CN114131960A - 防热与结构一体化的复合材料整流罩的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种防热与结构一体化的复合材料整流罩的制备方法；本发明使用成型模具先制备承力结构，待承力结构固化后以承力结构作为阳模来铺放防热结构，将防热结构与承力结构共同胶接，并在高温高压条件下进行二次固化，保证了防热结构与承力结构之间的胶接面的高强度特性；本发明避免了胶接面产生空隙、出现分层缺陷等问题，同时保证了防热结构与承力结构在外形上的完全匹配，具有胶接面积大、无界面分层、粘接效果优异的优势，减少了带有防热结构的复合材料整流罩的时间成本、模具成本以及质量隐患；本发明还解决了当防热功能组件尺寸较大或形状不规则时，套装工艺实施困难且易出现胶接面分层脱粘等质量问题。
Description
技术领域
本发明涉及复合材料整流罩成型工艺技术领域，特别涉及一种防热与结构一体化的复合材料整流罩的制备方法。
背景技术
纤维增强复合材料在航空领域已经得到愈加广泛的应用，其强度高、质量轻、耐高温、耐低温、耐腐蚀等优势使其在航空航天领域的应用场景也愈加多样，复合材料整流罩多用于导弹及火箭等产品前端，用于保护其内部结构件及电子仪器等免受气动力、气动加热及声振等有害环境的影响。由于使用条件苛刻，整流罩前端多采用耐烧蚀端头结构用于保护承力结构，但随着导弹及火箭的不断改进演化，整流罩外形逐渐由类圆锥结构变为异型结构，不利于防热结构的二次胶接装配。
复合材料整流罩等承力结构件与防热功能件通常采用分体成型，后胶接加螺接的方式。当防热功能组件尺寸较大或形状不规则时，传统方法工艺实施极为困难且易出现胶接面分层脱粘等质量问题，装配结构件与防热功能件对产品的尺寸精度有较高的需求，通常防热件需套装至结构件外部并于胶接面留出规定范围内的间隙，在间隙内部填充树脂后固化得到一体的防热—结构件；但当产品外形不规则时不利于上述工艺的实施，首先两种组件成型时难以保证二者的尺寸精度配合，易出现套装时卡住的现象，其次难以保证注胶效果，容易导致局部缺少胶液或加压不足，出现脱粘现象。
作为承力结构及防热功能一体化复合材料整流罩，成型中涉及到的预浸料制备、预浸料铺放、热压实及高温固化工艺为成型中的攻关目标。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术的缺陷，提出了一种防热与结构一体化的复合材料整流罩的制备方法。
为实现上述目的，本发明采用以下具体技术方案：
本发明提出的防热与结构一体化的复合材料整流罩的制备方法，包括如下步骤：
S1、分别制备结构件预浸料和防热件预浸料，以及制作复合材料整流罩的成型模具；
成型模具包括：用于铺放预浸料的内模、结构件固化用外模和防热件预压用外模；
S2、使用结构件预浸料在内模上铺放复合材料整流罩的承力结构；
S3、固化承力结构；
S4、在承力结构降温后，脱去结构件固化用外模，保留位于承力结构内部的内模；
S5、以承力结构作为阳模，使用防热件预浸料铺放复合材料整流罩的防热结构，铺放完成后得到完整的复合材料整流罩；
S6、对复合材料整流罩进行固化；
S7、对复合材料整流罩进行脱模，脱去位于承力结构内部的内模，得到承力结构及防热结构一体化的复合材料整流罩。
优选地，在步骤S1中，结构件预浸料以T800级碳纤维作为增强材料，以环氧树脂、氰酸酯树脂或双马来酰亚胺树脂作为基体，使用热熔法制备得到；结构件预浸料中碳纤维的体积含量为54％～60％；结构件预浸料采用单向纤维增强预浸料或纤维织物增强预浸料。
优选地，在步骤S1中，使用高硅氧玻璃纤维布及钡酚醛树脂通过溶剂法制备得到防热件预浸料；防热件预浸料采用纤维织物增强预浸料；单层防热件预浸料的厚度为0.26±0.1mm。
优选地，内模为铝合金或钢材质。
优选地，在步骤S2中，在结构件预浸料铺放承力结构的过程中，每铺放2.0±0.5mm厚度的承力结构，使用橡胶板及隔离膜将承力结构包覆，并放置在热压机上进行一次热压实。
优选地，热压实的温度为60～100℃，热压实的压力为1～3MPa。
优选地，在步骤S3中，使用热压机，通过金属对模加压的方式来固化承力结构；固化制度为150～180℃，保温2～4h，升温速率为1～2℃/min，压力为2～4MPa。
优选地，在步骤S5中，在铺放防热结构之前，将承力结构与防热结构的胶接面打磨至表面粗糙度大于6.3μm，然后再进行防热结构的铺放。
优选地，在步骤S5中，每铺放1.5±0.5mm厚度的防热结构，结合防热件预压用外模，在热压机上进行一次热压实。
优选地，在步骤S6中，使用真空袋固化复合材料整流罩，并在步骤S7中进行复合材料整流罩脱模时，脱下真空袋；
