CN116160701A - 大曲率共固化玻璃钢蒙皮芳纶纸蜂窝夹层结构的成型方法 - Google Patents

大曲率共固化玻璃钢蒙皮芳纶纸蜂窝夹层结构的成型方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种大曲率共固化玻璃钢蒙皮芳纶纸蜂窝夹层结构的成型方法，包括：清理成型模铺层表面并涂覆脱模剂；在所述成型模表面用玻璃纤维预浸料铺层，使夹层结构的外蒙皮达到目标厚度；在所述夹层结构的外蒙皮上铺设胶膜；在所述胶膜上铺设蜂窝夹芯；在蜂窝夹芯背向外蒙皮上的胶膜一侧再次铺设胶膜；胶膜上方用玻璃纤维预浸料铺层，使夹层结构内蒙皮达到目标厚度；在夹层结构周边的成型模上布置围条，在夹层结构表面铺设第一辅助层；进热压罐抽真空，而后升温、加压固化；固化降温结束后拆除第一辅助层及围条，并将夹层结构脱模。本发明利用未固化的玻璃钢蒙皮自身的柔性，减少了玻璃钢蒙皮与芳纶纸蜂窝间易出现胶接间隙过大的问题。

Description

大曲率共固化玻璃钢蒙皮芳纶纸蜂窝夹层结构的成型方法
技术领域
本发明涉及蜂窝夹层结构成型方法，具体地，涉及大曲率共固化玻璃钢蒙皮芳纶纸蜂窝夹层结构的成型方法。
背景技术
目前航天用运载火箭、卫星和空间飞行器承力结构大量使用复合材料，其主要优势在于复合材料减重效果好，比强度高，可增加单次发射的有效载荷。然而在整流罩上使用复合材料的比例还是较少，现有的火箭整流罩大部分为金属蒙皮加桁条铆接结构、玻璃钢蒙皮加金属桁条铆接结构等。然而由于整流罩中存在的卫星、空间飞行器为了能够与地面设施通信，通常会在整流罩特定信号发射器位置开设透波孔。由于不同卫星，空间飞行器的尺寸结构不同，不同发次整流罩透波孔尺寸均不相同，对于运载火箭的批产生产存在一定难度。同时考虑到运载火箭飞行过程中，为保护卫星或空间飞行器，需要要求整流罩有一定的隔热效果，采用全复合材料的蜂窝夹层结构整流罩作为新的思路。
现有蜂窝夹层结构通常采用已固化的内、外蒙皮与蜂窝通过胶膜，升温加压固化而成，该成型方式对内、外蒙皮及蜂窝的胶接面贴合尺寸有较高的要求，一旦在胶接面局部出现不贴和架空情况，就可能导致胶接面整面胶接质量不合格。且采取后胶接的方式在升温固化过程中，不同材料间的膨胀系数不同，会导致固化完成后出现内应力，在受力过程中可能导致产品胶接面脱粘。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种大曲率共固化玻璃钢蒙皮芳纶纸蜂窝夹层结构的成型方法。
根据本发明提供的一种大曲率共固化玻璃钢蒙皮芳纶纸蜂窝夹层结构的成型方法，包括以下步骤：
步骤S1，清理成型模铺层表面并涂覆脱模剂；
步骤S2，在所述成型模表面用玻璃纤维预浸料铺层，使夹层结构的外蒙皮达到目标厚度；
步骤S3，在所述夹层结构的外蒙皮上铺设胶膜；
步骤S4，在所述胶膜上铺设蜂窝夹芯；
步骤S5，在蜂窝夹芯背向外蒙皮上的胶膜一侧再次铺设胶膜；
步骤S6，在步骤S5的胶膜上方用玻璃纤维预浸料铺层，使夹层结构内蒙皮达到目标厚度；
步骤S7，在夹层结构周边的成型模上布置围条，在夹层结构表面铺设第一辅助层；
步骤S8，进热压罐抽真空，而后升温、加压固化；
步骤S9、固化降温结束后拆除第一辅助层及围条，并将夹层结构脱模。
优选地，所述夹层结构型面为单曲面结构或双曲面结构，曲率半径大于等于500mm，所述夹层结构一侧设置为外蒙皮，一侧设置为内蒙皮，所述外蒙皮和所述内蒙皮之间设置所述蜂窝夹芯，所述蜂窝夹芯分别与两侧的外蒙皮和内蒙皮之间设置所述胶膜。
优选地，所述夹层结构外蒙皮和内蒙皮均为未固化的多层玻璃纤维预浸料铺层而成，厚度为0.6-3mm。
优选地，在步骤S2和步骤S6中，所述夹层结构的外蒙皮和内蒙皮每铺设0.1-1mm的预浸料进行一次真空压实，真空压实时真空压力为-0.10至-0.06MPa，保压时长为1-48小时；
