CN112848368B - 一种热隔膜预成型方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种热隔膜预成型方法，以组合可拆卸式工装作为铺贴、热隔膜预成型共用成型工装，在组合的预成型工装上完成预浸料的铺贴、预压实之后，拆除辅助铺贴工装，在保留的预成型主体工装上进行热隔膜预成型的操作，最终获得想要的预浸料片叠层预成型体。本方法可以解决传统热隔膜预成型工艺中至少需要铺层和预成型两套工装的问题，消除了未固化预浸料片转移带来的料片变形缺陷，避免了预浸料片的重复定位流程，对于提高热隔膜预成型体的成型精度、质量和成型效率具有重要意义。

Description

一种热隔膜预成型方法
技术领域
本发明涉及一种复合材料预成型方法，更具体地说，是指一种消除了未固化预浸料片转移流程的热隔膜预成型方法。
背景技术
壁板加筋复合材料因其对结构具有高效的增强，在航空航天领域中得到大范围应用。壁板加筋复合材料的筋条多为L型、C型、T型、工型、Ω型等，无论采用共固化还是共胶接工艺，都面临着大量的预成型体的制备，传统手工铺贴的成型效率及质量稳定性都日渐难以满足发展要求。
近些年，随着复合材料自动化成型技术的发展成熟，针对预成型体的制备通常采用两种自动化成型方法，一种是直接采用自动铺丝工艺，在预成型工装上铺放成型；另一种是采用自动铺丝或自动铺带工艺铺贴预浸料片叠层之后，通过热隔膜预成型工艺进行预成型体的制备。
直接采用自动铺丝工艺进行预成型体的制备能够保证预成型体的制备精度和成型质量，但预成型体的截面尺寸往往较小，自动铺丝工艺的成型效率难以发挥。除此之外，受限于设备贵重原因，自动铺丝机直接铺贴预成型体的生产成本较高，目前在工程化大批量应用环境中不具备成本优势。而采用自动铺丝或自动铺带铺贴预浸料片叠层，可以充分发挥自动化成型设备的效率优势，后续热隔膜预成型工艺能够以较好的成本优势快速完成预成型体的制备，两种工艺相结合是目前技术发展水平下的最优选择。
目前采用自动铺放工艺与热隔膜预成型工艺相结合制备预成型体的方法中，均是采用一套铺贴工装进行预浸料的铺贴工序，采用另一套热隔膜预成型工装进行热隔膜预成型工序。这种方法中涉及到未固化的预浸料片在两套工装之间的转移流程，由此带来预浸料片的变形问题。此外，该方法需要完成料片在热隔膜预成型工装上的二次定位，但是自动铺丝或自动铺带的叠层边缘往往是非齐整边，很难做到精准定位，由此会产生预浸料片的位置偏移和纤维角度偏差，影响成型精度和成型质量。因此，如何消除热隔膜预成型过程的未固化预浸料片转移流程成为预成型体制备亟需解决的工程化的难题。
发明内容
本发明的目的是提供一种可消除未固化预浸料片转移流程的热隔膜预成型方法，该方法通过组合式可拆卸形式工装作为铺贴、热隔膜预成型共用工装，消除了成型过程中未固化预浸料片与工装之间的转移，保证了预成型体的成型精度和成型质量。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种热隔膜预成型方法，包括如下步骤：
步骤1：制造与热隔膜预成型体型面相匹配的预成型主体工装，在预成型主体工装的成型面上制造相匹配的延伸工装部分，作为辅助铺贴工装；
步骤2：将预成型主体工装与辅助铺贴工装进行组合，作为预成型体的预成型工装，在预成型工装的型面上进行预浸料片叠层的铺贴及预压实；
步骤3：将预浸料片叠层在预成型工装的支撑下转移到热隔膜预成型设备中，并将辅助铺贴工装拆除，仅保留预成型主体工装，进行热隔膜预成型操作；
步骤4：将热隔膜预成型获得的预成型体进行组装，固化后得到最终的复合材料结构。
作为一种优选方式，所述辅助铺贴工装表面铺贴隔离膜以保证预浸料片与该辅助铺贴工装不粘连。
本发明的热隔膜预成型方法的优点在于：(1)通过组合可拆卸式工装设计，实现预成型主体工装与辅助铺贴工装的合用；(2)成型过程消除了预浸料片叠层在不同工装的转移流程，能够有效提升成型效率；(3)预浸料片叠层在铺贴位置原位进行热隔膜预成型，无需另外的转移工装，避免了料片的二次定位带来的位置偏移和纤维角度偏差问题，确保成型的精度和成型质量；(4)可实现复合材料预成型体自动化成型的工艺优势整合，简化成型流程，保证成型质量，有利于预成型体的批量化工程化生产。
附图说明
图1是预浸料片叠层在成型工装上完成铺贴的状态图。
图2是拆除辅助铺贴工装后进行热隔膜预成型的状态图。
图3是C型预成型体完成热隔膜预成型的状态图。
附图标记：1：预成型主体工装；2：辅助铺贴工装；3：预浸料片叠层；4：C型预成型体。
具体实施方式
为使本发明的技术方案能更明显易懂，特举实施例并结合附图详细说明如下。
本发明公开了一种可消除未固化预浸料片转移流程的热隔膜预成型方法，具体流程包含五个步骤：1、预成型工装的组合；2、预浸料片叠层的铺贴及预压实；3、拆除辅助铺贴工装；4、热隔膜预成型；5、预成型体的后续操作。
1、预成型工装的组合
预成型工装包括预成型主体工装和与之型面相匹配的辅助铺贴工装。所述预成型主体工装型面包括但不限于L型、C型、Z型、Ω型等，其材质包括但不限于钢、铝合金、木材、碳纤维复合材料、玻璃纤维复合材料等。两部分工装通过机械连接组合并固定在一起，能够在外侧方便完成连接固定及拆除。
2、预浸料片叠层的铺贴及预压实
在辅助铺贴工装型面上铺贴隔离膜，隔离膜边界不小于预浸料片在辅助铺贴工装上的铺放范围。可以采用自动铺丝、自动铺带或激光投影辅助手工铺贴的方式，在预成型工装的铺贴型面上完成预浸料片叠层的铺贴。所述预浸料片的增强材料包括但不限于碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维等。所述预浸料片的树脂体系包括但不限于热固性树脂体系、热塑性树脂体系、干纤维铺放用定型剂等。采用封装真空袋抽真空的方式对预浸料片叠层进行充分的预压实，在真空度0.075MPa以上保持10min以上。
3、拆除辅助铺贴工装
按照图1所示完成铺贴及预压实的预浸料片叠层，连同预成型工装转移到热隔膜预成型设备中，拆除辅助铺贴工装与预成型主体工装间的机械可拆卸连接，移走辅助铺贴工装，此时预浸料片叠层只与预成型主体工装的型面相接触，如图2所示。
4、热隔膜预成型
通过热隔膜预成型设备加热模块对预浸料片叠层进行加热，升温速率控制在0.5～2℃/min，稳定温度根据成型工艺要求选择在40～90℃。体系温度达到成型温度后，在真空作用下，真空袋膜或热隔膜带动下预浸料片叠层贴合预成型模具型面完成预成型，如图3所示。
5、预成型体的后续操作
完成热隔膜预成型过程后，预成型体温度降低至室温，拆除热隔膜预成型封装，预成型体可以根据复合材料制件的成型需要进行预成型体组装或直接进行封装固化成型。所述的预成型体组装包括但不限于L型组装为T型、C型组装为工型、L型和C型组装为J型等。
本发明方法的成型过程是：首先，采用组合可拆卸式的预成型工装，组合后的预成型工装型面为完整的预浸料铺放面，可以在该型面上完成预浸料片叠层的铺贴和真空预压实；其次，预浸料片叠层铺贴预压实完成之后，不需要将未固化预浸料片单独进行转移，所有后续操作均是对有工装支撑的预浸料片进行的，可以确保预浸料片叠层的位置固定；再次，可拆卸辅助铺贴工装与预浸料片接触的表面贴附有隔离膜，保证在拆除相应工装的时候，预浸料片叠层不会发生粘连；最后，在保留的预成型主体工装上进行的热隔膜预成型，不需要进行料片的二次定位，确保预浸料片铺层角度与设计的一致性，完成预成型体的制备后，可以根据需要复合材料结构设计需要，进行后续组装固化。
通过四组实施例对本发明方法进行充分实施，每组又包括50个实施例，每组参数一致，实施的过程同上，不再赘述，每组的参数见下表。
表1实施例参数汇总表
Figure BDA0002269209610000041
通过上述四组实施例可知，本发明方法采用共用成型工装，解决了传统热隔膜预成型工艺中至少需要铺层和预成型两套工装的问题；消除了未固化预浸料片的转移过程，料片在成型中保持在铺贴的位置，成型的纤维角度精度与铺贴精度保持一致，减少了料片转移带来的纤维角度偏差，能够使得料片的纤维角度偏差小于1°；避免了预浸料片的重复定位流程，有效提升了成型效率。综合以上，本发明提供的热隔膜预成型方法对于提高热隔膜预成型体的成型精度、质量和成型效率具有重要意义。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，本领域的普通技术人员可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，本发明的保护范围以权利要求所述为准。