使用真空袋固化复合材料整流罩的方式为：使用隔离材料、吸胶材料、导气材料及密封材料将复合材料整流罩包覆，固化制度为130～160℃，保温4～6h，升温速率为1～2℃/min，固化压力为2～3MPa。
本发明能够取得以下技术效果：
本发明保证了防热结构与承力结构之间的胶接面的高强度特性；对比采用传统分别成型、二次胶接的方法，本发明避免了胶接面产生空隙、出现分层缺陷等问题，同时保证了防热结构与承力结构在外形上的完全匹配，具有胶接面积大、无界面分层、粘接效果优异的优势，减少了带有防热结构的复合材料整流罩的时间成本、模具成本以及质量隐患；本发明还解决了当防热功能组件尺寸较大或形状不规则时，套装工艺实施困难且易出现胶接面分层脱粘等质量问题。
附图说明
图1是根据本发明实施例的防热与结构一体化的复合材料整流罩的制备方法的流程图；
图2是根据本发明实施例的复合材料整流罩的结构示意图；
图3是根据本发明实施例的制作复合材料整流罩的成型模具的结构示意图。
其中的附图标记包括：防热结构1、加强区结构2、蒙皮3、中内模4、下内模5、侧内模6、上内模7、侧内模8、模具底板9。
具体实施方式
在下文中，将参考附图描述本发明的实施例。在下面的描述中，相同的模块使用相同的附图标记表示。在相同的附图标记的情况下，它们的名称和功能也相同。因此，将不重复其详细描述。
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，而不构成对本发明的限制。
下面结合图1到图3对本发明的具体工作方式进行详细说明：
图1示出了本发明提出的防热与结构一体化的复合材料整流罩的制备方法的具体流程；
如图1所示，本发明提出一种防热与结构一体化的复合材料整流罩的制备方法，包括如下步骤：
S1、分别制备结构件预浸料和防热件预浸料，以及制作复合材料整流罩的成型模具；
成型模具包括：用于铺放预浸料的内模、结构件固化用外模和防热件预压用外模；
内模为铝合金或钢材质，并通过数控加工而成，以保证产品外形尺寸。其余金属模具为合金钢制品。
图3示出了本发明的一个实施例的制作复合材料整流罩的成型模具的具体结构。
如图3所示，在本发明的一个实施例中，成型模具分为中内模4、下内模5、侧内模6、上内模7、侧内模8、模具底板9。
结构件预浸料以T800级碳纤维作为增强材料，以环氧树脂、氰酸酯树脂或双马来酰亚胺树脂作为基体，使用热熔法制备得到；结构件预浸料中碳纤维的体积含量为54％～60％；结构件预浸料采用单向纤维增强预浸料或纤维织物增强预浸料。
使用高硅氧玻璃纤维布及钡酚醛树脂通过溶剂法制备得到防热件预浸料；防热件预浸料采用纤维织物增强预浸料；单层防热件预浸料的厚度为0.26±0.1mm。
S2、使用结构件预浸料在内模上铺放复合材料整流罩的承力结构。
图2示出了复合材料整流罩的具体结构；
如图2所示，承力结构包括加强区结构2和蒙皮3。
在结构件预浸料铺放承力结构的过程中，每铺放2.0±0.5mm厚度的承力结构，使用橡胶板及隔离膜将承力结构包覆，并放置在热压机上进行一次热压实。热压实的温度为60～100℃，压力为1～3MPa，时长为1h±20min。
S3、固化承力结构。
使用热压机，通过金属对模加压的方式来固化承力结构；固化制度为150～180℃，保温2～4h，升温速率为1～2℃/min，压力为2～4MPa。
S4、在承力结构降温后，脱去结构件固化用外模，保留位于承力结构内部的内模；
S5、以承力结构作为阳模，使用防热件预浸料铺放复合材料整流罩的防热结构1，铺放完成后得到完整的复合材料整流罩；
在铺放防热结构1之前，将承力结构与防热结构1的胶接面打磨至表面粗糙度大于6.3μm，然后再进行防热结构1的铺放。
为保证复合材料整流罩的外形轮廓，每铺放1.5±0.5mm厚度的防热结构1，结合防热件预压用外模，在热压机上进行一次热压实。
在本发明的一个实施例中，使用180目砂纸对承力结构与防热结构1的胶接面进行打磨。
S6、对复合材料整流罩进行固化。使用真空袋固化复合材料整流罩。
使用真空袋固化复合材料整流罩的方式为：使用隔离材料、吸胶材料、导气材料及密封材料将复合材料整流罩包覆，固化制度为130～160℃，保温4～6h，升温速率为1～2℃/min，固化压力为2～3MPa。
S7、对复合材料整流罩进行脱模，脱去位于承力结构内部的内模，并脱下真空袋，得到承力结构及防热结构1一体化的复合材料整流罩。