用于真空压实的第二辅助层依次为透气脱模布、透气毡以及真空薄膜，真空压实完成后移开第二辅助层。
优选地，在步骤S7中，第一辅助层由内蒙皮朝背向外蒙皮方向依次为第一透气脱模布、均压板、第二透气脱模布、透气毡以及真空薄膜；
所述均匀板放置在垂直于所述夹层结构曲面法向方向的区域以及未放置蜂窝夹芯和胶膜的区域。
优选地，所述成型模上设置围条和抽气嘴，所述围条一侧紧贴在在所述夹层结构侧面，所述围条背向所述夹层结构一侧设置所述抽气嘴，所述围条朝向所述成型模一侧设置导流槽。
优选地，所述透气毡覆盖所述围条和所述抽气嘴；
所述真空薄膜覆盖夹层结构、围条、第一透气脱模布、均压板、第二透气脱模布、透气毡以及抽气嘴，所述真空薄膜边缘处通过密封胶条与所述成型模贴合。
优选地，在步骤S8中，固化压力在2-4个不同温度点逐步施加，在夹层结构的树脂温度到达凝胶温度时加压至成型压力。
优选地，所述蜂窝夹芯为氰酸脂树脂芳纶纸蜂窝。
优选地，所述抽气嘴距所述夹层结构周侧边缘500-1300mm。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、本发明利用未固化的玻璃钢蒙皮自身的柔性，减少了玻璃钢蒙皮与芳纶纸蜂窝间易出现胶接间隙过大的问题；
2、本发明通过采用与产品适配的均压板提供一定刚度，使得产品能够均匀受压，并保证了产品的型面状态；
3、本发明通过合理布置抽气嘴位置，使得产品在抽真空过程中袋内各处的真空维持一致；
4、本发明通过设置围条，防止树脂从增厚区侧边不受控制的流出，导致树脂含量损失，进一步加强了对树脂流出重量的定量控制；
5、本发明通过设置导气槽，在产品周边形成一圈等真空压力区，避免远离真空抽气嘴的位置真空压力降低，提升了真空袋内部真空压力的均匀性；
6、本发明通过合理控制模具的型面厚度，控制产品在固化升温过程中的温度均匀性，使得固化后的产品各处状态能够保持一致。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为步骤S7至S8固化状态下的原理图；
图2为夹层结构剖视图；
图中所示：
Figure BDA0003991188360000031
Figure BDA0003991188360000041
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
实施例1
如图1所示，本实施例包括以下步骤：
步骤S1，清理成型模1铺层表面并涂覆脱模剂；
步骤S2，在成型模1表面用玻璃纤维预浸料铺层，使夹层结构2的外蒙皮达到目标厚度，夹层结构2的外蒙皮每铺设0.1-1mm的预浸料进行一次真空压实，真空压实时真空压力为-0.10--0.06MPa，保压时长为1-48小时，用于真空压实的辅助层依次为透气脱模布、透气毡9以及真空薄膜10，真空压实完成后移开辅助层。
步骤S3，在夹层结构2的外蒙皮上铺设胶膜3；
步骤S4，在胶膜3上铺设蜂窝夹芯4；
步骤S5，在蜂窝夹芯4背向外蒙皮上的胶膜3一侧再次铺设胶膜3；
步骤S6，在步骤S5的胶膜3上方用玻璃纤维预浸料铺层，使夹层结构2内蒙皮达到目标厚度，夹层结构2的内蒙皮每铺设0.1-1mm的预浸料进行一次真空压实，真空压实时真空压力为-0.10至-0.06MPa，保压时长为1-48小时，用于真空压实的辅助层依次为透气脱模布、透气毡9以及真空薄膜10，真空压实完成后移开辅助层。
步骤S7，在夹层结构2周边的成型模1上布置围条5，在夹层结构2表面铺设第一辅助层，第一辅助层由内蒙皮朝背向外蒙皮方向依次为第一透气脱模布6、均压板7、第二透气脱模布8、透气毡9以及真空薄膜10，均匀板7放置在垂直于夹层结构2曲面法向方向的区域以及未放置蜂窝夹芯4和胶膜3的区域。
步骤S8，进热压罐抽真空，而后升温、加压固化，固化压力在2-4个不同温度点逐步施加，在夹层结构2的树脂温度到达凝胶温度时加压至成型压力。
步骤S9、固化降温结束后拆除第一辅助层及围条5，并将夹层结构2脱模。
