CN109774190B - 一种碳纤维复合材料多通接头的制造方法 - Google Patents
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Abstract
一种碳纤维复合材料多通接头的制造方法，接头类型包括四通接头、五通接头、六通接头、七通接头和八通接头，本发明方法主要步骤为：模具处理、两瓣结构（1/4瓣和3/4瓣）成型、固化、脱模、加工打磨、胶接装配、整体固化和修整以及环向补强。本发明的制造方法，可以使碳纤维复合材料多通接头的两瓣结构，在胶接装配的应用过程中实现整体成型。本发明既可以解决复杂桁架结构装配时，支通管无法插入其两端相应接头的矛盾，同时，主通管接头和支通管接头的环向补强，又可以满足多通接头在桁架结构中的复杂载荷要求。
Description
技术领域
本发明涉及航空、航天等领域复杂桁架结构，具体涉及一种碳纤维复合材料多通接头的制造方法。
背景技术
桁架结构质量轻、灵活易拆装，可根据需要进行结构调节以适应不同的载荷和布局要求,目前已经广泛应用于航空航天结构中，如太阳能无人机桁架机身、飞艇支撑结构以及空间站和卫星支撑结构等。桁架结构的主体由桁架接头通过连接组合而成，一般来说桁架接头形状比较复杂，为多维空间多向结构件，且对空间力学性能要求较高。
桁架接头的成型工艺包括预浸料模压工艺、缠绕工艺、RTM工艺以及自动铺丝工艺。模压工艺和RTM工艺模具设计复杂，成本较高。缠绕工艺适合整体成型，但是后续装配存在干涉。自动铺丝工艺成本较高，并且某些复杂形状接头局部负曲率位置无法实现。
发明内容
本发明解决了模压和RTM工艺模具设计复杂、缠绕工艺制件装配干涉以及自动铺丝工艺成本高等问题，进而提供了一种碳纤维复合材料多通接头的制造方法。
本发明所采用的技术方案如下：一种碳纤维复合材料多通接头的制造方法，具体包括如下步骤，
步骤一：模具处理，分别对成型碳纤维复合材料多通接头3/4瓣结构和1/4瓣结构模具进行去除油污、水渍和灰尘处理，并在模具外表面均匀涂覆碳纤维复合材料用脱模剂；
步骤二：两瓣结构成型，将已经裁剪好的预浸料织物按照设计铺层，手工铺放于两瓣结构的模具上；
步骤三：固化，采用固化炉固化，依次从内到外铺放脱模布、隔离膜、透气毡和真空袋，真空袋压后进行固化炉固化，按照预浸料固化制度全程抽真空固化；
步骤四：脱模，模具温度降至60℃以下，取出辅助材料，借助脱模楔等工具脱模；
步骤五：加工打磨，按照两瓣结构切割线进行切割，局部夹角位置进行精细打磨，其中两瓣结构内表面采用400-800目砂纸打磨；
步骤六：胶接装配，采用丙酮将两瓣结构内表面清洗干净，待丙酮挥发以后，将已经混合均匀的结构胶涂覆于两瓣结构内表面，借助装配工装完成桁架架构杆系和接头的装配，装配过程中，将挤出的结构胶擦除；
步骤七：整体固化和修整，将桁架结构放置于固化炉中，按照结构胶固化制度固化后，将挤出的、已经固化的结构胶清理掉，并采用400-800目砂纸将主通管和支通管待补强位置进行打磨；
步骤八：环向补强，采用丙酮将待补强区清洗干净，待丙酮挥发以后，将已经裁剪好的碳纤维单向预浸窄带手动缠绕至主通管和支通管上，并用压敏胶缠绕紧固；
步骤九：再次固化，再次将桁架结构放置于固化炉中，按照单向预浸窄带的固化制度固化，固化后，拆除压敏胶，获得制件。
本发明的进一步改进在于：所述步骤一中，涂覆碳纤维复合材料用脱模剂的次数为2-3次，每次间隔10-20min。
本发明的进一步改进在于：所述步骤二中，铺层方式为第一层铺放后，在一个负大气压下，预压实10-20min，之后每4-5层预压实一次，直至铺层完毕。
本发明的进一步改进在于：所述步骤三中，固化步骤采用热压罐固化，依次从内到外铺放脱模布、隔离膜、透气毡和真空袋，真空袋压后进行热压罐固化。
