一種預(yù)浸漬復合材料異型皺褶芯材的熱壓成形工藝的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了預(yù)浸漬復合材料異型皺褶芯材的熱壓成形工藝，屬于皺褶芯材成形【技術(shù)領(lǐng)域】。采用熱壓成形方法得到預(yù)浸漬復合材料異型皺褶芯材，利用橡膠代替熱壓成形的陰模，簡化熱壓模具設(shè)計。按照預(yù)浸漬復合材料異型皺褶芯材模具制造、將橡膠、預(yù)浸漬復合材料、預(yù)浸漬復合材料異型皺褶芯材模具置于熱壓機壓板上、加熱預(yù)浸漬復合材料、施加壓力、保溫保壓固化的順序得到預(yù)浸漬復合材料異型皺褶芯材。本發(fā)明的效果和益處是利用橡膠的高彈性，代替熱壓成形的陰模，突破了傳統(tǒng)熱壓成形需要陰陽模才能成形構(gòu)件的限制，與此同時，由于橡膠具有高彈性，在合適壓力下可以將預(yù)浸漬復合材料壓入模具型腔，簡化了模具結(jié)構(gòu)，工藝成本低，制造方法簡單可行。
【專利說明】一種預(yù)浸潰復合材料異型皺褶芯材的熱壓成形工藝
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于皺褶芯材成形【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及到一種預(yù)浸漬復合材料異型皺褶芯材的熱壓成形工藝。
【背景技術(shù)】
[0002]皺褶芯材具有隔音、隔震、低密度、高強度等特點，現(xiàn)已被廣泛應(yīng)用于航空和民用領(lǐng)域。典型的皺褶芯材有蜂窩芯材、泡沫芯材、矩形芯材、圓形芯材、異型皺褶芯材等。目前，蜂窩芯材由于比剛度大、強度高的特點，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于制作飛機的翼面和整流罩。然而當飛機高空飛行時，冷凝水會在封閉的蜂窩芯材中緩慢積聚，導致機身質(zhì)量增加以及結(jié)構(gòu)性能降低。異型皺褶型材是指由一個平面沿一定折線折疊形成的三維結(jié)構(gòu)，較常見的異型皺褶型材有V型芯材、M型芯材、U型芯材，他們均具有良好的通氣性、加工連續(xù)性，具有很大的應(yīng)用前景。
[0003]目前異型皺褶芯材的尚處于研宄階段，其成形方法與成形材料多種多樣。其中針對復合材料異型皺褶芯材的加工方法有依靠模具的展開和折疊成形復合材料異型皺褶芯材，其模具是可動的，模具各個單元由圓柱鉸鏈或者彈性板連接，雖然這種成形方法簡單，但模具可動范圍有限，模具設(shè)計制造復雜；用于制造異型皺褶芯材的復合材料包括碳纖維復合材料、玻璃纖維復合材料、芳綸纖維復合材料。復合材料異型皺褶芯材比傳統(tǒng)材料相比，具有如下優(yōu)點:(I)發(fā)揮復合效應(yīng)的優(yōu)越性，復合材料異型皺褶芯材是由各組分材料經(jīng)過復合工藝形成的，但它的性能并不是簡單幾種材料性能相加，而是按復合效應(yīng)形成新的性能；(2)重量輕，剛性大；(3)復合材料的減振性好、不易損壞失效。目前預(yù)浸漬復合材料異型皺褶型材的成形方法都具有一定局限性，如果能找到一種簡單可行、效率高、成本低的成形工藝方法，其應(yīng)用前景將非常很大。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]本發(fā)明的目的是提出一種簡單可行的預(yù)浸漬復合材料異型皺褶芯材制造工藝，在保證預(yù)浸漬復合材料異型皺褶芯材的連續(xù)性和強度要求的同時，降低投資，減少生產(chǎn)成本。
