CN111070721B - 一种柔性化曲面泡沫结构及其铺覆方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种柔性化曲面泡沫结构及其铺覆方法。所述方法为:提供平面泡沫结构;将平面泡沫结构进行网格化处理,得到多块网格单元结构;将多块网格单元结构与柔性织物结构粘接,得到柔性化泡沫结构;将柔性化泡沫结构铺覆在曲面结构上,得到柔性泡沫曲面结构;在铺覆过程中,柔性化泡沫结构由曲面铺覆而张开形成间隙,间隙通过胶膜、预浸料和/或增强材料进行修补;在柔性泡沫曲面结构上铺覆织物和/或预浸料,得到柔性化曲面泡沫结构。本发明方法解决了复杂型面泡沫夹芯结构的低成本机加、铺覆以及成型,将复杂型面转化为简单平面,将大块整体铺覆转化为单元铺覆;相比传统曲面泡沫夹层结构成型,具有工艺流程简化和制造低成本等突出优势。
Description
技术领域
本发明属于复合材料铺覆成型技术领域,尤其涉及一种柔性化曲面泡沫结构及其铺覆方法。
背景技术
泡沫夹芯结构是航空航天结构中典型的结构形式。目前,对曲面泡沫夹芯结构的铺覆成型通常比较费时费力。现有工艺过程通常工作效率低,泡沫机加费用高,内部质量控制较差,人力成本较高,不合格率也较高;此外,特别对于大型结构而言,整体曲面泡沫铺覆基本上是难以实现的。
针对上述问题,非常有必要提供一种新的柔性化曲面泡沫结构的铺覆方法以及由此铺覆成型得到的柔性化曲面泡沫结构。
发明内容
为了解决现有技术中曲面泡沫夹芯结构铺覆成型存在的技术问题,本发明提供了一种柔性化曲面泡沫结构及其铺覆方法。本发明方法以简单以及低成本的工艺制造获得了高质量的曲面泡沫夹芯结构产品。
为了实现上述目的,本发明在第一方面提供了一种柔性化曲面泡沫结构的铺覆方法,所述方法包括如下步骤:
(1)提供平面泡沫结构;
(2)将所述平面泡沫结构进行网格化处理,得到多块网格单元结构;
(3)将所述多块网格单元结构与柔性织物结构粘接,得到柔性化泡沫结构;
(4)将所述柔性化泡沫结构铺覆在曲面结构上,得到柔性泡沫曲面结构;在所述铺覆过程中,所述柔性化泡沫结构由曲面铺覆而张开形成间隙,所述间隙通过胶膜、预浸料和/或增强材料进行修补;
(5)在所述柔性泡沫曲面结构上铺覆织物和/或预浸料,得到所述柔性化曲面泡沫结构。
优选地,所述柔性织物结构为各种柔性织物,例如平纹织物、斜纹织物等。
优选地,所述胶膜为与对应结构用树脂体系固化制度一致的胶膜体系。
优选地,在步骤(4)和步骤(5)中:所述预浸料为高温环氧预浸料。
优选地,所述增强材料为碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维中的一种或多种。
优选地,所述平面泡沫结构由泡沫通过机加形成。
优选地,所述平面泡沫结构的面积大于所述曲面结构的面积。
优选地,在步骤(3)中,所述多块网格单元结构与所述柔性织物结构之间通过胶进行粘接。
优选地,在步骤(4)中,在所述铺覆过程中,将所述柔性化泡沫结构包括的柔性织物结构贴近所述曲面结构铺覆。
本发明在第二方面提供了由本发明在第一方面所述的铺覆方法铺覆得到的柔性化曲面泡沫结构。
本发明与现有技术相比至少具有如下有益效果:
(1)本发明方法解决了曲面上泡沫夹芯结构的柔性铺覆问题,以低成本的工艺制造获得了高质量的曲面泡沫夹芯结构产品;本发明提供了一种解决复杂型面泡沫夹芯结构(复杂型面泡沫夹层结构)的泡沫的低成本机加铺覆以及成型办法,将复杂型面转化为简单平面,将大块整体铺覆转化为单元铺覆,化繁为简,化整为零。相比传统曲面泡沫夹层结构成型,具有工艺流程简化和制造低成本等突出优势。