本发明的进一步改进在于：所述热压罐固化过程中，按照预浸料固化制度全程抽真空固化，压力为0.3-0.6MPa，真空度不低于-85KPa。
本发明的进一步改进在于：所述步骤三中，固化步骤采用固化炉固化，其中依次从内到外铺放脱模布、导流网、缠绕管和真空袋等，真空袋压后进行胶液导入，将混合均匀的树脂体系导入织物中，按照树脂体系固化制度固化。
本发明的进一步改进在于：所述步骤二中，所述织物为3k、6k或者12k碳纤维织物。
本发明的进一步改进在于：所述步骤三中，真空度要求不低于-95KPa，并关闭真空保持5min内，真空度下降值不超过5KPa。
本发明的进一步改进在于：所述固化制度为低温、中温或者高温固化。
本发明的进一步改进在于：所述步骤三中，所述两瓣结构固化后其纤维体积含量介于45%-65%。
本发明具有以下有益效果：本发明采用分瓣结构袋压成型工艺，模具结构简单、成本低廉，可多次重复利用；本发明采用分瓣结构在装配时实现整体成型，可以解决复杂杂桁架结构装配时，支通管无法插入其两端相应接头的的问题；本发明采用环向补强的方法，可以满足多通接头在桁架结构中的复杂载荷要求；采用本发明方法制造的碳纤维复合材料多通接头，不仅质量满足设计要求，而且成本相对低廉。
附图说明
图1为本发明碳纤维复合材料多通接头1/4瓣结构成型示意图。
图2为本发明碳纤维复合材料多通接头3/4瓣结构成型示意图。
图3 为本发明碳纤维复合材料多通接头整体成型示意图。
其中：1-多通接头1/4瓣结构，2-多通接头3/4瓣结构，3-胶接，4-环向补强， 5-多通接头整体结构。
具体实施方式
为了使本领域的普通技术人员能更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的描述。
具体实施方式一：
本实施方式的碳纤维复合材料多通接头的制造方法是按以下步骤实现的：
步骤一：模具处理：分别对成型碳纤维复合材料多通接头3/4瓣结构和1/4瓣结构模具进行去除油污、水渍和灰尘处理，并在模具外表面均匀涂覆碳纤维复合材料用脱模剂3次，每次间隔15min；
步骤二：两瓣结构成型：将已经裁剪好的预浸料织物按照设计铺层，手工铺放于两瓣结构的模具上，铺层方式为第一层铺放后，在一个负大气压下，预压实15min，以后每4层预压实1次，直至铺层完毕，所述织物为6k碳纤维织物；
步骤三：固化炉固化：依次从内到外铺放脱模布、隔离膜、透气毡和真空袋，真空袋压后进行固化炉固化，按照预浸料固化制度全程抽真空采用中温固化，真空度不低于-85KPa，并关闭真空保持5min内，真空度下降值不超过5KPa，所述两瓣结构固化后其纤维体积含量为55%；
步骤四、脱模：模具温度降至45℃，取出辅助材料，借助脱模楔等工具脱模；
步骤五、加工打磨：按照两瓣结构切割线进行切割，局部夹角位置进行精细打磨。两瓣结构内表面采用600目砂纸打磨，切勿打磨到碳纤维层；
步骤六、胶接装配：采用丙酮将两瓣结构内表面清洗干净，待丙酮挥发以后，将已经混合均匀的结构胶涂覆于两瓣结构内表面，借助装配工装完成桁架架构杆系和接头的装配，装配过程中，尽可能将挤出的结构胶擦除；
步骤七、整体固化和修整：将桁架结构放置于固化炉中，按照结构胶固化制度固化后，将挤出的、已经固化的结构胶清理掉，并采用400-800目砂纸将主通管和支通管待补强位置进行打磨，切勿打磨到碳纤维层；
步骤八、环向补强：采用丙酮将待补强区清洗干净，待丙酮挥发以后，将已经裁剪好的碳纤维单向预浸窄带手动缠绕至主通管和支通管上，并用压敏胶缠绕紧固；
步骤九、再次固化：再次将桁架结构放置于固化炉中，按照单向预浸窄带的固化制度固化，固化后，拆除压敏胶，获得制件。
具体实施方式二：
本实施方式的碳纤维复合材料多通接头的制造方法是按以下步骤实现的：
