CN111113957B - 一种蜂窝夹芯复合材料结构件上的通孔孔边封装方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供的一种蜂窝夹芯复合材料结构件上的通孔孔边封装方法，包括如下步骤：(1)在孔边的表面层上涂抹发泡胶；(2)待发泡胶固化后，在发泡胶表面依次平铺胶膜、预浸料、可剥布；(3)在所述结构件上的通孔中放入一个橡胶空心柱体或球体，对所述橡胶空心柱体或球体加热并抽真空，使预浸料与孔边紧密贴合；(4)将预浸料和胶膜固化，固化完成后剥除可剥布，取出橡胶空心柱体或球体，即可完成孔边的封装。其优点在于，使用的材料易获得，无需严格的加工条件和施工条件，成本相对低廉，简单易操作，同时提升了孔边封装质量。

Description

一种蜂窝夹芯复合材料结构件上的通孔孔边封装方法
技术领域
本发明属于通孔孔边封装方法技术领域，具体为一种蜂窝夹芯复合材料结构件上的通孔孔边封装方法。
背景技术
蜂窝夹芯复合材料具有质量轻、强度大、刚度大等优点，飞机复合材料在设计上多采用蜂窝夹芯结构，并多应用于构建尺寸较大、强度要求较高的部件。通用航空器在实际使用中，有可能需要针对性的加改装，以满足其特定的通用领域的用途，针对完整结构后期因需要而开孔，并对孔边进行封装。现有技术对于孔的封边有统一的方法，在蜂窝夹芯复合材料板开孔后，向蜂窝夹层板孔边涂抹发泡胶封装，但是现有方法有如下缺点：发泡胶与空气中的氧气接触后用几年会变黄发黑，甚至腐蚀蜂窝夹芯板，发泡胶会脱落没有胶性。公开号CN 103590532A的专利公开了一种蜂窝夹芯方舱壁板的封边结构及其封边方法，通过将低密度环氧腻子刮涂于蜂窝夹芯板外露蜂格处封边。该方法能提高蜂窝夹芯方舱壁板的抗侧压性和整体刚性，但是低密度环氧腻子的制备工艺复杂。公开号CN204844992U的专利公开了一种玻璃布封边的金属面板蜂窝夹层结构，通过玻璃布对蜂窝夹芯结构封边，该专利适合任意蜂窝板边缘形状的封边，能够降低蜂窝板总体重量，但是该方法使用的玻璃布性脆，且耐磨性低。公开号CN107443855A专利和公开号CN107379726A专利公开了两种塑料蜂窝夹芯板的包边方法，通过在封边区内用高温部件熔化去除一部分表皮或蜂窝结构，然后翻折被软化的下表皮或上下表皮，实现产品的包边。该方法使产品的边缘丰满、挺实，增加了产品的边缘强度，但是该方法对于加热机构的控制较难。
综上所述的现有技术对蜂窝夹芯复合材料开孔后孔边封装方法，都没有实现成本低廉、封装易操作、又能实现良好封装的效果。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种蜂窝夹芯复合材料结构件上的通孔孔边封装方法，其实现的目的为，可以保证封装孔边材料的质量、提升封装孔边材料的性能，解决了现有技术密封胶用量难以控制和胶层老化、脱落没有胶性的问题。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为，本发明提供的一种蜂窝夹芯复合材料结构件上的通孔孔边封装方法，包括如下步骤：
(1)在孔边的表面层上涂抹发泡胶；
(2)待发泡胶固化后，在发泡胶表面依次平铺胶膜、预浸料、可剥布，选择使用固化温度与预浸料固化温度相近的胶膜；
(3)在所述结构件上的通孔中放入一个橡胶空心柱体或球体，使橡胶空心柱体或球体外围紧贴通孔，对所述橡胶空心柱体或球体加热并抽真空，在对橡胶空心柱体或球体加热和抽真空的过程中，橡胶空心柱体或球体膨胀对孔边施加作用力，使预浸料与孔边紧密贴合；
(4)将胶膜和预浸料固化，固化完成后剥除可剥布，取出橡胶空心柱体或球体，即可完成孔边的封装。
采用本发明方法封装孔边，在发泡胶封边基础上增加预浸料，从而避免发泡胶过早脱胶，利用橡胶空心柱体或球体加热、抽真空使预浸料、发泡胶贴紧蜂窝结构，由克拉伯龙方程PV＝nRT可知，温度升高导致球内气体体积膨胀，在抽真空过程中产生负压，外部压力下降导致球内空气体积膨胀产生正压，该过程中产生作用力并施加到孔边，该作用力使预浸料与孔边紧密贴合，从而提升孔边封装质量，避免了发泡胶胶层老化、脱胶没有胶性的问题，使用的材料也易获得，无需严格的加工条件和施工条件，成本相对低廉，简单易操作。
