝夹层结构具有优异的耐热性和力学性能，但聚酰亚胺蜂窝夹层结构天线罩在国内研究较少。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种含回型法兰的耐高温隔热透波一体化C夹层蜂窝结构天线罩成型方法，解决了耐高温蜂窝夹层结构天线罩多功能一体化的难题，使该天线罩既耐高温的同时又兼具隔热、透波的设计要求；同时巧妙地将天线罩回型法兰连接结构与天线罩本体一体成型，简化了连接工序，提高了装配质量，缩短了装配周期。
本发明的上述目的是通过如下技术方案予以实现的：
一种耐高温隔热透波蜂窝C夹层天线罩一体化成型方法，天线罩包括回型法兰、蒙皮和蜂窝芯材；天线罩成型方法主要包括以下步骤：
步骤(一)、蜂窝芯材整体编织制备成型；
步骤(二)、制备蒙皮预浸料和回型法兰预浸料；
步骤(三)、采用蒙皮预浸料、回型法兰预浸料进行铺层，得到蒙皮和回型法兰的预制体；
步骤(四)、清除回型法兰预制体多余的聚酰亚胺树脂胶液，控制含胶量；
步骤(五)、对蒙皮预制体和回型法兰预制体进行固化，实现蒙皮和回型法兰最终成型；
步骤(六)、采用气凝胶填充步骤(一)得到的蜂窝芯材；
步骤(七)、对蒙皮、回型法兰和蜂窝芯材进行粘接组装；
步骤(八)、采用热压罐工艺对组装好的蒙皮、蜂窝芯材和回型法兰整体共固化成型得到蜂窝夹层结构天线罩毛坯件；对所述毛坯件进行加工得到蜂窝夹层结构天线罩。
在上述的耐高温隔热透波蜂窝C夹层天线罩一体化成型方法，所述步骤(一)中，蜂窝芯材整体编织制备成型包括如下步骤：
S1：采用石英纤维单丝对蜂窝芯材进行整体连续编织，蜂窝芯材包括多个相邻蜂窝芯格，相邻蜂窝芯格间节点处采用物理编织连接增强的方式；
S2：将编织好的蜂窝芯材浸泡聚酰亚胺树脂胶液直至完全浸透；
S3：将浸泡完全的蜂窝芯材在室温下晾置直至所含溶液全部挥发；再放进高温烘箱进行120-140℃烘烤0.5-1h，实现蜂窝芯材的制备成型。
在上述的耐高温隔热透波蜂窝C夹层天线罩一体化成型方法，所述步骤(二)中，蒙皮预浸料和回型法兰预浸料均为聚酰亚胺树脂胶液浸渍后的石英增强纤维；预浸料的聚酰亚胺树脂胶液和石英增强纤维的质量配比为2.3-2.5:1。
在上述的耐高温隔热透波蜂窝C夹层天线罩一体化成型方法，所述步骤(三)中，蒙皮和回型法兰的铺层包括如下步骤：
S1：以平板模具为铺层模具，在平板模具上表面进行蒙皮预浸料铺层，共铺5层，从下至上每层的铺层角度依次为0°、90°、0°、90°、0°，得到蒙皮预制体；
S2：以平板模具为铺层模具，，在平板模上表面进行回型法兰预浸料铺层，共重复铺层10个阶段，每个阶段铺7层，每个阶段从下至上每层的铺层角度依次为﹢45°、-45°、0°、90°、0°、-45°、﹢45°，得到回型法兰预制体。
在上述的耐高温隔热透波蜂窝C夹层天线罩一体化成型方法，所述步骤(四)中，清除胶液工艺为：升温速率10-20℃/h，预压实温度为80-120℃，保温30min-60min，压力0.1-0.3MPa，含胶量控制在50％-70％，真空表压≤-0.097MPa。
在上述的耐高温隔热透波蜂窝C夹层天线罩一体化成型方法，所述步骤(五)中，固化工艺为升温速率10-20℃/h，加压温度为200-210℃，固化温度为330-340℃，保温1-2h，压力0.8-1MPa，真空表压≤-0.097MPa。
在上述的耐高温隔热透波蜂窝C夹层天线罩一体化成型方法，所述步骤(八)中整体共固化工艺为升温速率10-40℃/h，温度220-260℃保温4-6h，压力0.2-0.4MPa。
在上述的耐高温隔热透波蜂窝C夹层天线罩一体化成型方法，所述S1中，，蜂窝芯格为边长为7-9mm的正六边形，蜂窝芯高为9-11mm，壁厚为0.45-0.55mm。
在上述的耐高温隔热透波蜂窝C夹层天线罩一体化成型方法，所述气凝胶为粉末状，将粉末状气凝胶填充在蜂窝芯格中。
本发明与现有技术相比具有如下优点：