Claims (9)

1.一种热隔膜预成型方法，其特征在于，包括以下步骤：
制造与热隔膜预成型体型面相匹配的预成型主体工装，在预成型主体工装的成型面上制造相匹配的延伸工装部分，作为辅助铺贴工装；
将预成型主体工装与辅助铺贴工装进行组合，作为预成型体的预成型工装，在预成型工装的型面上进行预浸料片叠层的铺贴及预压实；辅助铺贴工装表面贴有隔离膜，隔离膜边界不小于预浸料片叠层在辅助铺贴工装上的铺放范围，用于防止预浸料片与辅助铺贴工装粘连；
将预浸料片叠层在预成型工装的支撑下转移到热隔膜预成型设备中，并将辅助铺贴工装拆除，仅保留预成型主体工装，进行热隔膜预成型操作；
将热隔膜预成型获得的预成型体进行组装，固化后得到最终的复合材料结构。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，预成型主体工装与预成型主体工装之间采用机械可拆卸连接。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，预成型主体工装型面包括L型、C型、Z型或Ω型。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，预成型主体工装采用的材质包括钢、铝合金、木材、碳纤维复合材料或玻璃纤维复合材料。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，采用自动铺丝、自动铺带或激光投影辅助手工铺贴的方式在预成型工装的型面上进行预浸料片叠层的铺贴。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，预浸料片的增强材料包括碳纤维、玻璃纤维或芳纶纤维；预浸料片的树脂体系包括热固性树脂体系、热塑性树脂体系或干纤维铺放用定型剂。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，采用封装真空袋抽真空的方式对预浸料片叠层进行预压实，在真空度不小于0.075MPa下保持10min以上。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，将预浸料片叠层在预成型工装的支撑下转移到热隔膜预成型设备中进行加热，升温速率控制在0.5～2℃/min，温度保持在40～90℃。
9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，将热隔膜预成型获得的预成型体进行组装的方式包括L型组装为T型、C型组装为工型、L型和C型组装为J型。
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