(2)本发明可解决现有曲面泡沫夹芯结构成型的不足与缺失,并可提高工作效率和降低生产成本,其关键技术在于:本发明利用泡沫柔性化处理方法,引入泡沫单元进行曲面铺覆,提高了铺层过程的稳定性和适应性,实现了曲面泡沫夹芯结构的高质量成型。
附图说明
图1是本发明中柔性化曲面泡沫结构的铺覆流程示意图。
图2是本发明一些具体实施方式的铺覆过程中产品的形态变化示意图。
图2中:1:平面泡沫结构;2:柔性化泡沫结构;3:单曲率柔性化曲面泡沫结构;4:双曲率柔性化曲面泡沫结构。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发明实施例,对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。显然,所描述的实施例是本发明的一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
本发明在第一方面提供了一种柔性化曲面泡沫结构的铺覆方法,所述方法包括如下步骤:
(1)提供平面泡沫结构;在本发明中,例如将复杂型面泡沫结构转变为平面泡沫结构,即例如采用泡沫进行机加时,不按照原复杂型面进行,而是将泡沫(泡沫芯材)机加成平面泡沫结构,例如,如图2所示,机加成如图2所示的平面泡沫结构1;在本发明中,将泡沫机加成平面泡沫结构时,所述平面泡沫结构的面积通常应大于待铺覆的所述柔性化曲面泡沫结构的曲面面积;在本发明中,将复杂型面泡沫结构转变为平面泡沫结构,泡沫机加时不需要追求整体复杂型面的精细机加,从而可以大大简化了机加过程的时间和金钱成本。
(2)将所述平面泡沫结构进行网格化处理,得到多块网格单元结构;对所述平面泡沫结构进行网格化处理,需确定单元的最小尺寸,最小尺寸以单块泡沫放置在曲面上具备较高稳定性为宜;确定单元的最小尺寸后,只需通过简单切割即可将平面泡沫结构转变为多块网格单元结构(多块单元结构)。
(3)将所述多块网格单元结构与柔性织物结构粘接,得到柔性化泡沫结构;例如,粘接形成如图2所示的柔性化泡沫结构2;在本发明中,例如将所述多块网格单元结构与所述柔性织物结构通过糊状胶进行粘接,从而获得具备胶接条件的柔性化泡沫结构,至此完成了泡沫的柔性化处理过程;泡沫经柔性化处理后,即可利用柔性织物结构的自身柔性和分块泡沫结构的柔性将所述柔性化泡沫结构铺覆在曲面结构上。
(4)将所述柔性化泡沫结构铺覆在曲面结构上,得到柔性泡沫曲面结构;在所述铺覆过程中,所述柔性化泡沫结构由曲面铺覆而张开形成间隙,所述间隙通过胶膜、预浸料和/或增强材料进行修补;具体地,例如,对于较小的间隙,可通过胶膜和/或其他材料进行修补,对于较大间隙可采用预浸料和/或增强材料(例如碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维或碳纤维增强复合材料)进行修补;在本发明中,例如将所述柔性化泡沫结构铺覆在模具的曲面结构上。
(5)在所述柔性泡沫曲面结构上铺覆织物和/或预浸料,得到所述柔性化曲面泡沫结构(柔性化曲面泡沫夹芯结构);在本发明中,继续在柔性泡沫曲面结构上铺覆织物和/或预浸料以完成泡沫夹芯结构的铺覆,形成完整的泡沫柔性化处理后的曲面泡沫结构的铺覆方法。在本发明中,所述柔性化曲面泡沫结构的曲面例如可以具有不同的形状特征,例如可以形成如图2所示的单曲率柔性化曲面泡沫结构3和双曲率柔性化曲面泡沫结构4。