(1)本发明采用整体编织的方式进行编制石英纤维蜂窝结构，蜂窝节点处采用物理编织连接增强的方式来代替传统的化学胶粘的方式，解决了耐高温蜂窝夹层结构节点连接的难题；
(2)本发明采用芯材、蒙皮和连接法兰“分步法”制备的方式，利用热压罐成型工艺技术，一次整体成型，保证了制品尺寸要求、产品内部质量，避免了蒙皮处出现鼓包、凹坑和脱粘问题；
(3)本发明通过对蜂窝芯格进行气凝胶填充，解决了因高温时蒙皮间芯格内空气对流传热的问题，提高了隔热性能；
(4)本发明将天线罩回型法兰连接结构与天线罩本体一体成型，简化了连接工序，提高了装配质量，缩短了装配周期。
附图说明
图1为本发明回型法兰俯视图；
图2为本发明耐高温隔热透波蜂窝C夹层天线罩侧面剖视图；
图3为本发明蜂窝芯材结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的描述：
本发明的目的是提供一种含回型法兰的耐高温隔热透波一体化C夹层蜂窝结构天线罩成型方法，该方法合理采用芯材、蒙皮和连接法兰“分步法”制备的方式，利用热压罐成型工艺技术，一次整体成型，解决了耐高温蜂窝夹层结构天线罩多功能一体化的难题，使该天线罩既耐高温的同时又兼具隔热、透波的设计要求；同时巧妙地将天线罩回型法兰连接结构与天线罩本体一体成型，简化了连接工序，提高了装配质量，缩短了装配周期。
如图1所示为回型法兰俯视图，由图可知，一种耐高温隔热透波蜂窝C夹层天线罩一体化成型方法，天线罩包括回型法兰1、天线罩透波区2、气凝胶3、高温胶膜4、蒙皮5和蜂窝芯材6；回型法兰1的中间区域为天线罩透波区2，天线罩成型方法主要包括以下步骤：
步骤(一)、蜂窝芯材6整体编织制备成型；蜂窝芯材6整体编织制备成型包括如下步骤：
S1：采用石英纤维单丝对蜂窝芯材6进行整体连续编织，蜂窝芯材6包括多个相邻蜂窝芯格，相邻蜂窝芯格间节点处采用物理编织连接增强的方式来代替传统的化学胶粘的方式；
S2：将编织好的蜂窝芯材6浸泡聚酰亚胺树脂胶液直至完全浸透；
S3：将浸泡完全的蜂窝芯材6在室温下晾置直至所含溶液全部挥发；再放进高温烘箱进行120-140℃烘烤0.5-1h，实现蜂窝芯材6的制备成型。
如图3所示为蜂窝芯材结构示意图，由图可知，蜂窝芯格为边长为7-9mm的正六边形，蜂窝芯高为9-11mm，壁厚为0.45-0.55mm。
步骤(二)、制备蒙皮5预浸料和回型法兰1预浸料；蒙皮5预浸料和回型法兰1预浸料均为聚酰亚胺树脂胶液浸渍后的石英增强纤维；预浸料的聚酰亚胺树脂胶液和石英增强纤维的质量配比为2.3-2.5:1。
步骤(三)、采用蒙皮5预浸料、回型法兰1预浸料进行铺层，得到蒙皮5和回型法兰1的预制体；蒙皮5和回型法兰1的铺层包括如下步骤：
S1：以平板模具为铺层模具，在平板模具上表面进行蒙皮5预浸料铺层，共铺5层，从下至上每层的铺层角度依次为0°、90°、0°、90°、0°，包覆真空袋预压实，得到蒙皮5预制体；
S2：以平板模具为铺层模具，，在平板模上表面进行回型法兰1预浸料铺层，共重复铺层10个阶段，每个阶段铺7层，每个阶段从下至上每层的铺层角度依次为﹢45°、-45°、0°、90°、0°、-45°、﹢45°，包覆真空袋预压实，得到回型法兰1预制体。
步骤(四)、清除回型法兰1预制体多余的聚酰亚胺树脂胶液，控制含胶量；清除胶液工艺为：升温速率10-20℃/h，预压实温度为80-120℃，保温30min-60min，压力0.1-0.3MPa，含胶量控制在50％-70％，真空表压≤-0.097MPa。
步骤(五)、对蒙皮5预制体和回型法兰1预制体进行固化，实现蒙皮5和回型法兰1最终成型；固化工艺为升温速率10-20℃/h，加压温度为200-210℃，固化温度为330-340℃，保温1-2h，压力0.8-1MPa，真空表压≤-0.097MPa。
