CN109353025A - 一种热塑性短纤维复材舱体成型工艺及结构 - Google Patents

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蒋斌林
王再玉
康龙辉
朱照阳
姚盼盼
刘张弛
林海彬
黄训义
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Abstract

一种热塑性短纤维复材舱体成型工艺，使用短纤维热塑性材料，利用短纤维热塑性材料的二次共固化融合产生无明显复合材料界面的舱体。利用热塑性短纤维复合材料的特点(高温高压下纤维短距离移动并互相渗透、基体树脂可经过多次熔融而不改变分子结构)，以达到整体成型复材结构能力，并降低工艺难度和制造成本。

Description

一种热塑性短纤维复材舱体成型工艺及结构
技术领域
本发明属于舱体结构设计及成型领域，特别是涉及一种热塑性短纤维复材舱体成型工艺及结构。
背景技术
框架+蒙皮组合结构以其优异的传力效率和较高的比强度而应用广泛。针对热塑性复合材料，由于热塑性树脂在成型过程中体现的高粘度以及需要360℃左右的高温，主要采用模压工艺，而模压工艺需要模具及制件承受较大压力，加重了对模具的要求，因此，现阶段热塑性复合材料的应用主要集中在大尺寸、开敞性较好的结构上(如大飞机的蒙皮结构)。当涉及到小直径、多框梁、半封闭式的舱体结构，由于树脂的流动性差以及脱模难导致的模具复杂，必将使得复材结构存在相当多的界面缺陷，同时使得制造模具复杂性大幅提高，导致工艺难度及制造成本大幅度上升。
发明内容
本发明的目的：
利用热塑性短纤维复合材料的特点(高温高压下纤维短距离移动并互相渗透、基体树脂可经过多次熔融而不改变分子结构)，设计一种拼接式的复材结构，以达到整体成型复材结构能力，并降低工艺难度和制造成本，完成热塑性短纤维复合材料应用于小直径、多框梁、半封闭的舱体结构中。
本发明的技术方案：
本发明提供一种热塑性短纤维复材舱体成型工艺，使用短纤维热塑性材料，利用短纤维热塑性材料的二次共固化融合产生无明显复合材料界面的舱体。
所述的一种热塑性短纤维复材舱体成型工艺，包括以下步骤：
步骤1、使用短纤维热塑性材料制作舱体的加强筋；
步骤2、在组合芯模上铺设加强筋；
步骤3、在组合芯模及加强筋的外表面铺设热塑性短纤维蒙皮；
步骤4、将步骤3形成的组合体放入外模中加温加压；
步骤5、降温至常温，打开外模并抽出芯模。
所述的一种热塑性短纤维复材舱体成型工艺，所述组合芯模包括中心部分和六块外围部分，抽出芯模时先抽出中心部分，六块外围部分即自动松动。
本发明还提供一种热塑性短纤维复材舱体结构，包括纵向加强筋1，环向加强筋2，蒙皮3，所述纵向加强筋1包括左侧纵向加强筋1-1、底部纵向加强筋1-2、右侧纵向加强筋1-3、顶部纵向加强筋1-4，所述环向加强筋2包括顶部环向加强筋2-1、底部环向加强筋2-2，所述蒙皮3铺设在所述纵向加强筋1和环向加强筋2外侧，所述纵向加强筋1、环向加强筋2及蒙皮3之间融合部位无明显复合材料界面。
本发明的优点：
本发明利用高温高压下纤维短距离移动并互相渗透、基体树脂可经过多次熔融而不改变分子结构的特点，避开了结构件连续纤维铺层需结构整体设计的毛病，在满足结构承力要求的前提下，通过预制件二次组合共融，使得热塑性树脂和增强短纤维在预浸料界面和大结构界面附近均匀分布，大大减少了制件的内部缺陷，同时简化了成型工艺难度，并且在后期结构件回收后，可以增材回炉修复压制，节省了成本。
附图说明：
图1舱体体结构；
图2组合芯模结构；
图3组合芯模与舱体蒙皮组合示意图；
图4环向筋与纵向筋融合示意图；
其中1-纵向加强筋2-环向加强筋3-舱体蒙皮1-1左侧纵向加强筋1-2底部纵向加强筋1-3右侧纵向加强筋1-4顶部纵向加强筋2-1顶部环向筋2-2底部环向筋4组合芯模5筋条融合区域。
具体实施方式：
下面结合附图对本发明做进一步详细描述。
如图2与图3所示，依据热塑性短纤维复合材料特点(高温高压下纤维短距离移动并互相渗透、基体热塑性树脂互相融合)，将舱体结构设计成环向加强筋(1-1左侧纵向加强筋、1-2底部纵向加强筋、1-3左侧纵向加强筋)，环向加强筋(2-1顶部环向筋、2-2底部环向筋)和舱体蒙皮2组成。其中，环向加强筋及纵向加强筋及舱体蒙皮2均先作为单独零件预先成型，为便于脱模，筋条均设计有2°的拔模角，舱体蒙皮2同样作为单独零件预先成型。
舱体成型时，将环向筋荆条、纵向筋条置于钢制芯模上形成组合芯模5，将组合芯模5插入舱体蒙皮2空腔中，对组合件加温固化。以图4为例，顶部环向筋2-1与顶部纵向筋1-4在加温过程中融合成为完整筋条，环向筋与纵向筋条在高温和压力下互相融合形成完整加强筋结构，并且与蒙皮融合，最终得到完整热塑性短纤维复材舱体结构。

Claims (4)

1.一种热塑性短纤维复材舱体成型工艺，其特征在于，使用短纤维热塑性材料，利用短纤维热塑性材料的二次共固化融合产生无明显复合材料界面的舱体。
2.根据权利要求1所述的一种热塑性短纤维复材舱体成型工艺，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、使用短纤维热塑性材料制作舱体的加强筋；
步骤2、在组合芯模上铺设加强筋；
步骤3、在组合芯模及加强筋的外表面铺设热塑性短纤维蒙皮；
步骤4、将步骤3形成的组合体放入外模中加温加压；
步骤5、降温至常温，打开外模并抽出芯模。
3.根据权利要求2所述的一种热塑性短纤维复材舱体成型工艺，其特征在于，所述组合芯模包括中心部分和六块外围部分，抽出芯模时先抽出中心部分，六块外围部分即自动松动。
4.一种热塑性短纤维复材舱体结构，其特征在于，包括纵向加强筋(1)，环向加强筋(2)，蒙皮(3)，所述纵向加强筋(1)包括左侧纵向加强筋(1-1)、底部纵向加强筋(1-2)、右侧纵向加强筋(1-3)、顶部纵向加强筋(1-4)，所述环向加强筋(2)包括顶部环向加强筋(2-1)、底部环向加强筋(2-2)，所述蒙皮(3)铺设在所述纵向加强筋(1)和环向加强筋(2)外侧，所述纵向加强筋(1)、环向加强筋(2)及蒙皮(3)之间融合部位无明显复合材料界面。
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