进一步的，所述步骤(2)中发泡胶固化的温度为5-40℃，固化时间为0.5-4h。
进一步的，所述步骤(2)中采用的预浸料成分与所述蜂窝夹芯复合材料成分一致即可，例如常用的为PWC T300碳纤维/CYCOM 970环氧树脂基预浸料。
进一步的，所述步骤(3)中橡胶为硅橡胶、氟橡胶中的任意一种。
进一步的，所述步骤(3)中所述步骤(3)中对橡胶空心柱体或球体加热条件与预浸料固化条件一致。
进一步的，所述步骤(4)中采用热补仪固化，以2℃/min的升温速率升温至100℃-180℃(具体根据预浸料的固化温度选择),整个固化压力不低于22英寸汞柱，即不低于0.074MPa，保温时间为90min-120min；保温时间过后，以3℃/min的降温速率降温至30℃，固化过程结束。
综上，本发明采用的技术方案具有的有益效果，采用在发泡胶的基础上平铺预浸料封装孔边的方法可以保证封装孔边材料的质量、提升封装孔边材料的性能，解决了现有技术密封胶用量难以控制和胶层老化、脱落没有胶性的问题。
附图说明
图1为蜂窝夹芯结构件制通孔俯视图；
图2为涂抹发泡胶侧视图；
图3为涂抹发泡胶、平铺胶膜侧视图；
图4为涂抹发泡胶、平铺胶膜、预浸料侧视图；
图5为涂抹发泡胶、平铺胶膜、预浸料、可剥布侧视图；
图6为放入橡胶球体或柱体侧视图；
图7为结构件抽真空侧视图。
图中，1、蜂窝夹芯复合材料材料板，2、通孔，3、发泡胶，4、胶膜，5、预浸料，6、可剥布，7、橡胶空心柱体或球体，8、真空压力表，9、真空袋，10、真空吸气口。
具体实施方式
下面通过具体的实施例对本发明做进一步的详细描述。
实施例一：本发明提供的一种蜂窝夹芯复合材料1结构件上的通孔2孔边封装方法，流程图参照图1-图7所示，包括如下步骤：
(1)在孔边2的表面层上涂抹发泡胶3；
(2)待发泡胶固化后，在发泡胶表面依次平铺胶膜4、预浸料5、可剥布6，选择使用固化温度与预浸料固化温度相近的胶膜；
(3)在所述结构件上的通孔中放入一个橡胶空心柱体7，使橡胶空心柱体外围紧贴通孔，对所述橡胶空心柱体加热并抽真空，在对橡胶空心柱体加热和抽真空的过程中，橡胶空心柱体膨胀对孔边施加作用力，使预浸料与孔边紧密贴合；真空压力表8和真空吸气口10连接在真空袋9上，并保证真空袋的密封性，真空压力表是监测装置，监测真空袋内的压强，真空吸气口用来抽真空；
(4)将胶膜和预浸料固化，固化完成后剥除可剥布，取出橡胶空心柱体，即可完成孔边的封装。
本发明可采用现有技术中任何成品的发泡胶，例如上海御杰化工科技有限公司、沈阳市航空橡胶制品厂、东莞市深海节能建材科技有限公司、靖江市特种粘合剂有限公司出售的成品发泡胶。
采用本发明方法封装孔边，在发泡胶封边基础上增加预浸料，从而避免发泡胶过早脱胶，利用橡胶空心柱体加热、抽真空使预浸料、发泡胶贴紧蜂窝结构，由克拉伯龙方程PV＝nRT可知，温度升高导致球内气体体积膨胀，在抽真空过程中产生负压，外部压力下降导致球内空气体积膨胀产生正压，该过程中产生作用力并施加到孔边，该作用力使预浸料与孔边紧密贴合，从而提升孔边封装质量，避免了发泡胶胶层老化、脱胶没有胶性的问题，使用的材料也易获得，无需严格的加工条件和施工条件，成本相对低廉，简单易操作。
进一步的，所述步骤(2)中发泡胶固化采用现有方法即可，温度在5℃，固化时间为4h。
进一步的，所述步骤(2)中采用的预浸料成分与所述蜂窝夹芯复合材料成分一致即可，例如常用的为PWC T300碳纤维/CYCOM 970环氧树脂基预浸料。该预浸料的制备方法采用现有技术即可，例如使用热熔法，先将树脂基体加热到一定的温度后熔融，纤维依次通过放卷、浸胶、挤压、烘干等工序，最后收卷在芯轴上，完成制备。