步骤一、模具处理：分别对成型碳纤维复合材料多通接头3/4瓣结构和1/4瓣结构模具进行去除油污、水渍和灰尘处理，并在模具外表面均匀涂覆碳纤维复合材料用脱模剂2次，每次间隔10min；
步骤二、两瓣结构成型：将已经裁剪好的预浸料按照设计铺层，手工铺放于两瓣结构的模具上，铺层方式为第一层铺放后，在一个负大气压下，预压实10min，以后每5层预压实一次，直至铺层完毕，所述织物为3k碳纤维织物；
步骤三、热压罐固化：依次从内到外铺放脱模布、隔离膜、透气毡和真空袋，真空袋压后进行热压罐固化，按照预浸料固化制度全程抽真空采用低温固化，压力为0.5MPa，真空度不低于-85KPa，并关闭真空保持5min内，真空度下降值不超过5KPa，所述两瓣结构固化后其纤维体积含量为45%；
步骤四、脱模：模具温度降至30°，取出辅助材料，借助脱模楔等工具脱模；
步骤五、加工打磨：按照两瓣结构切割线进行切割，局部夹角位置进行精细打磨，两瓣结构内表面采用400目砂纸打磨，切勿打磨到碳纤维层；
步骤六、胶接装配：采用丙酮将两瓣结构内表面清洗干净，待丙酮挥发以后，将已经混合均匀的结构胶涂覆于两瓣结构内表面，借助装配工装完成桁架架构杆系和接头的装配，装配过程中，尽可能将挤出的结构胶擦除；
步骤七、整体固化和修整：将桁架结构放置于固化炉中，按照结构胶固化制度固化后，将挤出的、已经固化的结构胶清理掉，并采用400-800目砂纸将主通管和支通管待补强位置进行打磨，切勿打磨到碳纤维层；
步骤八、环向补强：采用丙酮将待补强区清洗干净，待丙酮挥发以后，将已经裁剪好的碳纤维单向预浸窄带手动缠绕至主通管和支通管上，并用压敏胶缠绕紧固；
步骤九、再次固化：再次将桁架结构放置于固化炉中，按照单向预浸窄带的固化制度固化，固化后，拆除压敏胶，获得制件。
具体实施方式三：
本实施方式的碳纤维复合材料多通接头的制造方法是按以下步骤实现的：
步骤一、模具处理：分别对成型碳纤维复合材料多通接头3/4瓣结构和1/4瓣结构模具进行去除油污、水渍和灰尘处理，并在模具外表面均匀涂覆碳纤维复合材料用脱模剂3次，每次间隔10min；
步骤二、两瓣结构成型：将已经裁剪好的织物按照设计铺层，手工铺放于两瓣结构的模具上，铺层方式为第一层铺放后，在一个负大气压下，预压实20min，以后每4层预压实一次，直至铺层完毕，所述织物为12k碳纤维织物；
步骤三、固化炉固化：依次从内到外铺放脱模布、导流网、缠绕管和真空袋等，真空袋压后进行胶液导入，将混合均匀的树脂体系导入织物中，按照树脂体系固化制度采用高温固化，所述两瓣结构固化后其纤维体积含量为65%；
步骤四、脱模：模具温度降至50℃下，取出辅助材料，借助脱模楔等工具脱模；
步骤五、加工打磨：按照两瓣结构切割线进行切割，局部夹角位置进行精细打磨。两瓣结构内表面采用800目砂纸打磨，切勿打磨到碳纤维层；
步骤六、胶接装配：采用丙酮将两瓣结构内表面清洗干净，待丙酮挥发以后，将已经混合均匀的结构胶涂覆于两瓣结构内表面，借助装配工装完成桁架架构杆系和接头的装配，装配过程中，尽可能将挤出的结构胶擦除；
步骤七、整体固化和修整：将桁架结构放置于固化炉中，按照结构胶固化制度固化后，将挤出的、已经固化的结构胶清理掉，并采用400-800目砂纸将主通管和支通管待补强位置进行打磨，切勿打磨到碳纤维层；
步骤八、环向补强：采用丙酮将待补强区清洗干净，待丙酮挥发以后，将已经裁剪好的碳纤维单向预浸窄带手动缠绕至主通管和支通管上，并用压敏胶缠绕紧固；
步骤九、再次固化：再次将桁架结构放置于固化炉中，按照单向预浸窄带的固化制度固化，固化后，拆除压敏胶，获得制件。
本实施例具有以下有益效果：本实施例.采用分瓣结构袋压成型工艺，模具结构简单、成本低廉，可多次重复利用；本发明采用分瓣结构在装配时实现整体成型，可以解决复杂杂桁架结构装配时，支通管无法插入其两端相应接头的的问题；本发明采用环向补强的方法，可以满足多通接头在桁架结构中的复杂载荷要求；采用本发明方法制造的碳纤维复合材料多通接头，不仅质量满足设计要求，而且成本相对低廉。