成型模1上设置围条5和抽气嘴11，围条5一侧紧贴在在夹层结构2侧面，围条5背向夹层结构2一侧设置抽气嘴11，抽气嘴11距夹层结构2周侧边缘500-1300mm。围条5朝向成型模1一侧设置导流槽13。透气毡9覆盖围条5和抽气嘴11，真空薄膜10覆盖夹层结构2、围条5、第一透气脱模布6、均压板7、第二透气脱模布8、透气毡9以及抽气嘴11，真空薄膜10边缘处通过密封胶条12与成型模1贴合。
如图2所示，夹层结构2型面为单曲面结构或双曲面结构，曲率半径大于等于500mm，夹层结构2一侧设置为外蒙皮，一侧设置为内蒙皮，外蒙皮和内蒙皮之间设置蜂窝夹芯4，蜂窝夹芯4分别与两侧的外蒙皮和内蒙皮之间设置胶膜3。夹层结构2外蒙皮和内蒙皮均为未固化的多层玻璃纤维预浸料铺层而成，厚度为0.6-3mm。蜂窝夹芯4为氰酸脂树脂芳纶纸蜂窝。
实施例2
实施例2作为实施例1的优选例。
如图1和图2所示，本实施例涉及一种针对包含双曲面、玻璃钢蒙皮、芳纶纸蜂窝夹层结构的成型工艺方法。夹层结构2为外型面为单曲面，内型面为双曲面的蜂窝夹层结构，内外蒙皮厚度为1mm的玻璃钢蒙皮，芳纶纸蜂窝夹芯4中间厚度为28mm，边缘厚度为8mm。夹层结构2整体厚度通过蜂窝夹芯4厚度由30mm变化过渡至10mm。夹层结构2所用预浸料为玻璃纤维或氰酸脂树脂体系，其中树脂为高温固化氰酸脂树脂，凝胶温度150℃，固化温度180℃，所需成型压力为0.4MPa，蜂窝夹芯4为氰酸脂树脂芳纶纸蜂窝，树脂为高温固化氰酸脂树脂，固化温度200℃。具体包括如下步骤：
步骤S1，清理成型模1表面并涂覆脱模剂；
步骤S2，在成型模1表面用预浸料铺层，使夹层结构2外蒙皮壁厚达到1mm，铺设完成后进行一次真空压实，真空压实辅助层(从夹层结构2外蒙皮表面向上)依次为透气脱模布、透气毡9以及真空薄膜10，真空薄膜10四周通过密封胶条12与模具1紧密贴合。真空压实的真空压力要求-0.10至-0.06MPa，保压时长1-48小时；
步骤S3，在夹层结构2外蒙皮真空压实后，上方铺设胶膜3；
步骤S4，在胶膜3上方铺设蜂窝夹芯4；
步骤S5，在蜂窝夹芯4上方铺设胶膜3；
步骤S6，在步骤S5的胶膜3上方铺设预浸料，使夹层结构2内蒙皮壁厚达到1mm，铺设完成后进行一次真空压实，真空压实辅助层(从夹层结构2内蒙皮表面向上)依次为透气脱模布、透气毡9以及真空薄膜10，真空薄膜10四周通过密封胶条12与模具1紧密贴合，真空压实的真空压力要求-0.10至-0.06MPa，保压时长1-48小时；
步骤S7，在夹层结构2周边的成型模1上布置围条5，围条5侧面贴夹层结构2边缘放置，厚度为12mm，围条5下方设置导流槽13；
步骤S8，在夹层结构2表面铺设辅助层，顺序(从夹层结构2内表面向上)依次为第一透气脱模布6、均压板7、第二透气脱模布8、透气毡9以及真空薄膜10。成型模1靠近夹层结构2双曲率面，均压板7型面贴合夹层结构2单曲率面，厚度为0.3-0.5mm钢制或铝制板材，尺寸与夹层结构2外形一致；围条5被辅助层中的透气毡9覆盖；夹层结构2、第一透气脱模布6、均压板7、第二透气脱模布8、透气毡9以及围条5均被真空薄膜10包覆，真空薄膜10四周通过密封胶条12与成型模1紧密贴合；
步骤S9，进热压罐，抽真空至袋内真空压力为-0.10至-0.09MPa后将夹层结构2升温至40℃，而后通过空气或氮气加外压0.1MPa，升温至150℃加压0.4MPa，加压结束后使夹层结构2在上述环境下静置1-4h，升温至180℃，并在上述温度、压力下静置特定时长固化；
步骤S10，固化结束后出热压罐，拆除辅助层、围,5后将夹层结构2从模具中取出。
夹层结构2固化完成后，采用敲击辅以目视法对胶接区域进行无损检验，按照GJB1719中“板—蜂窝”胶接I类件规定对缺陷进行标示，未发现可检缺陷，内部质量符合要求。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (10)