进一步的，所述步骤(3)中橡胶的材料为硅橡胶，硅橡胶显著的特征是高温稳定性，在200℃以上的高温环境下，硅橡胶仍能保持一定的柔韧性、回弹性和表面硬度，且力学性能无明显变化。硅橡胶常温下的物理机械性能比通用橡胶差，但在150℃的高温和-50℃的低温下，其物理机械性能优于通用橡胶。
进一步的，所述步骤(3)中对橡胶空心柱体或球体加热条件与预浸料固化条件一致。
进一步的，所述步骤(4)中预浸料采用采用热补仪固化，以2℃/min的升温速率升温至180℃(具体根据预浸料的固化温度选择),整个固化压力不低于22英寸汞柱，即不低于0.074MPa，保温时间为90min；保温时间过后，以3℃/min的降温速率降温至30℃，固化过程结束。
实施例二：本发明提供的一种蜂窝夹芯复合材料结构件上的通孔孔边封装方法，包括如下步骤：
(1)在孔边的表面层上涂抹发泡胶；
(2)待发泡胶固化后，在发泡胶表面依次平铺胶膜、预浸料、可剥布，选择使用固化温度与预浸料固化温度相近的胶膜；
(3)在所述结构件上的通孔中放入一个橡胶球体，球体可以是空心的，使橡胶空心球体外围紧贴通孔，对所述橡胶空心球体加热并抽真空，在对橡胶空心球体加热和抽真空的过程中，橡胶空心球体膨胀对孔边施加作用力，使预浸料与孔边紧密贴合；
(4)将胶膜和预浸料固化，固化完成后剥除可剥布，取出橡胶空心球体，即可完成孔边的封装。
采用本发明方法封装孔边，在发泡胶封边基础上增加预浸料，从而避免发泡胶过早脱胶，利用橡胶空心球体加热、抽真空使预浸料、发泡胶贴紧蜂窝结构，由克拉伯龙方程PV＝nRT可知，温度升高导致球内气体体积膨胀，在抽真空过程中产生负压，外部压力下降导致球内空气体积膨胀产生正压，该过程中产生作用力并施加到孔边，该作用力使预浸料与孔边紧密贴合，从而提升孔边封装质量，避免了发泡胶胶层老化、脱胶没有胶性的问题，使用的材料也易获得，无需严格的加工条件和施工条件，成本相对低廉，简单易操作。
本发明可采用现有技术中任何成品的发泡胶，例如上海御杰化工科技有限公司、沈阳市航空橡胶制品厂、东莞市深海节能建材科技有限公司、靖江市特种粘合剂有限公司出售的成品发泡胶。
进一步的，所述步骤(2)中发泡胶固化采用现有方法即可，温度在40℃，固化时间为0.5h。
进一步的，所述步骤(2)中采用的预浸料成分与所述蜂窝夹芯复合材料成分一致即可，例如常用的为PWC T300碳纤维/CYCOM 970环氧树脂基预浸料。该预浸料的制备方法采用现有技术即可，例如使用热熔法，先将树脂基体加热到一定的温度后熔融，纤维依次通过放卷、浸胶、挤压、烘干等工序，最后收卷在芯轴上，完成制备。
进一步的，所述步骤(3)中橡胶的材料为氟橡胶，氟橡胶有优异的耐高温性，26-41氟橡胶在250℃下可长期使用，300℃下短期使用，在300℃×100小时空气热老化后扯断伸长率可保持在100％左右，硬度90-95度。246型在350℃热空气老化16小时之后保持良好弹性，在400℃热空气老化110分钟之后保持良好弹性，在400℃热空气老化110分钟之后，含有喷雾炭黑、热裂法炭黑或碳纤维的胶料伸长率上升约1/2-1/3，强度下降1/2左右，仍保持良好的弹性。
进一步的，所述步骤(3)中对橡胶空心柱体或球体加热条件与预浸料固化条件一致。
进一步的，所述步骤(4)中预浸料采用采用热补仪固化，以2℃/min的升温速率升温至100℃(具体根据预浸料的固化温度选择),整个固化压力不低于22英寸汞柱，即不低于0.074MPa，保温时间为120min；保温时间过后，以3℃/min的降温速率降温至30℃，固化过程结束。
实施例三：本发明提供的一种蜂窝夹芯复合材料结构件上的通孔孔边封装方法，包括如下步骤：
(1)在孔边的表面层上涂抹发泡胶；
(2)待发泡胶固化后，在发泡胶表面依次平铺胶膜、预浸料、可剥布，选择使用固化温度与预浸料固化温度相近的胶膜；
(3)在所述结构件上的通孔中放入一个橡胶球体，球体可以是实心的，然后对球体上下施加作用力形成圆柱体，使橡胶球体外围紧贴通孔，对所述橡胶球体加热并抽真空，在对橡胶球体加热和抽真空的过程中，橡胶球体膨胀对孔边施加作用力，使预浸料与孔边紧密贴合；
