CN217531534U - 组装式复合材料成型工装 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种组装式复合材料成型工装，属于高分子复合材料模具领域。模具体由高分子复合材料的成型板和格栅支撑框架组成，成型板安装在格栅支撑框架外部，格栅支撑框架由纵向格栅板与横向格栅板插接而成，每块格栅板上都加工通气孔；成型板与纵向格栅板及横向格栅板间用弹性耐温的胶层粘接，所述的胶层厚度为0.5～2.0mm，使用环氧胶层在角部涂抹成三角形状，所述的环氧胶层最大厚度为3～5mm；所述的纵向格栅板和横向格栅板之间直接用耐温环氧胶层粘接，耐温环氧胶层在角部涂抹成三角形状，耐温环氧胶层最大厚度为3～5mm。本实用新型采用模块化、组装式设计，便于生产制造，保证成型板的气密性。

Description

组装式复合材料成型工装

技术领域

本实用新型涉及高分子复合材料模具领域，详细地讲是一种组装式复合材料成型工装。

背景技术

众所周知，树脂基复合材料在航空航天、风电、体育休闲等领域应用越来越广泛，其中复材零件的制造一般使用工装模具完成零件的成型过程。目前，复材零件成型工装的材质通常包括铝合金、低碳钢、INVAR钢、玻璃纤维复合材料和碳纤维复合材料。

与金属模具相比，碳纤维复合材料模具有如下优点：1碳纤维复合材料的热膨胀系数接近于零，碳纤维复合材料模具与碳纤维复合材料部件在加热固化过程中的热膨胀性能相匹配，可得到外形准确性、尺寸精度和内部质量较好的复合材料产品；2碳纤维复合材料的密度比较小，用其制造的模具重量比较轻，易于搬运，便于使用；3碳纤维复合材料模具加热固化时所需热量比较小，可以用较快的升温速度进行加热固化，从而节约能源和工时，降低制造成本；4复合材料模具具有较好的可修复性，一旦损坏，能在较短时间内以较低的成本修复好。

现有复合材料成型工装的支撑框架一般为钢制结构，其与复合材料成型板的热膨胀系数差别较大，且重量较重，影响了复合材料成型工装优点的发挥。此外，用复合材料成型工装制造复材零件时，需进行抽真空、加温、加压等操作，多次使用后其成型板的气密性会降低，从而影响复材零件的成型质量，导致孔隙率偏高、贫胶等缺陷。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本实用新型提供一种组装式复合材料成型工装，采用模块化、组装式设计，便于生产制造，利于使用过程中的搬运，保证成型板的气密性。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种组装式复合材料成型工装，包括模具体，其特征是，模具体由高分子复合材料的成型板和格栅支撑框架组成，成型板安装在格栅支撑框架外部，格栅支撑框架由纵向格栅板与横向格栅板插接而成，每块格栅板上都加工通气孔；成型板与纵向格栅板及横向格栅板间用弹性耐温的胶层粘接，所述的胶层厚度为0.5～ 2.0mm，使用环氧胶层在角部涂抹成三角形状，所述的环氧胶层最大厚度为 3～5mm；所述的纵向格栅板和横向格栅板之间直接用耐温环氧胶层粘接，耐温环氧胶层在角部涂抹成三角形状，耐温环氧胶层最大厚度为3～5mm。

本实用新型还可通过如下措施来实现：

所述的成型板为多层复合铺层结构，具体包含上表面预浸料层、共固化阻尼薄膜层、结构预浸料层和下表面预浸料层，共固化阻尼薄膜层为粘弹性高分子材料薄膜，其厚度为0.05～0.2mm。

所述的格栅支撑框架与纵向格栅板及横向格栅板插接时，相邻纵向或横向格栅板间距为150～300mm。

本实用新型的有益效果是，采用模块化、组装式设计，便于生产制造；成型工装的成型板和支撑框架全部为复合材料材质，各部分间的热膨胀系数差别较小，受热变形小，同时成型工装整体重量大大减轻，利于使用过程中的搬运；成型板为多层复合铺层结构，共固化阻尼薄膜层的引入对保证成型板的气密性尤为关键。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

图1是本实用新型组装式复合材料成型工装总体结构示意图。

图2是本实用新型组装式复合材料成型工装格栅支撑框架结构示意图。

图3是本实用新型格栅板与成型板连接示意图。

图4是本实用新型格栅板与成型板连接尺寸图。

图5是本实用新型纵向格栅板与横向格栅板连接示意图。

图6是本实用新型成型板铺层示意图。

图中1.成型板，2.格栅支撑框架，3.纵向格栅板，4.横向格栅板，5. 通气孔，6.弹性耐温胶层，7.格栅板，8.耐温环氧胶层，a.成型板厚度，b. 格栅板厚度，c.弹性耐温胶层厚度，d.耐温环氧胶层最大厚度，P1.上表面预浸料层，P2.共固化阻尼薄膜层，P3.结构预浸料层，P4.下表面预浸料层。

具体实施方式

在图中，本实用新型复合材料成型工装结构采用模块化、组装式设计。工装结构由成型板1和格栅支撑框架2组成，全部为高分子复合材料材质，格栅支撑框架2又由纵向格栅板3、横向格栅板4插接而成，每块格栅板上都加工若干通气孔5，以利于固化过程中热空气的对流。

