CN112109345B - 一种基于复合材料与金属构架连接真空成型的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于复合材料与金属构架连接真空成型的方法，包括如下步骤；包括S1．金属构架成型步骤；S2.密封辅助装置成型步骤；S3.真空薄膜包覆步骤；S4.抽真空步骤；S5.注胶和固化步骤；S6.拆密封辅助装置步骤。复合材料壳板及连接榫头整体采用真空成型，使纤维复合材料壳板及连接榫头内部布层胶液分布均匀、紧密、胶含量比例小、增强纤维比例大、强度高、连接可靠、大大提高纤维复合材料板材在水下的抗压深度、质量稳定，大大拓展纤维复合材料壳板与金属构架组合结构的应用范围。

Description

一种基于复合材料与金属构架连接真空成型的方法

技术领域

本发明涉及纤维复合材料壳板及与金属构架连接方法，特别是涉及到一种复合材料壳板及与金属构架连接的辅助成型方法。

背景技术

纤维复合材料具有强度高、重量轻、绝缘性好、耐腐蚀、透波、减振、易成型等优良特性，大量应用于产品壳板；金属材料强度好、刚度大，能有效控制结构变形，一般应用于产品构架；纤维复合材料和金属构架组成结构的优良特性，其应用越来越广泛。纤维复合材料壳板与金属构架的连接一般是通过金属螺钉或纤维桩按一定间距紧固在一起，为点连接，且连接点的纤维复合材料壳板必须钻孔，造成壳板开孔周边容易产生应力集中，强度受到很大削弱。

近年来发明的纤维复合材料壳板与金属构架连接，是通过纤维复合材料榫头嵌入金属构架燕尾槽内部，嵌入金属构架燕尾槽内部的复合材料榫头连接长度与纤维复合材料壳板、金属构架连接长度相同，为线连接，这样可以大大提高纤维复合材料壳板与金属构架在连接处的强度。这种制作工艺是：当金属构架及燕尾槽制造完成后，燕尾槽两板边线型是制作模具的依据，并在金属构架之间通过填充物一起制成表面线型、粗糙度、厚度尺寸、刚度等符合要求的模具，其后纤维复合材料壳板及其连接榫头就在模具表面和金属构架燕尾槽内部同时成型。

因传统的制作工艺无法使模具达到真空度的要求，纤维复合材料壳板及其连接榫头也就无法采用真空辅助成型工艺，其成型只能采用手工制作工艺，即增强纤维布通过胶液一层一层铺糊上去达到所需要的厚度，整个铺糊过程是刷胶、铺布、刮出布层之间的多余胶液、同时排除布层之间的气泡等，这样成型后的纤维复合材料壳板及连接榫头内部不可避免的存在布层间胶液分布不均匀、胶含量比例大、存在气泡、增强纤维含量比例小、强度低、在大水深下自身抗压能力低、质量不稳定等不足。

中国专利公开号 107420386A，发明名称为复合材料与金属件连接结构，其公开了包括复合材料和金属件，所述复合材料包括下层的复合材料嵌入板和上层的复合材料平铺板；所述金属件连接面设有凹槽；所述复合材料嵌入板填入凹槽；所述复合材料与凹槽利用韧性胶体一次辅助真空成型或分步辅助真空成型；本发明利用凹槽的结构特点及条状交叉的金属结构可以实现复合材料板和金属件的大面积连接。

本虽然公开了平铺板的复合材料与凹槽利用韧性胶体一次辅助真空成型或分步辅助真空成型，但对于型的复合材料嵌入板填入凹槽，由于金属构架呈一定较大弧度时，其复合材料也要和金属构架呈一定较大弧度时（如导流罩），其也就无法采用真空辅助成型工艺。

发明内容

本发明还提供一种真空辅助成型的异型复合材料与金属件连接结构的成型方法。

本发明的技术方案是：

一种基于复合材料与金属构架连接真空成型的方法，包括如下步骤：

S1． 金属构架成型步骤：所述金属构架的连接面设有纵向和横向的凹型的燕尾槽，燕尾槽之间具有交错、连通的燕尾槽连接接头；纵横的金属构架内构成一个空腔，所述金属构架的连接面呈弧面；金属构架表面要平整、光亮、无杂质；