步骤(六)、采用气凝胶3填充步骤(一)得到的蜂窝芯材6；气凝胶为粉末状，将粉末状气凝胶填充在蜂窝芯格中；采用气凝胶隔热材料填充蜂窝芯格的方式消除蒙皮间对流传热。所用的聚酰亚胺树脂胶液和石英增强纤维长期耐320℃，采用C夹层设计形式与气凝胶配合使用既达到了隔热要求又满足了透波性能，解决了蜂窝夹层结构天线罩耐高温、隔热、透波、承载多功能一体化的难题。
步骤(七)、如图2所示为耐高温隔热透波蜂窝C夹层天线罩侧面剖视图，由图可知，采用高温胶膜4对蒙皮5、回型法兰1和蜂窝芯材6进行粘接组装；
步骤(八)、采用热压罐工艺对组装好的蒙皮5、蜂窝芯材6和回型法兰1整体共固化成型得到蜂窝夹层结构天线罩毛坯件；对所述毛坯件进行加工得到蜂窝夹层结构天线罩。整体共固化工艺为升温速率10-40℃/h，温度220-260℃保温4-6h，压力0.2-0.4MPa。
天线罩回型法兰连接结构与天线罩本体一体成型，解决了天线罩在长期高低温循环环境下因装配应力造成的罩体变形和开裂问题，提高了装配质量和使用寿命，缩短了装配周期。
实施例1：
步骤(一)、蜂窝芯材6整体编织制备成型；蜂窝芯材6整体编织制备成型包括如下步骤：
S1：采用石英纤维单丝对蜂窝芯材6进行整体连续编织，蜂窝芯材6包括多个相邻蜂窝芯格，相邻蜂窝芯格间节点处采用物理编织连接增强的方式来代替传统的化学胶粘的方式；
S2：将编织好的蜂窝芯材6浸泡聚酰亚胺树脂胶液直至完全浸透；
S3：将浸泡完全的蜂窝芯材6在室温下晾置直至所含溶液全部挥发；再放进高温烘箱进行130℃烘烤0.7h，实现蜂窝芯材6的制备成型。
如图3所示为蜂窝芯材结构示意图，由图可知，蜂窝芯格为边长为8mm的正六边形，蜂窝芯高为10mm，壁厚为0.5mm。
步骤(二)、制备蒙皮5预浸料和回型法兰1预浸料；蒙皮5预浸料和回型法兰1预浸料均为聚酰亚胺树脂胶液浸渍后的石英增强纤维；预浸料的聚酰亚胺树脂胶液和石英增强纤维的质量配比为2.4:1。
步骤(三)、采用蒙皮5预浸料、回型法兰1预浸料进行铺层，得到蒙皮5和回型法兰1的预制体；蒙皮5和回型法兰1的铺层包括如下步骤：
S1：以平板模具为铺层模具，在平板模具上表面进行蒙皮5预浸料铺层，共铺5层，从下至上每层的铺层角度依次为0°、90°、0°、90°、0°，包覆真空袋预压实，得到蒙皮5预制体；
S2：以平板模具为铺层模具，，在平板模上表面进行回型法兰1预浸料铺层，共重复铺层10个阶段，每个阶段铺7层，每个阶段从下至上每层的铺层角度依次为﹢45°、-45°、0°、90°、0°、-45°、﹢45°，包覆真空袋预压实，得到回型法兰1预制体。
步骤(四)、清除回型法兰1预制体多余的聚酰亚胺树脂胶液，控制含胶量；清除胶液工艺为：升温速率15℃/h，预压实温度为100℃，保温45min，压力0.2MPa，含胶量控制在60％，真空表压为-0.097MPa。
步骤(五)、对蒙皮5预制体和回型法兰1预制体进行固化，实现蒙皮5和回型法兰1最终成型；固化工艺为升温速率15℃/h，加压温度为205℃，固化温度为335℃，保温1.5h，压力0.9MPa，真空表压为-0.097MPa。
步骤(六)、采用气凝胶3填充步骤(一)得到的蜂窝芯材6；气凝胶为粉末状，将粉末状气凝胶填充在蜂窝芯格中；采用气凝胶隔热材料填充蜂窝芯格的方式消除蒙皮间对流传热。所用的聚酰亚胺树脂胶液和石英增强纤维长期耐320℃，采用C夹层设计形式与气凝胶配合使用既达到了隔热要求又满足了透波性能，解决了蜂窝夹层结构天线罩耐高温、隔热、透波、承载多功能一体化的难题。
步骤(七)、如图2所示为耐高温隔热透波蜂窝C夹层天线罩侧面剖视图，由图可知，采用高温胶膜4对蒙皮5、回型法兰1和蜂窝芯材6进行粘接组装；
步骤(八)、采用热压罐工艺对组装好的蒙皮5、蜂窝芯材6和回型法兰1整体共固化成型得到蜂窝夹层结构天线罩毛坯件；对所述毛坯件进行加工得到蜂窝夹层结构天线罩。整体共固化工艺为升温速率25℃/h，温度240℃保温5h，压力0.3MPa。
本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。
Claims (9)