综上所述，本发明提出了一种防热与结构一体化的复合材料整流罩的制备方法。本发明使用成型模具先制备承力结构，待承力结构固化后以承力结构作为阳模来铺放防热结构1，将防热结构1与承力结构共同胶接，并在高温高压条件下进行二次固化，保证了防热结构1与承力结构之间的胶接面的高强度特性；对比采用传统分别成型、二次胶接的方法，本发明避免了胶接面产生空隙、出现分层缺陷等问题，同时保证了防热结构1与承力结构在外形上的完全匹配，具有胶接面积大、无界面分层、粘接效果优异的优势，减少了带有防热结构1的复合材料整流罩的时间成本、模具成本以及质量隐患；本发明还解决了当防热功能组件尺寸较大或形状不规则时，套装工艺实施困难且易出现胶接面分层脱粘等质量问题。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制。本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
以上本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所做出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。
Claims (10)
1.一种防热与结构一体化的复合材料整流罩的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、分别制备结构件预浸料和防热件预浸料，以及制作复合材料整流罩的成型模具；
所述成型模具包括：用于铺放预浸料的内模、结构件固化用外模和防热件预压用外模；
S2、使用所述结构件预浸料在所述内模上铺放所述复合材料整流罩的承力结构；
S3、固化所述承力结构；
S4、在所述承力结构降温后，脱去所述结构件固化用外模，保留位于所述承力结构内部的内模；
S5、以所述承力结构作为阳模，使用所述防热件预浸料铺放所述复合材料整流罩的防热结构，铺放完成后得到完整的所述复合材料整流罩；
S6、对所述复合材料整流罩进行固化；
S7、对所述复合材料整流罩进行脱模，脱去位于所述承力结构内部的内模，得到所述承力结构及所述防热结构一体化的复合材料整流罩。
2.如权利要求1所述的防热与结构一体化的复合材料整流罩的制备方法，其特征在于，在步骤S1中，所述结构件预浸料以T800级碳纤维作为增强材料，以环氧树脂、氰酸酯树脂或双马来酰亚胺树脂作为基体，使用热熔法制备得到；所述结构件预浸料中碳纤维的体积含量为54％～60％；所述结构件预浸料采用单向纤维增强预浸料或纤维织物增强预浸料。
3.如权利要求1所述的防热与结构一体化的复合材料整流罩的制备方法，其特征在于，在步骤S1中，使用高硅氧玻璃纤维布及钡酚醛树脂通过溶剂法制备得到所述防热件预浸料；所述防热件预浸料采用纤维织物增强预浸料；单层所述防热件预浸料的厚度为0.26±0.1mm。
4.如权利要求1所述的防热与结构一体化的复合材料整流罩的制备方法，其特征在于，所述内模为铝合金或钢材质。
5.如权利要求1所述的防热与结构一体化的复合材料整流罩的制备方法，其特征在于，在步骤S2中，在所述结构件预浸料铺放所述承力结构的过程中，每铺放2.0±0.5mm厚度的所述承力结构，使用橡胶板及隔离膜将所述承力结构包覆，并放置在热压机上进行一次热压实。
6.如权利要求5所述的防热与结构一体化的复合材料整流罩的制备方法，其特征在于，所述热压实的温度为60～100℃，所述热压实的压力为1～3MPa。
7.如权利要求1所述的防热与结构一体化的复合材料整流罩的制备方法，其特征在于，在步骤S3中，使用所述热压机，通过金属对模加压的方式来固化所述承力结构；固化制度为150～180℃，保温2～4h，升温速率为1～2℃/min，压力为2～4MPa。
8.如权利要求1所述的防热与结构一体化的复合材料整流罩的制备方法，其特征在于，在步骤S5中，在铺放所述防热结构之前，将所述承力结构与所述防热结构的胶接面打磨至表面粗糙度大于6.3μm，然后再进行所述防热结构的铺放。
9.如权利要求1所述的防热与结构一体化的复合材料整流罩的制备方法，其特征在于，在步骤S5中，每铺放1.5±0.5mm厚度的所述防热结构，结合所述防热件预压用外模，在所述热压机上进行一次热压实。
10.如权利要求1所述的防热与结构一体化的复合材料整流罩的制备方法，其特征在于，在步骤S6中，使用真空袋固化所述复合材料整流罩，并在步骤S7中进行所述复合材料整流罩脱模时，脱下所述真空袋；
使用所述真空袋固化所述复合材料整流罩的方式为：使用隔离材料、吸胶材料、导气材料及密封材料将所述复合材料整流罩包覆，固化制度为130～160℃，保温4～6h，升温速率为1～2℃/min，固化压力为2～3MPa。
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