带有燕尾槽连接接头的金属构架由单个格子或由大的金属构架在其中分成若干个连续格子组成，所谓格子，即四周由带有燕尾槽连接接头的金属构架围成；

S2. 密封辅助装置成型步骤：

格子内部采用的填充物由格栅块、楔子、泥状填充物、原子灰组成；

S2.1格栅块是按金属构架格子的形状，用若干木条按一定间隙制成块状，其长宽尺寸比相对应的金属构架格子相适配，当格栅块放入金属构架格子后，四周存在间隙；

S2.2楔子是带有锥面块状物，当格栅块放入金属构架格子后，其四周用楔子塞紧，确保格栅块固定在金属构架中；

S2.3泥状填充物由石膏、水泥、砂子、水等按一定比例搅拌制成，然后填入金属构架格子格栅的间隙中，并覆盖整个格栅块正反两面，待泥状填充物固化干透，有曲面要求的表面，则按燕尾槽连接接头金属板边的线型和金属构架格子中部样板线型，整个表面先打磨，然后用原子灰修整，辅助装置表面必须平整光顺、无毛刺，防止伤害真空薄膜；

S3. 进胶管、抽气管布放步骤：

进胶管布放在辅助装置反面表面、靠近金属构架格子其中的一边边缘，而抽气管则布放在辅助装置的正面表面、距离进胶管最远、对应边靠近金属构架格子的边缘；

S4. 真空薄膜包覆步骤：

在辅助装置正反表面分别覆盖柔性真空薄膜，真空薄膜周边通过密封胶带与辅助装置金属构架贴牢密封，露出真空薄膜外面的连接管接头与外部连接管连接，同时也要用密封胶带密封，使正反表面真空薄膜及连接管接头等与四周金属构架形成密封腔体；同时进胶管、抽气管和检查真空度的真空表连接管接头要连接好；

S5. 抽真空步骤：

打开抽气管，对真空薄膜密封的辅助装置抽真空，使其接近真空度，然后关闭抽气管，检查真空薄膜周边、进胶管、抽气管和真空表连接密封情况，停机半个小时后，真空表真空度指针没有回落，说明辅助装置已被密封住；

S6.注胶和固化步骤：

当被真空薄膜包裹的辅助装置达到真空度要求后，先打开抽气管，再打开进胶管，引入胶液，使胶液在真空腔体内流动、渗透、浸渍，实现对辅助装置整个表面和内部孔隙的充填密封，当抽气管抽出的都是胶液时，此时关闭抽气管，让真空薄膜覆盖的辅助装置整个表面和内部的胶液在室温条件下固化；

S7. 拆密封辅助装置步骤：

待辅助装置表面和内部胶液完全固化后，就在辅助装置的正面表面去掉真空薄膜和抽气管，清理金属构架燕尾槽内部填充物，然后在辅助装置正面表面打磨、用原子灰再进行修整，其后清洁表面，使其表面线型、粗糙度等满足有关要求；

当复合材料壳板及连接榫头整体在辅助装置上表面采用真空成型制造完成，待其完全固化后，就在每一个金属构架格子中去除辅助装置，首先拆除木制楔子和周围干固泥状填充物，接着拆除格栅木条和周围干固泥状填充物，最后清除纤维复合材料壳板及金属构架表面余留残渣。

进一步地，上述进胶管布放在辅助装置反面表面中心，而抽气管则布放在辅助装置的正面表面、距离进胶管最远四周金属构架格子的边缘。

本发明的有益效果是：

复合材料壳板及连接榫头整体采用真空成型，使纤维复合材料壳板及连接榫头内部布层胶液分布均匀、紧密、胶含量比例小、增强纤维比例大、强度高、连接可靠、大大提高纤维复合材料板材在水下的抗压深度、质量稳定，大大拓展纤维复合材料壳板与金属构架组合结构的应用范围。

支撑辅助装置的金属构架弧面相适配主要是支撑辅助装置将对真空成型装置及成型后的复合材料起到支撑作用。

格栅块、楔子和泥状填充物共同构成除支撑作用外，还起到了隔离空气的作用，使上面的真空成型装置更易形成真空。

格栅块由木条构成是为了取材容易，拆卸方便。

泥状填充物由石膏、水泥、砂子、水按比例搅拌制成加上原子灰修整使界面平整光顺、无毛刺，同时也容易拆除。

进胶管布放在辅助装置的反面表面，抽气管则布放在辅助装置的正面表面，是为了让辅助的反面先进胶流动、渗透、浸渍，并逐步扩大到辅助装置的正面，使辅助装置的表面和内部孔隙被胶液填满，达到密封的要求，同时也便于观察、控制胶液在正的流动、渗透、浸渍情况。