在本发明中,将得到的所述柔性化曲面泡沫结构进行整体固化成型,即可得到具有复杂曲面的泡沫夹芯结构。
本发明方法具体包括带柔性层的泡沫分块技术、铺覆技术以及间隙修补等关键技术。本发明可解决现有曲面泡沫夹芯结构成型的不足与缺失,并可提高工作效率和降低生产成本,其关键技术在于:本发明利用小泡沫单元和织物对曲面结构进行泡沫柔性化处理,引入泡沫单元进行曲面铺覆,进而实现了泡沫夹芯结构的曲面铺覆,提高了铺层过程的稳定性和适应性,实现了曲面泡沫夹芯结构的高质量成型。本发明提供了一种解决复杂型面泡沫夹芯结构(复杂型面泡沫夹层结构)的泡沫的低成本机加铺覆以及成型办法,将复杂型面转化为简单平面,将大块整体铺覆转化为单元铺覆,化繁为简,化整为零。相比传统曲面泡沫夹层结构成型,具有工艺流程简化和制造低成本等突出优势。
在一些具体的实施方式中,当待铺覆的所述柔性化曲面泡沫结构的曲面曲率较大时,在所述铺覆过程中,所述柔性化泡沫结构由曲面铺覆而张开会形成较大间隙;对于较大间隙通过在所述间隙中铺覆预浸料和/或增强材料进行修补,以获得刚强度更好的柔性泡沫曲面结构。
根据一些优选的实施方式,所述柔性织物结构为二维机织布(例如平纹碳\玻璃布、斜纹碳\玻璃布等)。在本发明中,所述柔性织物结构例如可以优选为平纹碳布、平纹玻璃布、斜纹碳布或斜纹玻璃布。
根据一些优选的实施方式,所述胶膜为韧性较好的胶膜,例如所述胶膜可以为耐高温胶膜。在本发明中,所述耐高温胶膜例如可以为耐高温J-271胶膜,其中,J-271指的是耐高温胶膜的型号。
根据一些优选的实施方式,在步骤(4)和步骤(5)中:所述预浸料为纤维增强树脂基预浸料(例如环氧预浸料)。在本发明中,所述环氧预浸料例如可以为8522高温环氧预浸料,在本发明中,8522指的是一种高温环氧树脂,用该树脂与碳布或单向碳纤维加工出来的料叫做8522碳布预浸料或8522单向预浸料。
根据一些优选的实施方式,所述增强材料为碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维或碳纤维增强复合材料。
根据一些优选的实施方式,所述平面泡沫结构由泡沫(泡沫芯材)通过机加形成。
根据一些优选的实施方式,所述平面泡沫结构的面积大于所述曲面结构的面积;即在本发明中,所述平面泡沫结构的长度与宽度方向形成的面积要大于模具的曲面结构铺覆面的面积。
根据一些优选的实施方式,在步骤(3)中,所述多块网格单元结构与所述柔性织物结构之间通过胶进行粘接。
根据一些优选的实施方式,在步骤(4)中,在所述铺覆过程中,将所述柔性化泡沫结构包括的柔性织物结构贴近所述曲面结构铺覆。
本发明在第二方面提供了由本发明在第一方面所述的铺覆方法铺覆得到的柔性化曲面泡沫结构。本发明铺覆得到的柔性化曲面泡沫结构工作效率高、生产成本低,产品质量高、产品稳定性好。
下面结合实施例对本发明作进一步说明。这些实施例只是就本发明的优选实施方式进行举例说明,本发明的保护范围不应解释为仅限于这些实施例。
实施例1
①采用PMI泡沫芯材(聚甲基丙烯酰亚胺泡沫芯材)机加成平面泡沫结构。
②对步骤①得到的所述平面泡沫结构进行网格化处理,确定单元的最小尺寸,最小尺寸以单块泡沫放置在曲面上具备较高稳定性为宜,通过切割将平面泡沫结构转变为多块网格单元结构。
③将步骤②得到的所述多块网格单元结构与柔性织物结构(平纹碳布)通过胶进行粘接,得到具有胶接条件的柔性化泡沫结构。