1.一种耐高温隔热透波蜂窝C夹层天线罩一体化成型方法，其特征在于：天线罩包括回型法兰(1)、蒙皮(5)和蜂窝芯材(6)；天线罩成型方法主要包括以下步骤：
步骤(一)、蜂窝芯材(6)整体编织制备成型；
步骤(二)、制备蒙皮(5)预浸料和回型法兰(1)预浸料；
步骤(三)、采用蒙皮(5)预浸料、回型法兰(1)预浸料进行铺层，得到蒙皮(5)和回型法兰(1)的预制体；
步骤(四)、清除回型法兰(1)预制体多余的聚酰亚胺树脂胶液，控制含胶量；
步骤(五)、对蒙皮(5)预制体和回型法兰(1)预制体进行固化，实现蒙皮(5)和回型法兰(1)最终成型；
步骤(六)、采用气凝胶(3)填充步骤(一)得到的蜂窝芯材(6)；
步骤(七)、对蒙皮(5)、回型法兰(1)和蜂窝芯材(6)进行粘接组装；
步骤(八)、采用热压罐工艺对组装好的蒙皮(5)、蜂窝芯材(6)和回型法兰(1)整体共固化成型得到蜂窝夹层结构天线罩毛坯件；对所述毛坯件进行加工得到蜂窝夹层结构天线罩。
2.根据权利要求1所述的耐高温隔热透波蜂窝C夹层天线罩一体化成型方法，其特征在于：所述步骤(一)中，蜂窝芯材(6)整体编织制备成型包括如下步骤：
S1：采用石英纤维单丝对蜂窝芯材(6)进行整体连续编织，蜂窝芯材(6)包括多个相邻蜂窝芯格，相邻蜂窝芯格间节点处采用物理编织连接增强的方式；
S2：将编织好的蜂窝芯材(6)浸泡聚酰亚胺树脂胶液直至完全浸透；
S3：将浸泡完全的蜂窝芯材(6)在室温下晾置直至所含溶液全部挥发；再放进高温烘箱进行120-140℃烘烤0.5-1h，实现蜂窝芯材(6)的制备成型。
3.根据权利要求1所述的耐高温隔热透波蜂窝C夹层天线罩一体化成型方法，其特征在于：所述步骤(二)中，蒙皮(5)预浸料和回型法兰(1)预浸料均为聚酰亚胺树脂胶液浸渍后的石英增强纤维；预浸料的聚酰亚胺树脂胶液和石英增强纤维的质量配比为2.3-2.5:1。
4.根据权利要求1所述的耐高温隔热透波蜂窝C夹层天线罩一体化成型方法，其特征在于：所述步骤(三)中，蒙皮(5)和回型法兰(1)的铺层包括如下步骤：
S1：以平板模具为铺层模具，在平板模具上表面进行蒙皮(5)预浸料铺层，共铺5层，从下至上每层的铺层角度依次为0°、90°、0°、90°、0°，得到蒙皮(5)预制体；
S2：以平板模具为铺层模具，，在平板模上表面进行回型法兰(1)预浸料铺层，共重复铺层10个阶段，每个阶段铺7层，每个阶段从下至上每层的铺层角度依次为﹢45°、-45°、0°、90°、0°、-45°、﹢45°，得到回型法兰(1)预制体。
5.根据权利要求1所述的耐高温隔热透波蜂窝C夹层天线罩一体化成型方法，其特征在于：所述步骤(四)中，清除胶液工艺为：升温速率10-20℃/h，预压实温度为80-120℃，保温30min-60min，压力0.1-0.3MPa，含胶量控制在50％-70％，真空表压≤-0.097MPa。
6.根据权利要求1所述的耐高温隔热透波蜂窝C夹层天线罩一体化成型方法，其特征在于：所述步骤(五)中，固化工艺为升温速率10-20℃/h，加压温度为200-210℃，固化温度为330-340℃，保温1-2h，压力0.8-1MPa，真空表压≤-0.097MPa。
7.根据权利要求1所述的耐高温隔热透波蜂窝C夹层天线罩一体化成型方法，其特征在于：所述步骤(八)中整体共固化工艺为升温速率10-40℃/h，温度220-260℃保温4-6h，压力0.2-0.4MPa。
8.根据权利要求2所述的耐高温隔热透波蜂窝C夹层天线罩一体化成型方法，其特征在于：所述S1中，，蜂窝芯格为边长为7-9mm的正六边形，蜂窝芯高为9-11mm，壁厚为0.45-0.55mm。
9.根据权利要求2所述的耐高温隔热透波蜂窝C夹层天线罩一体化成型方法，其特征在于：所述气凝胶为粉末状，将粉末状气凝胶填充在蜂窝芯格中。
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