附图说明

图1为带有燕尾槽连接接头一个格子组成的金属构架示意图 ；

图2 是图1的A-A的剖面图；

图3是图2是局部放大图；

图4为木制格栅块结构示意图；

图5是图4的B-B剖面图；

图6为木制楔子示意图；

图7 是图6的左视图；

图8为在金属构架格子中的木制格栅块安装结构示意图；

图9为金属构架格子内的进胶管、抽气管及其连接管接头布放示意图；

图10为金属构架格子内的真空成型装置结构图；

图11是图10 的C-C 剖面图；

图12是图11是局部放大图；

图中，1–金属构架，2–燕尾槽连接接头，3–格栅块，4–木条，5–木制楔子，6–泥状填充物，7–原子灰，8–进胶管，9–抽气管，10–真空表，11–真空薄膜，12–密封胶带，13–连接管，14–连接管接头。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明辅助装置作进一步的详细描述：

参见图1、图2和图3，所示为带有燕尾槽连接接头2的金属构架1，可由一个或多个格子组成，它们相互之间端面的焊接缝（露出真空薄膜包覆外面）密性必须达到真空度的要求；金属构架1表面要平整、光亮、无杂质，确保与真空薄膜11粘贴处的密性达到真空度的要求；燕尾槽连接接头2金属板边的线型要符合有关的要求。

图4和图5所示为用若干木条4按一定间距制成格栅块3，其长宽尺寸比相对应的金属构架格子略小一些，厚度尺寸，则在格子中形成格板后，以自身的重量不发生变形为宜。

图6和图7所示为带有锥面木制楔子5的零件图。

图8所示为当格栅块3放入相对应的金属构架格子后，四周存在的间隙，用木制楔子5塞紧，确保格栅块3固定在金属构架中。

图8所示为由石膏、水泥、砂子、水等按一定比例搅拌成泥状填充物6，然后填入金属构架格子格栅的间隙中，并覆盖整个格栅块3正面或正反两面，待泥状填充物6固化干透，有曲面要求的表面，则按燕尾槽连接接头2金属板边的线型和金属构架1格子中部样板线型，整个表面先打磨，然后用原子灰7修整光顺，被真空薄膜11包覆的辅助装置表面必须平整、无毛刺，防止伤害真空薄膜11。

图9所示的进胶管8布放在辅助装置的反面表面、靠近金属构架1格子其中的一边边缘，而抽气管9则布放在辅助装置的正面表面、距离进胶管8最远、对应边靠近金属构架1格子的边缘；另一种布放方式，进胶管8布放在辅助装置反面表面中心，而抽气管9则布放在辅助装置的正面表面、距离进胶管8最远四周金属构架1格子的边缘，同时进胶管8、抽气管9和检查真空度的真空表10连接管接头14要连接好。

图10、图11和图12所示为在辅助装置正反表面分别覆盖柔性真空薄膜11，真空薄膜11周边通过密封胶带12与辅助装置的金属构架1贴牢密封，露出真空薄膜11外面的连接管接头14与外部连接管13和真空表10连接，同时也要用密封胶带12密封，使正反表面真空薄膜11及连接管接头14等与四周金属构架1形成密封腔体。

当以上工作已完成，就可以对真空薄膜11密封的辅助装置抽真空，使其接近真空度，然后关闭抽气管，检查真空薄膜11周边、进胶管8、抽气管9和真空表10连接处密封情况，如停机半个小时后，真空表10真空度指针没有回落，说明辅助装置已被密封住。

进胶管布放在辅助装置的反面表面的是为了在进胶从反面进入正面，抽气管则布放在辅助装置的正面使正面最大限度地形成真空，产生负压，当金属构架、 支撑辅助有漏点时胶就会从漏点渗进，经固化后形成密封。

当被真空薄膜11包裹的辅助装置达到真空度要求后，先打开抽气管，再打开进胶管，引入胶液，使胶液在真空腔体内流动、渗透、浸渍，实现对辅助装置整个表面和内部孔隙的充填密封，当抽气管9抽出的都是胶液时，此时可以关闭抽气管，让真空薄膜覆盖的辅助装置整个表面和内部的胶液在室温条件下固化。

待辅助装置表面和内部胶液完全固化后，就在辅助装置的正面表面去掉真空薄膜11和抽气管9，清理金属构架燕尾槽内部填充物，然后在辅助装置正面表面打磨、用原子灰7再进行修整，其后清洁表面，使其表面线型、粗糙度等满足有关要求。

