CN118046597A - 复合材料夹芯结构及其成型方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及复合材料成型加工制造领域，公开了一种复合材料夹芯结构及其成型方法，包括：步骤S1：在芯模表面铺设包含树脂和连续纤维的预浸层；步骤S2：将铺覆浸渍树脂纤维层的芯模按预设要求裁切加工至单个毛坯阵列单元；步骤S3：将所有毛坯阵列单元排列组成未固化阵列毛坯；步骤S4：将未固化阵列毛坯在预设条件下固化；步骤S5：将固化后的阵列毛坯加工至满足预设要求的外形轮廓；步骤S6：去除阵列毛坯中芯模，获得复合材料夹芯结构。本发明通过单个毛坯阵列单元在芯模表面铺覆、切割、加工，避免了单独预先加工对纤维的损伤影响结构精度。
Description
技术领域
本发明涉及复合材料成型加工制造领域，具体地，涉及复合材料夹芯结构及其成型方法，更为具体地，涉及复合材料夹芯结构高精度成型加工方法。
背景技术
在航空航天、船舶、交通运输、建筑等领域中，广泛采用复合材料夹芯结构以降低单位体积的结构重量。同时，复合材料夹芯结构具有较高的弯曲强度和刚度，可以削弱噪音与振动、增加耐热、抗疲劳和防火性能。用于复合材料夹芯结构的夹芯材料主要有泡沫夹芯、蜂窝夹芯及全复合材料结构夹芯。其中，全复合材料结构夹芯一般采用复合材料格栅、复合材料阵列等结构，具有最好的结构强度和刚度性能。
目前全复合材料结构夹芯一般采用格栅板插接成型和阵列单元成型后胶接加工两种方式。格栅板插接成型工艺中，采用成型板材加工插接凹槽后，交叉插接而成。在板材加工过程中，板材上的凹槽结构破坏了复合材料中纤维连续性，降低了结构材料利用效率，同时凹槽处应力集中影响复合材料夹芯结构的加工精度。对于阵列单元成型后胶接加工工艺，单个阵列单元单独成型，单元成型精度稳定性较高；但由于胶接面型复杂，导致单元间的胶接过程控制难度较高，产生很高的胶接应力进而影响全复合材料结构夹芯整体精度。
专利文献CN104139529B（申请号：201410290346.X）公开了夹芯结构复合材料成型方法，包括：采用真空辅助树脂灌注工艺，利用半透膜保证排净预制件中的空气和挥发物。该发明涉及的夹芯结构复合材料成型方法，采用真空辅助灌注工艺成型，包括制坯与导流系统布设、树脂注胶、固化成型等过程，所述导流系统带有脱气区1，制坯与导流系统还包括半透膜2，半透膜置于面板坯料7底部并全部或部分覆盖坯料排气端端面，脱气区1与半透膜部分重叠。
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复合材料夹芯结构及其成型方法。
根据本发明提供的一种复合材料夹芯结构成型方法，包括：
步骤S1：在芯模表面铺设包含树脂和连续纤维的预浸层；
步骤S2：将铺覆浸渍树脂纤维层的芯模按预设要求裁切加工至单个毛坯阵列单元；
步骤S3：将所有毛坯阵列单元排列组成未固化阵列毛坯；
步骤S4：将未固化阵列毛坯在预设条件下固化；
步骤S5：将固化后的阵列毛坯加工至满足预设要求的外形轮廓；
步骤S6：去除阵列毛坯中芯模，获得复合材料夹芯结构。
优选地，所述芯模采用包括金属、代木、橡胶、石膏、石墨的其中一种。
优选地，所述步骤S1采用：用预浸料在芯模表面按预设角度铺层至满足预设要求的厚度。
优选地，所述步骤S1采用：用纤维织物在芯模表面按预设角度铺层至满足预设要求的厚度，采用树脂传递模塑工艺注入树脂；
所述纤维织物包括单向纤维布。
优选地，所述步骤S1采用：用预先浸渍树脂的纤维束或纤维带按预设角度缠绕至满足预设要求的厚度。
优选地，所述步骤S1采用：用未浸渍树脂的纤维束或纤维带按预设角度缠绕至满足预设要求的厚度后，采用树脂传递模塑工艺注入树脂。
优选地，所述步骤S2采用：单个毛坯阵列单元的长度由其在阵列毛坯中的高度确认。
优选地，所述步骤S4采用：将未固化阵列毛坯在树脂固化预设温度压力条件下固化，实现所有阵列单元固化。
优选地，复合材料夹芯结构包括三角形、四边形、六边形或圆形的阵列单元组成的复合材料阵列夹芯结构。
根据本发明提供的一种复合材料夹芯，采用上述所述的复合材料夹芯结构成型方法制备而成。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：本发明通过单个毛坯阵列单元单独铺层，实现了复合材料夹芯结构中纤维连续性；通过单个毛坯阵列单元在芯模表面铺覆、切割、加工，避免了单独预先加工对纤维的损伤影响结构精度；通过预铺覆的毛坯阵列单元与芯模共同排列形成阵列，实现了夹芯结构中阵列结构准确性，降低了胶接装配过程中产生装配应力，减少了单个毛坯阵列单元之间胶层厚度的波动，降低胶层应力，提升了阵列排列精度。通过单个阵列单元与芯模整体共同排列形成阵列，实现了全复合材料结构夹芯结构整体的高精度加工。
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为铺覆浸渍树脂纤维层的芯模示意图。