④将步骤③得到的所述柔性化泡沫结构利用柔性织物结构的自身柔性和分块泡沫结构的柔性铺覆在模具的曲面结构(球状曲面结构)上,得到柔性泡沫曲面结构;在铺覆过程中,所述柔性化泡沫结构由曲面铺覆而张开形成间隙,对于较小的间隙,通过胶膜(耐高温J-271胶膜)进行修补,对于较大间隙采用碳纤维增强复合材料进行修补;并且在所述铺覆过程中,将所述柔性化泡沫结构包括的柔性织物结构贴近所述曲面结构铺覆。
⑤在步骤④得到的所述柔性泡沫曲面结构上铺覆8522高温环氧预浸料,得到所述柔性化曲面泡沫结构。
⑥将步骤⑤得到的所述柔性化曲面泡沫结构进行整体固化成型,得到具有球状曲面的泡沫夹芯结构。
本实施例得到的具有球状曲面的泡沫夹芯结构在温度为180℃的环境下压缩强度为1.8MPa,相比传统整体曲面泡沫夹层结构铺覆成型方法得到的具有球状曲面的泡沫夹芯结构,提高生产效率至原来的5倍,降低成本至原来的3倍,压缩强度提高至原来的2.5倍。
实施例2
采用与实施例1相同的铺覆方法及成型方法,得到100件实施例1中的具有球状曲面的泡沫夹芯结构,对本实施例中这100件具有球状曲面的泡沫夹芯结构产品进行产品合格率检测,这一批产品合格率达到100%。
实施例3
采用传统的整体曲面泡沫夹层结构铺覆成型方法得到100件与实施例1中形状特征相同的具有球状曲面的泡沫夹芯结构,对本实施例中这100件具有球状曲面的泡沫夹芯结构产品进行产品合格率检测,这一批产品合格率为80%。
最后说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述实施例对本发明进行了详细说明,本领域普通技术人员应当理解:其依然可以对各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (8)
1.一种柔性化曲面泡沫结构的铺覆方法,其特征在于,所述方法包括如下步骤:
(1)提供平面泡沫结构;
(2)将所述平面泡沫结构进行网格化处理,得到多块网格单元结构;
(3)将所述多块网格单元结构与柔性织物结构粘接,得到柔性化泡沫结构;所述柔性织物结构为平纹织物或斜纹织物;
(4)将所述柔性化泡沫结构铺覆在曲面结构上,得到柔性泡沫曲面结构;在所述铺覆过程中,所述柔性化泡沫结构由曲面铺覆而张开形成间隙,所述间隙通过胶膜、预浸料和/或增强材料进行修补;在所述铺覆过程中,将所述柔性化泡沫结构包括的柔性织物结构贴近所述曲面结构铺覆;
(5)在所述柔性泡沫曲面结构上铺覆织物和/或预浸料,得到所述柔性化曲面泡沫结构。
2.根据权利要求1所述的铺覆方法,其特征在于:
所述胶膜为与对应结构用树脂体系固化制度一致的胶膜体系。
3.根据权利要求1所述的铺覆方法,其特征在于,在步骤(4)和步骤(5)中:
所述预浸料为高温环氧预浸料。
4.根据权利要求1所述的铺覆方法,其特征在于:
所述增强材料为碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维中的一种或多种。
5.根据权利要求1至4任一项所述的铺覆方法,其特征在于:
所述平面泡沫结构由泡沫通过机加形成。
6.根据权利要求1至4任一项所述的铺覆方法,其特征在于:
所述平面泡沫结构的面积大于所述曲面结构的面积。
7.根据权利要求1至4任一项所述的铺覆方法,其特征在于:
在步骤(3)中,所述多块网格单元结构与所述柔性织物结构之间通过胶进行粘接。
8.由权利要求1至7中任一项所述的铺覆方法铺覆得到的柔性化曲面泡沫结构。
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