(4)将胶膜和预浸料固化，固化完成后剥除可剥布，取出橡胶球体，即可完成孔边的封装。
采用本发明方法封装孔边，在发泡胶封边基础上增加预浸料，从而避免发泡胶过早脱胶，利用橡胶实心球体加热、抽真空使预浸料、发泡胶贴紧蜂窝结构，由克拉伯龙方程PV＝nRT可知，温度升高导致球内气体体积膨胀，在抽真空过程中产生负压，外部压力下降导致球内空气体积膨胀产生正压，该过程中产生作用力并施加到孔边，该作用力使预浸料与孔边紧密贴合，从而提升孔边封装质量，避免了发泡胶胶层老化、脱胶没有胶性的问题，使用的材料也易获得，无需严格的加工条件和施工条件，成本相对低廉，简单易操作。
本发明可采用现有技术中任何成品的发泡胶，例如上海御杰化工科技有限公司、沈阳市航空橡胶制品厂、东莞市深海节能建材科技有限公司、靖江市特种粘合剂有限公司出售的成品发泡胶。
进一步的，所述步骤(2)中发泡胶固化采用现有方法即可，温度在20℃，固化时间为2h。
进一步的，所述步骤(2)中采用的预浸料成分与所述蜂窝夹芯复合材料成分一致即可，例如常用的为PWC T300碳纤维/CYCOM 970环氧树脂基预浸料。该预浸料的制备方法采用现有技术即可，例如使用热熔法，先将树脂基体加热到一定的温度后熔融，纤维依次通过放卷、浸胶、挤压、烘干等工序，最后收卷在芯轴上，完成制备。
进一步的，所述步骤(3)中橡胶为氟橡胶。
进一步的，所述步骤(3)中对橡胶空心柱体或球体加热条件与预浸料固化条件一致。
进一步的，所述步骤(4)中预浸料采用热补仪固化，以2℃/min的升温速率升温至150℃(具体根据预浸料的固化温度选择),整个固化压力不低于22英寸汞柱，即不低于0.074MPa，保温时间为100min；保温时间过后，以3℃/min的降温速率降温至30℃，固化过程结束。
以下列举了部分现有技术封边方法和实际的效果，用以说明采用本发明方法对蜂窝夹芯复合材料结构件上的通孔孔边封装所提升的效果：
Figure BDA0002339810980000071
Figure BDA0002339810980000081
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种蜂窝夹芯复合材料结构件上的通孔孔边封装方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
(1)在孔边的表面层上涂抹发泡胶；
(2)待发泡胶固化后，在发泡胶表面依次平铺胶膜、预浸料、可剥布，选择使用固化温度与预浸料固化温度相近的胶膜；
(3)在所述结构件上的通孔中放入一个橡胶空心柱体或球体，使橡胶空心柱体或球体外围紧贴通孔，对所述橡胶空心柱体或球体加热，并对橡胶空心柱体或球体外围抽真空，在对橡胶空心柱体或球体加热和抽真空的过程中，橡胶空心柱体或球体膨胀对孔边施加作用力，使预浸料与孔边紧密贴合；
(4)将胶膜和预浸料固化，固化完成后剥除可剥布，取出橡胶空心柱体或球体，即可完成孔边的封装。
2.根据权利要求1所述的蜂窝夹芯复合材料结构件上的通孔孔边封装方法，其特征在于，所述步骤(2)中发泡胶固化的温度为5-40℃，固化时间为0.5-4h。
3.根据权利要求1所述的蜂窝夹芯复合材料结构件上的通孔孔边封装方法，其特征在于，所述步骤(3)中橡胶为硅橡胶、氟橡胶中的任意一种。
4.根据权利要求1所述的蜂窝夹芯复合材料结构件上的通孔孔边封装方法，其特征在于，所述步骤(3)中对橡胶空心柱体或球体加热条件与预浸料固化条件一致。
5.根据权利要求1或4所述的蜂窝夹芯复合材料结构件上的通孔孔边封装方法，其特征在于，所述步骤(4)中采用热补仪固化，以2℃/min的升温速率升温至100℃-180℃,整个固化压力不低于22英寸汞柱，保温时间为90min-120min；保温时间过后，以3℃/min的降温速率降温至30℃，固化过程结束。
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