[0005]異型皺褶芯材的幾何形式多種多樣，其中最基本的幾何形式是之字型和V型皺褶芯材，它們均具有凸折線和凹折線。我們將異型皺褶芯材凸折線稱為脊，凹折線稱為谷，而設(shè)計異型皺褶型材模具不允許尖角，需要對脊和谷進行倒角，與此同時，由于成形塑料片材時，塑料片材不容易填充模具上的谷，因此在谷中設(shè)計抽氣孔保證成形質(zhì)量，抽氣孔的數(shù)量按照吸塑模具設(shè)計手冊設(shè)計。
[0006]本發(fā)明提供了一種預(yù)浸漬復合材料異型皺褶芯材的熱壓成形工藝，具體步驟如下:
[0007](I)預(yù)浸漬復合材料異型皺褶芯材模具制造
[0008]根據(jù)異型皺褶芯材的結(jié)構(gòu)設(shè)計異型皺褶芯材的模具，采用數(shù)控加工中心加工出異型皺褶芯材模具。在成形過程中，異型皺褶芯材模具需要承受很大壓力，因此可以考慮使用熱處理提高它的力學性能。采用金屬為異型皺褶芯材模具的材料。
[0009](2)按照橡膠、預(yù)浸漬復合材料、異型皺褶芯材模具從上到下的順序?qū)⑵渲糜跓釅簷C的壓板上，利用緊扣件對異型皺褶芯材模具進行固定，防止擠壓過程中模具移動。橡膠的厚度大于異型皺褶芯材的谷和脊的高度差。
[0010](3)加熱預(yù)浸漬復合材料
[0011]根據(jù)預(yù)浸漬復合材料的固化曲線確定出預(yù)浸漬復合材料的固化溫度?？刂茻釅簷C壓板和頂板溫度為預(yù)浸漬復合材料的固化溫度，壓板和頂板通過熱傳導使橡膠、預(yù)浸漬復合材料、異型皺褶芯材模具均升溫至預(yù)浸漬復合材料的固化溫度，保溫不少于5分鐘。
[0012]⑷施加壓力
[0013]通過熱壓機壓板上升給橡膠、預(yù)浸漬復合材料和異型皺褶芯材模具三者施加合適壓力，壓力大小需根據(jù)橡膠硬度和預(yù)浸漬復合材料的延展性來確定，一般宜選用硬度低的橡膠和延展性好的預(yù)浸漬復合材料作為原材料。
[0014](5)保溫保壓固化
[0015]根據(jù)使用的預(yù)浸漬復合材料的固化曲線，持續(xù)步驟(3)中的固化溫度和步驟(4)中的壓力lh-1oh，待預(yù)浸漬復合材料固化完成，取出預(yù)浸漬復合材料，得到所需的預(yù)浸漬復合材料異型皺褶芯材。
[0016]本發(fā)明的有益效果是:(1)利用橡膠的高彈性，代替熱壓成形的上模，突破了傳統(tǒng)熱壓成形需要陰模和陽模才能成形構(gòu)件的限制；(2)由于橡膠具有高彈性，在合適壓力下將預(yù)浸漬復合材料壓入模具型腔，簡化了模具結(jié)構(gòu)，工藝成本低，制造方法簡單可行。本發(fā)明的主要特點是通過熱壓成形，簡單有效的成形預(yù)浸漬復合材料異型皺褶芯材。將橡膠、預(yù)浸漬復合材料、模具置于熱壓機壓板上，其中橡膠的作用是作為一種可變形的軟模具，將復合材料擠壓入模具型腔中。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0017]附圖是本發(fā)明預(yù)浸漬復合材料異型皺褶芯材的熱壓成形工藝的流程圖。
【具體實施方式】
[0018]以下結(jié)合技術(shù)方案和附圖詳細敘述本發(fā)明的具體實施例。
[0019]本發(fā)明通過熱壓成形得到碳纖維復合材料V型皺褶芯材，其過程是將橡膠、預(yù)浸漬復合材料、模具置于熱壓機壓板上，加熱預(yù)浸漬復合材料，擠壓，保溫保壓固化得到碳纖維復合材料V型皺褶芯材，具體實施步驟如下:
[0020](I)設(shè)計出V型皺褶芯材模具的三維形狀，選擇25X25X2cm的鋁合金毛坯，確定好各工序后在數(shù)控加工中心上加工出V型皺褶芯材模具。