当复合材料壳板及连接榫头整体在辅助装置上表面采用真空成型完成，待其完全固化后，就可以在金属构架1格子中去除辅助装置，首先拆除木制楔子5和周围干固泥状填充物6，接着拆除格栅木条4和周围干固泥状填充物6，最后清除纤维复合材料壳板及金属构架1表面余留残渣。

具体地，本发明的具体实施步骤为：

1．带有燕尾槽连接接头的金属构架1，其中金属构架为呈现一定的弧度；金属构架连接面上的燕尾槽之间纵横交错，燕尾槽之间具有交错、连通的燕尾槽连接接头2；

2.带有燕尾槽连接接头2的金属构架1可以由单个格子，也可以由大的金属构架在其中分成若干个连续格子组成，所谓格子，即四周由带有燕尾槽连接接头的金属构架1围成，它们相互之间的焊接接头（露出真空薄膜包覆外面）密性必须达到真空度的要求；金属构架表面要平整、光亮、无杂质，确保在真空薄膜粘贴处的密性达到真空度的要求；燕尾槽连接接头金属板边的线型要符合有关的要求；

其中格子内设有密封辅助装置；

3. 密封辅助装置内部采用的填充物由格栅块、楔子、泥状填充物、原子灰等组成；

3.1所述格栅块是按金属构架格子的形状，用若干木条按一定间隙制成块状，其长宽尺寸比相对应的金属构架格子略小一些，厚度尺寸，则在格子中形成格板后，以自身的重量不发生变形为宜；当格栅块放入金属构架格子后，四周存在间隙；

3.2所述楔子是带有锥面块状物，当格栅块放入金属构架格子后，其四周用楔子塞紧，确保格栅块固定在金属构架中；

3.3所述泥状填充物由石膏、水泥、砂子、水等按一定比例搅拌制成，然后填入金属构架格子格栅的间隙中，并覆盖整个格栅块正反两面，待泥状填充物固化干透，有曲面要求的表面，则按燕尾槽连接接头金属板边的线型和金属构架格子中部样板线型，整个表面先打磨，然后用原子灰修整，被真空薄膜包覆的辅助装置表面必须平整光顺、无毛刺，防止伤害真空薄膜；

4.所述的进胶管布放在辅助装置反面表面、靠近金属构架格子其中的一边边缘，而抽气管则布放在辅助装置的正面表面、距离进胶管最远、对应边靠近金属构架格子的边缘；另一种布放方式，进胶管布放在辅助装置反面表面中心，而抽气管则布放在辅助装置的正面表面、距离进胶管最远四周金属构架格子的边缘；同时进胶管、抽气管和检查真空度的真空表连接管接头要连接好然后在其表面布好进胶管、抽气管和连接管接头，其后通过抽气管抽真空使其达到接近一个大气压的压力差，在这种条件下通过进胶管引入胶液，使胶液在密封体内部流动、渗透、浸渍，实现对辅助装置整个表面和内部孔隙的充填密封，并在室温条件下固化达到真空度密性的要求；

5.在辅助装置正反表面分别覆盖柔性真空薄膜，真空薄膜周边通过密封胶带与辅助装置金属构架贴牢密封，露出真空薄膜外面的连接管接头与外部连接管连接，同时也要用密封胶带密封，使正反表面真空薄膜及连接管接头等与四周金属构架形成密封腔体；

6. 打开抽气管，对真空薄膜密封的辅助装置抽真空，使其接近真空度，然后关闭抽气管，检查真空薄膜周边、进胶管、抽气管和真空表连接密封情况，如停机半个小时后，真空表真空度指针没有回落，说明辅助装置已被密封住；

7.当被真空薄膜包裹的辅助装置达到真空度要求后，先打开抽气管，再打开进胶管，引入胶液，使胶液在真空腔体内流动、渗透、浸渍，实现对辅助装置整个表面和内部孔隙的充填密封，当抽气管抽出的都是胶液时，此时可以关闭抽气管，让真空薄膜覆盖的辅助装置整个表面和内部的胶液在室温条件下固化；

8.待辅助装置表面和内部胶液完全固化后，就在辅助装置的正面表面去掉真空薄膜和抽气管，清理金属构架燕尾槽内部填充物，然后在辅助装置正面表面打磨、用原子灰再进行修整，其后清洁表面，使其表面线型、粗糙度等满足有关要求；