所述的组装式复合材料成型工装，其成型板厚度a≥5mm，材质为碳纤维复合材料；格栅板厚度b≥2mm，材质为碳纤维复合材料或玻璃纤维复合材料。

所述的组装式复合材料成型工装，其成型板1与格栅板7间先用弹性耐温胶层6一次粘接，胶层厚度c＝0.5～2.0mm，固化后再用耐温环氧胶层8二次粘接，胶层在角部涂抹成三角形状，最大厚度d＝3～5mm,格栅板7包括纵向格栅板3和横向格栅板4；其纵向格栅板3和横向格栅板4间直接用耐温环氧胶层8粘接，胶层在角部涂抹成三角形状，最大厚度d＝3～5mm。

所述的组装式复合材料成型工装，其成型板1为多层复合铺层结构，具体包含上表面预浸料层P1、共固化阻尼薄膜层P2、结构预浸料层P3和下表面预浸料层P4，其中上表面预浸料层P1和下表面预浸料层P4的树脂含量为 40％～50％，较高的树脂含量可以保证成型板表面质量，降低孔隙率；共固化阻尼薄膜层P2为一种粘弹性高分子材料薄膜，厚度为0.05～0.2mm，该材料组分中的活性官能团可在固化过程中与预浸料树脂中的官能团发生反应，对保证成型板的气密性尤为关键；结构预浸料层P3的树脂含量为30％～38％，较低的树脂含量可提高成型板的整体强度和刚性。

所述的组装式复合材料成型工装，其使用温度≤180℃，成型板型面精度为±0.2mm，表面粗糙度<0.8μm，热膨胀系数为2.0～3.0×10^-6/℃，气密性可满足30分钟内绝对真空下降值≤10kPa。

所述的格栅支撑框架2，其纵向格栅板3与横向格栅板4插接时，相邻纵向或横向格栅板间距为150～300mm，既利于粘接操作，又能为成型板提供稳定支撑，避免成型板使用过程中的变形。

所述的弹性耐温胶层6，优选为硅橡胶，其固化后使用温度≥200℃，其在成型板和格栅板之间起缓冲作用，可减少格栅板对成型板型面精度的影响；耐温环氧胶层8优选为高温环氧结构胶，其固化后使用温度≥200℃，使用时与短切碳纤维按结构胶：碳纤维＝100：(5～20)的比例混合均匀后使用。

所述的共固化阻尼薄膜层P2层数为1～2层，通常1层即可保证成型板的气密性，铺层时设置在上表面预浸料层P1内侧；如气密性要求较高，也可选用2层，铺层时第1层设置在上表面预浸料层P1内侧，第2层有多种铺层方式，典型的铺层方式有两种：第一种与第1层铺放在同侧，但在铺放完第 1层后，先铺几层结构预浸料，然后再铺第2层；第二种铺放在下表面预浸料层P4内侧，在厚度方向上与第1层对称。

本实用新型可通过如下具体方式实施：

成型板1厚度取6mm，材质为碳纤维复合材料；纵向格栅板3和横向格栅板4厚度均取3mm，材质为玻璃纤维复合材料，纵向格栅板3与横向格栅板4插接时，相邻纵向或横向格栅板间距均为200mm。组装时，成型板1与格栅板7间先用硅橡胶进行一次粘接，胶层厚度c＝1mm，固化后再用高温环氧结构胶与短切碳纤维的混合物混合比例100：10涂抹角部进行二次粘接，胶层在角部涂抹成三角形状，最大厚度d＝4mm。纵向格栅板3和横向格栅板4 间直接用高温环氧结构胶与短切碳纤维的混合物混合比例100：10涂抹角部进行粘接，胶层在角部涂抹成三角形状，最大厚度d＝4mm。成型板1为四层复合铺层结构，具体包含上表面预浸料层P1、共固化阻尼薄膜层P2、结构预浸料层P3和下表面预浸料层P4，其中上表面预浸料层P1和下表面预浸料层 P4的树脂含量为40％，共固化阻尼薄膜层P2厚度为0.1mm，结构预浸料层P3 的树脂含量为33％。

Claims (3)

1.一种组装式复合材料成型工装，包括模具体，其特征是，模具体由高分子复合材料的成型板和格栅支撑框架组成，成型板安装在格栅支撑框架外部，格栅支撑框架由纵向格栅板与横向格栅板插接而成，每块格栅板上都加工通气孔；成型板与纵向格栅板及横向格栅板间用弹性耐温的胶层粘接，所述的胶层厚度为0.5～2.0mm，使用环氧胶层在角部涂抹成三角形状，所述的环氧胶层最大厚度为3～5mm；所述的纵向格栅板和横向格栅板之间直接用耐温环氧胶层粘接，耐温环氧胶层在角部涂抹成三角形状，耐温环氧胶层最大厚度为3～5mm。

2.根据权利要求1所述组装式复合材料成型工装，其特征在于所述的成型板为多层复合铺层结构，具体包含上表面预浸料层、共固化阻尼薄膜层、结构预浸料层和下表面预浸料层，共固化阻尼薄膜层为粘弹性高分子材料薄膜，其厚度为0.05～0.2mm。

3.根据权利要求1所述组装式复合材料成型工装，其特征在于所述的格栅支撑框架与纵向格栅板及横向格栅板插接时，相邻纵向或横向格栅板间距为150～300mm。

Images