1.一种大曲率共固化玻璃钢蒙皮芳纶纸蜂窝夹层结构的成型方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1，清理成型模(1)铺层表面并涂覆脱模剂；
步骤S2，在所述成型模(1)表面用玻璃纤维预浸料铺层，使夹层结构(2)的外蒙皮达到目标厚度；
步骤S3，在所述夹层结构(2)的外蒙皮上铺设胶膜(3)；
步骤S4，在所述胶膜(3)上铺设蜂窝夹芯(4)；
步骤S5，在蜂窝夹芯(4)背向外蒙皮上的胶膜(3)一侧再次铺设胶膜(3)；
步骤S6，在步骤S5的胶膜(3)上方用玻璃纤维预浸料铺层，使夹层结构(2)内蒙皮达到目标厚度；
步骤S7，在夹层结构(2)周边的成型模(1)上布置围条(5)，在夹层结构(2)表面铺设第一辅助层；
步骤S8，进热压罐抽真空，而后升温、加压固化；
步骤S9、固化降温结束后拆除第一辅助层及围条(5)，并将夹层结构(2)脱模。
2.根据权利要求1所述大曲率共固化玻璃钢蒙皮芳纶纸蜂窝夹层结构的成型方法，其特征在于：所述夹层结构(2)型面为单曲面结构或双曲面结构，曲率半径大于等于500mm，所述夹层结构(2)一侧设置为外蒙皮，一侧设置为内蒙皮，所述外蒙皮和所述内蒙皮之间设置所述蜂窝夹芯(4)，所述蜂窝夹芯(4)分别与两侧的外蒙皮和内蒙皮之间设置所述胶膜(3)。
3.根据权利要求1所述大曲率共固化玻璃钢蒙皮芳纶纸蜂窝夹层结构的成型方法，其特征在于：所述夹层结构(2)外蒙皮和内蒙皮均为未固化的多层玻璃纤维预浸料铺层而成，厚度为0.6-3mm。
4.根据权利要求1所述大曲率共固化玻璃钢蒙皮芳纶纸蜂窝夹层结构的成型方法，其特征在于：在步骤S2和步骤S6中，所述夹层结构(2)的外蒙皮和内蒙皮每铺设0.1-1mm的预浸料进行一次真空压实，真空压实时真空压力为-0.10至-0.06MPa，保压时长为1-48小时；
用于真空压实的第二辅助层依次为透气脱模布、透气毡(9)以及真空薄膜(10)，真空压实完成后移开第二辅助层。
5.根据权利要求1所述大曲率共固化玻璃钢蒙皮芳纶纸蜂窝夹层结构的成型方法，其特征在于：在步骤S7中，第一辅助层由内蒙皮朝背向外蒙皮方向依次为第一透气脱模布(6)、均压板(7)、第二透气脱模布(8)、透气毡(9)以及真空薄膜(10)；
所述均匀板(7)放置在垂直于所述夹层结构(2)曲面法向方向的区域以及未放置蜂窝夹芯(4)和胶膜(3)的区域。
6.根据权利要求5所述大曲率共固化玻璃钢蒙皮芳纶纸蜂窝夹层结构的成型方法，其特征在于：所述成型模(1)上设置围条(5)和抽气嘴(11)，所述围条(5)一侧紧贴在在所述夹层结构(2)侧面，所述围条(5)背向所述夹层结构(2)一侧设置所述抽气嘴(11)，所述围条(5)朝向所述成型模(1)一侧设置导流槽(13)。
7.根据权利要求6所述大曲率共固化玻璃钢蒙皮芳纶纸蜂窝夹层结构的成型方法，其特征在于：所述透气毡(9)覆盖所述围条(5)和所述抽气嘴(11)；
所述真空薄膜(10)覆盖夹层结构(2)、围条(5)、第一透气脱模布(6)、均压板(7)、第二透气脱模布(8)、透气毡(9)以及抽气嘴(11)，所述真空薄膜(10)边缘处通过密封胶条(12)与所述成型模(1)贴合。
8.根据权利要求1所述大曲率共固化玻璃钢蒙皮芳纶纸蜂窝夹层结构的成型方法，其特征在于：在步骤S8中，固化压力在2-4个不同温度点逐步施加，在夹层结构(2)的树脂温度到达凝胶温度时加压至成型压力。
9.根据权利要求1所述大曲率共固化玻璃钢蒙皮芳纶纸蜂窝夹层结构的成型方法，其特征在于：所述蜂窝夹芯(4)为氰酸脂树脂芳纶纸蜂窝。
10.根据权利要求5所述大曲率共固化玻璃钢蒙皮芳纶纸蜂窝夹层结构的成型方法，其特征在于：所述抽气嘴(11)距所述夹层结构(2)周侧边缘500-1300mm。
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