[0021](2)由于本實施例中所采用的熱壓機最大壓力為50000N，經(jīng)過反復試驗得出該熱壓機成形復合材料的尺寸不能超過15cmX 15cm。為了得到成形質(zhì)量高的制品，在本實施例中切割出1X 1cm的碳纖維預(yù)浸漬復合材料以及15cmX 15cm的橡膠。疊加橡膠、碳纖維預(yù)浸漬復合材料、模具時，需要在橡膠和碳纖維預(yù)浸漬復合材料之間以及模具與碳纖維預(yù)浸漬復合材料之間鋪一層的錫箔紙，方便脫模。然后將模具、復合材料、橡膠按照橡膠、碳纖維預(yù)浸漬復合材料、V型皺褶芯材模具從上到下疊加置于熱壓機壓板上，利用緊扣件對V型皺褶芯材模具進行固定，防止擠壓過程中移動。
[0022](3)控制熱壓機壓板和頂板溫度在80°C左右，逐步加熱熱壓機上的物體，直至橡膠、碳纖維預(yù)浸漬復合材料、V型皺褶芯材模具均達到碳纖維預(yù)浸漬復合材料的固化溫度80 °C，整體保溫5分鐘。
[0023](4)通過熱壓機壓板和頂板給橡膠和模具施加壓力，壓力大小根據(jù)中間碳纖維預(yù)浸漬復合材料的尺寸以及它的軟化程度來確定，本實施例施加的壓力為40000N左右。
[0024](5)保壓8h之后碳纖維預(yù)浸漬復合材料固化完成，卸去壓力，取出預(yù)浸漬復合材料，即可得到所需的碳纖維預(yù)浸漬復合材料V型皺褶芯材。
【權(quán)利要求】
1.一種預(yù)浸漬復合材料異型皺褶芯材的熱壓成形工藝，其特征在于步驟如下: (1)預(yù)浸漬復合材料異型皺褶芯材模具制造 根據(jù)異型皺褶芯材的結(jié)構(gòu)設(shè)計異型皺褶芯材的模具，加工出異型皺褶芯材模具； (2)按照橡膠、預(yù)浸漬復合材料、異型皺褶芯材模具從上到下的順序?qū)⑵渲糜跓釅簷C的壓板上，利用緊扣件對異型皺褶芯材模具進行固定，防止擠壓過程中模具移動； (3)加熱預(yù)浸漬復合材料 根據(jù)預(yù)浸漬復合材料的固化曲線確定出預(yù)浸漬復合材料的固化溫度；控制熱壓機壓板和頂板溫度為預(yù)浸漬復合材料的固化溫度，壓板和頂板通過熱傳導使橡膠、預(yù)浸漬復合材料、異型皺褶芯材模具均升溫至預(yù)浸漬復合材料的固化溫度，保溫不少于5分鐘； (4)施加壓力 通過熱壓機壓板上升給橡膠、預(yù)浸漬復合材料和異型皺褶芯材模具三者施加合適壓力，壓力大小需根據(jù)橡膠硬度和預(yù)浸漬復合材料的延展性來確定； (5)保溫保壓固化 根據(jù)使用的預(yù)浸漬復合材料的固化曲線，持續(xù)步驟(3)中的固化溫度和步驟中的(4)的壓力lh-10h，待預(yù)浸漬復合材料固化完成，取出預(yù)浸漬復合材料，得到所需的預(yù)浸漬復合材料異型皺褶芯材。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱壓成形工藝，其特征在于，所述的橡膠厚度大于異型皺褶芯材的谷和脊的高度差。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的熱壓成形工藝，其特征在于，所述的異型皺褶芯材模具的材料為金屬。
【文檔編號】B29C51/26GK104476759SQ201410582503
【公開日】2015年4月1日 申請日期:2014年10月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月27日
【發(fā)明者】趙丹陽, 李玉杰, 郭純方, 王海瑞, 王敏杰 申請人:大連理工大學