本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (10)
1.一种碳纤维复合材料多通接头的制造方法，其特征在于:具体包括如下步骤，
步骤一：模具处理，分别对成型碳纤维复合材料多通接头两瓣结构模具进行去除油污、水渍和灰尘处理，并在模具外表面均匀涂覆碳纤维复合材料用脱模剂；
步骤二：两瓣结构成型，将已经裁剪好的预浸料织物按照设计铺层，手工铺放于两瓣结构的模具上；
步骤三：固化，采用固化炉固化，依次从内到外铺放脱模布、隔离膜、透气毡和真空袋，真空袋压后进行固化炉固化，按照预浸料固化制度全程抽真空固化；
步骤四：脱模，模具温度降至60℃以下，取出辅助材料，借助脱模楔等工具脱模；
步骤五：加工打磨，按照两瓣结构切割线进行切割，局部夹角位置进行精细打磨，其中两瓣结构内表面采用400-800目砂纸打磨；
步骤六：胶接装配，采用丙酮将两瓣结构内表面清洗干净，待丙酮挥发以后，将已经混合均匀的结构胶涂覆于两瓣结构内表面，借助装配工装完成桁架架构杆系和接头的装配，装配过程中，将挤出的结构胶擦除；
步骤七：整体固化和修整，将桁架结构放置于固化炉中，按照结构胶固化制度固化后，将挤出的、已经固化的结构胶清理掉，并采用400-800目砂纸将主通管和支通管待补强位置进行打磨；
步骤八：环向补强，采用丙酮将待补强区清洗干净，待丙酮挥发以后，将已经裁剪好的碳纤维单向预浸窄带手动缠绕至主通管和支通管上，并用压敏胶缠绕紧固；
步骤九：再次固化，再次将桁架结构放置于固化炉中，按照单向预浸窄带的固化制度固化，固化后，拆除压敏胶，获得制件。
2.根据权利要求1所述的一种碳纤维复合材料多通接头的制造方法，其特征在于：所述步骤一中，涂覆碳纤维复合材料用脱模剂的次数为2-3次，每次间隔10-20min。
3.根据权利要求1所述的一种碳纤维复合材料多通接头的制造方法，其特征在于：所述步骤二中，铺层方式为第一层铺放后，在一个负大气压下，预压实10-20min，之后每4-5层预压实一次，直至铺层完毕。
4.根据权利要求1所述的一种碳纤维复合材料多通接头的制造方法，其特征在于：所述步骤三中，固化步骤采用热压罐固化，依次从内到外铺放脱模布、隔离膜、透气毡和真空袋，真空袋压后进行热压罐固化。
5.根据权利要求4所述的一种碳纤维复合材料多通接头的制造方法，其特征在于：所述热压罐固化过程中，按照预浸料固化制度全程抽真空固化，压力为0.3-0.6MPa，真空度不低于-85KPa。
6.根据权利要求1所述的一种碳纤维复合材料多通接头的制造方法，其特征在于：所述步骤三中，固化步骤采用固化炉固化，其中依次从内到外铺放脱模布、导流网、缠绕管和真空袋等，真空袋压后进行胶液导入，将混合均匀的树脂体系导入织物中，按照树脂体系固化制度固化。
7.根据权利要求1所述的一种碳纤维复合材料多通接头的制造方法，其特征在于：所述步骤二中，所述织物为3k、6k或者12k碳纤维织物。
8.根据权利要求1所述的一种碳纤维复合材料多通接头的制造方法，其特征在于：所述步骤三中，真空度要求不低于-95KPa，并关闭真空保持5min内，真空度下降值不超过5KPa。
9.根据权利要求1所述的一种碳纤维复合材料多通接头的制造方法，其特征在于：所述固化制度为低温、中温或者高温固化。
10.根据权利要求1所述的一种碳纤维复合材料多通接头的制造方法，其特征在于：所述步骤三中，所述两瓣结构固化后其纤维体积含量介于45%-65%。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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