9.当复合材料壳板及连接榫头整体在辅助装置上表面采用真空成型制造完成，待其完全固化后，就可以在每一个金属构架格子中去除辅助装置，首先拆除木制楔子和周围干固泥状填充物，接着拆除格栅木条和周围干固泥状填充物，最后清除纤维复合材料壳板及金属构架表面余留残渣。

复合材料壳板及连接榫头整体采用真空成型，使纤维复合材料壳板及连接榫头内部布层胶液分布均匀、紧密、胶含量比例小、增强纤维比例大、强度高、连接可靠、大大提高纤维复合材料板材在水下的抗压深度、质量稳定，大大拓展纤维复合材料壳板与金属构架组合结构的应用范围。

Claims (2)

1.一种基于复合材料与金属构架连接真空成型的方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1． 金属构架成型步骤：所述金属构架的连接面设有纵向和横向的凹型的燕尾槽，燕尾槽之间具有交错、连通的燕尾槽连接接头；纵横的金属构架内构成一个空腔，所述金属构架的连接面呈弧面；金属构架表面要平整、光亮、无杂质；

带有燕尾槽连接接头的金属构架由单个格子或由大的金属构架在其中分成若干个连续格子组成，所谓格子，即四周由带有燕尾槽连接接头的金属构架围成；

S2. 密封辅助装置成型步骤：

格子内部采用的填充物由格栅块、楔子、泥状填充物、原子灰组成；

S2.1格栅块是按金属构架格子的形状，用若干木条按一定间隙制成块状，其长宽尺寸比相对应的金属构架格子相适配，当格栅块放入金属构架格子后，四周存在间隙；

S2.2楔子是带有锥面块状物，当格栅块放入金属构架格子后，其四周用楔子塞紧，确保格栅块固定在金属构架中；

S2.3泥状填充物由石膏、水泥、砂子、水按一定比例搅拌制成，然后填入金属构架格子格栅的间隙中，并覆盖整个格栅块正反两面，待泥状填充物固化干透，有曲面要求的表面，则按燕尾槽连接接头金属板边的线型和金属构架格子中部样板线型，整个表面先打磨，然后用原子灰修整，辅助装置表面必须平整光顺、无毛刺，防止伤害真空薄膜；

S3. 进胶管、抽气管布放步骤：

进胶管布放在辅助装置反面表面、靠近金属构架格子其中的一边边缘，而抽气管则布放在辅助装置的正面表面、距离进胶管最远、对应边靠近金属构架格子的边缘；

S4. 真空薄膜包覆步骤：

在辅助装置正反表面分别覆盖柔性真空薄膜，真空薄膜周边通过密封胶带与辅助装置金属构架贴牢密封，露出真空薄膜外面的连接管接头与外部连接管连接，同时也要用密封胶带密封，使正反表面真空薄膜及连接管接头与四周金属构架形成密封腔体；同时进胶管、抽气管和检查真空度的真空表连接管接头要连接好；

S5. 抽真空步骤：

打开抽气管，对真空薄膜密封的辅助装置抽真空，使其接近真空，然后关闭抽气管，检查真空薄膜周边、进胶管、抽气管和真空表连接密封情况，停机半个小时后，真空表真空度指针没有回落，说明辅助装置已被密封住；

S6.注胶和固化步骤：

当被真空薄膜包裹的辅助装置达到真空度要求后，先打开抽气管，再打开进胶管，引入胶液，使胶液在真空腔体内流动、渗透、浸渍，实现对辅助装置整个表面和内部孔隙的充填密封，当抽气管抽出的都是胶液时，此时关闭抽气管，让真空薄膜覆盖的辅助装置整个表面和内部的胶液在室温条件下固化；

S7. 拆密封辅助装置步骤：

待辅助装置表面和内部胶液完全固化后，就在辅助装置的正面表面去掉真空薄膜和抽气管，清理金属构架燕尾槽内部填充物，然后在辅助装置正面表面打磨、用原子灰再进行修整，其后清洁表面，使其表面线型、粗糙度满足有关要求；

当复合材料壳板及连接榫头整体在辅助装置上表面采用真空成型制造完成，待其完全固化后，就在每一个金属构架格子中去除辅助装置，首先拆除木制楔子和周围干固泥状填充物，接着拆除格栅木条和周围干固泥状填充物，最后清除纤维复合材料壳板及金属构架表面余留残渣。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述进胶管布放在辅助装置反面表面中心，而抽气管则布放在辅助装置的正面表面、距离进胶管最远四周金属构架格子的边缘。

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