图2为毛坯阵列单元裁切示意图。
图3为未固化阵列毛坯示意图。
图4为阵列毛坯加工示意图。
图5为复合材料夹芯结构示意图。
图6为三角形阵列夹芯结构示意图。
图7为四边形阵列夹芯结构示意图。
图8为六边形阵列夹芯结构示意图。
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
根据本发明提供的一种复合材料夹芯结构成型方法，如图1至8所示，包括：
根据采用的阵列结构单元特征加工阵列单元芯模；
所述芯模采用金属、代木、橡胶、石膏、石墨等。对芯模表面涂覆脱模剂方便芯模脱出。
在芯模表面铺设包含树脂和连续纤维的预浸层；更为具体地，所述预浸层铺覆在涂覆脱模剂的芯模表面。
具体地，采用以下方法之一：
方法一：用预浸料在芯模表面按所需角度铺层至所需厚度；
方法二：用纤维织物或单向纤维布在芯模表面按单个毛坯阵列单元中纤维方向铺层至所需厚度，采用树脂传递模塑工艺注入树脂；
方法三：用预先浸渍树脂的纤维束或纤维带按所需角度缠绕至所需厚度；
方法四：用未浸渍树脂的纤维束或纤维带按所需角度缠绕至所需厚度后，采用树脂传递模塑工艺注入树脂。
将铺覆浸渍树脂纤维层的芯模，按需要裁切加工至单个毛坯阵列单元，所需长度由其在阵列毛坯中的高度确认。由所有毛坯阵列单元排列组成未固化阵列毛坯。
将未固化阵列毛坯在树脂固化所需温度压力条件下固化，实现所有阵列单元固化。将固化后的阵列毛坯加工至所需外形轮廓，由于单个阵列单元内部有芯模存在可加工至非常高的型面精度。
去除阵列毛坯中芯模，获得复合材料夹芯结构。
本发明适用于所有形状的阵列单元组成的复合材料阵列夹芯结构；包括：三角形、四边形、六边形、圆形等各种形状的阵列单元组成的复合材料阵列夹芯结构。
实施例2
实施例2是实施例1的优选例
针对圆柱形复合材料结构单元组成的全复合材料阵列结构夹芯结构，采用代木加工芯模，芯模外径小于复合材料结构单元内径（1~4mm，如2mm）,芯模长度为结构单元长度整数倍（1,2,3……，如5倍，）加裁切加工余量（10~50mm,如20mm）。芯模表面进行脱模处理，涂覆脱模剂方便芯模脱出。
用预浸料在芯模表面按所需角度铺层至所需厚度和角度，在芯模表面铺设包含树脂和连续纤维的预浸层。
将铺覆浸渍树脂纤维层的芯模，按需要裁切加工至单个毛坯阵列单元，所需长度由其在阵列毛坯中的高度确认。由所有毛坯阵列单元排列组成未固化阵列毛坯。
将未固化阵列毛坯在树脂固化所需温度压力条件下固化，实现所有阵列单元固化。将固化后的多个阵列毛坯加工至所需外形轮廓，由于单个阵列单元内部有芯模存在可加工至非常高的型面精度，可到达5μm以内。去除阵列毛坯中芯模，获得高精度（5μm）复合材料夹芯结构。
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)
1.一种复合材料夹芯结构成型方法，其特征在于，包括：
步骤S1：在芯模表面铺设包含树脂和连续纤维的预浸层；
步骤S2：将铺覆浸渍树脂纤维层的芯模按预设要求裁切加工至单个毛坯阵列单元；
步骤S3：将所有毛坯阵列单元排列组成未固化阵列毛坯；
步骤S4：将未固化阵列毛坯在预设条件下固化；
步骤S5：将固化后的阵列毛坯加工至满足预设要求的外形轮廓；
步骤S6：去除阵列毛坯中芯模，获得复合材料夹芯结构。
2.根据权利要求1所述的复合材料夹芯结构成型方法，其特征在于，所述芯模采用包括金属、代木、橡胶、石膏、石墨的其中一种。
3.根据权利要求1所述的复合材料夹芯结构成型方法，其特征在于，所述步骤S1采用：用预浸料在芯模表面按预设角度铺层至满足预设要求的厚度。
4.根据权利要求1所述的复合材料夹芯结构成型方法，其特征在于，所述步骤S1采用：用纤维织物在芯模表面按预设角度铺层至满足预设要求的厚度，采用树脂传递模塑工艺注入树脂；
所述纤维织物包括单向纤维布。
5.根据权利要求1所述的复合材料夹芯结构成型方法，其特征在于，所述步骤S1采用：用预先浸渍树脂的纤维束或纤维带按预设角度缠绕至满足预设要求的厚度。
6.根据权利要求1所述的复合材料夹芯结构成型方法，其特征在于，所述步骤S1采用：用未浸渍树脂的纤维束或纤维带按预设角度缠绕至满足预设要求的厚度后，采用树脂传递模塑工艺注入树脂。
7.根据权利要求1所述的复合材料夹芯结构成型方法，其特征在于，所述步骤S2采用：单个毛坯阵列单元的长度由其在阵列毛坯中的高度确认。
8.根据权利要求1所述的复合材料夹芯结构成型方法，其特征在于，所述步骤S4采用：将未固化阵列毛坯在树脂固化预设温度压力条件下固化，实现所有阵列单元固化。
9.根据权利要求1所述的复合材料夹芯结构成型方法，其特征在于，复合材料夹芯结构包括三角形、四边形、六边形或圆形的阵列单元组成的复合材料阵列夹芯结构。
10.一种复合材料夹芯，其特征在于，采用权利要求1至9任意一项权利要求所述的复合材料夹芯结构成型方法制备而成。
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