本發(fā)明屬于復(fù)合材料，具體涉及一種熱固性樹脂基復(fù)合材料加強(qiáng)筋成型用模具及加強(qiáng)筋的制備方法。

背景技術(shù)：

1、熱固性樹脂基纖維增強(qiáng)復(fù)合材料具有比模量高、拉伸強(qiáng)度大、質(zhì)輕的特點(diǎn)，近些年來受到航空航天領(lǐng)域越來越廣泛的關(guān)注。以碳纖維增強(qiáng)雙馬樹脂為代表的一類先進(jìn)熱固性復(fù)合材料越來越多地應(yīng)用到航空領(lǐng)域的主/次承力構(gòu)件上。復(fù)合材料加強(qiáng)筋構(gòu)件是一種在工程中廣泛應(yīng)用的結(jié)構(gòu)，它結(jié)合了復(fù)合材料的優(yōu)異性能與加強(qiáng)筋的增強(qiáng)作用，為各種結(jié)構(gòu)提供了更高的承載能力和穩(wěn)定性。復(fù)合材料加強(qiáng)筋構(gòu)件通常以特定形狀(如t型、i型、帽型、l型等)嵌入或附著在復(fù)合材料基體中，以增強(qiáng)整體結(jié)構(gòu)的剛度和強(qiáng)度。

2、現(xiàn)有的熱固性復(fù)合材料加強(qiáng)筋構(gòu)件多采用熱壓罐工藝固化，利用熱壓罐中填充氣體實(shí)現(xiàn)多維度的加壓設(shè)計(jì)，工藝過程為在模具陽模表面鋪覆“c”形、“l(fā)”形結(jié)構(gòu)件預(yù)制體，再通過工裝將“c”形、“l(fā)”形結(jié)構(gòu)件預(yù)制體組合成工字型結(jié)構(gòu)件預(yù)制體，再在預(yù)制體表面包覆真空袋、吸膠材料、多孔膜等輔助材料，陽模多為軟模受熱膨脹為樹脂固化提供一定的壓力。公開號(hào)為cn108973159a的中國專利文獻(xiàn)公開了一種復(fù)合材料工字型長桁成型工藝，其提供的是一種在熱壓罐中進(jìn)行的針對熱固性材料的熱壓固化模具與固化工藝。熱壓罐中利用所填充氣體的壓力對復(fù)合材料形成均勻壓力，因而熱壓罐中能輕松實(shí)現(xiàn)對復(fù)合材料工字型長桁的成型，但熱壓罐設(shè)備價(jià)格昂貴，其成型成本高，且成型工藝較復(fù)雜，費(fèi)時(shí)費(fèi)工，較難滿足產(chǎn)業(yè)化要求。并且，熱壓罐固化產(chǎn)品表面為真空輔助材料，制備材料外形精度差，陽模為軟模產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)尺寸可控性低，且生產(chǎn)的產(chǎn)品都需要進(jìn)行二次加工方可使用，增加生產(chǎn)成本，延長產(chǎn)品的生產(chǎn)周期；目前有些耐高溫樹脂(聚酰亞胺基樹脂)的固化溫度在400℃以上，熱壓罐對于這些樹脂的固化能力有限。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明解決的技術(shù)問題是提供一種熱固性樹脂基復(fù)合材料加強(qiáng)筋成型用模具及加強(qiáng)筋的制備方法，利用金屬模具多維度加壓，閉模凈尺寸成型，所生產(chǎn)的加強(qiáng)筋結(jié)構(gòu)尺寸穩(wěn)定性好，降低加強(qiáng)筋結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)品的生產(chǎn)效率。

2、為了解決上述問題，本發(fā)明的一個(gè)方面提供一種熱固性樹脂基復(fù)合材料加強(qiáng)筋成型用模具包括：

3、底座；所述底座上設(shè)有凹槽；

4、模具凸塊，所述模具凸塊設(shè)于所述凹槽中；

5、模具組，所述模具組位于所述模具凸塊上方，所述模具組設(shè)有底部敞口的內(nèi)腔，所述模具組的內(nèi)腔與所述模具凸塊的上表面拼合后，圍成適于加強(qiáng)筋成型的型腔；

6、第一壓塊，所述第一壓塊位于所述模具組與所述模具凸塊的一側(cè)，且可插入所述凹槽與所述模具凸塊之間的間隙中；所述第一壓塊插入所述凹槽與所述模具凸塊之間的間隙中時(shí)，通過所述凹槽對所述第一壓塊的作用，使所述第一壓塊向所述模具組的側(cè)面施加壓力；所述凹槽在所述第一壓塊插入處頂部邊緣設(shè)有傾角；

7、第二壓塊，所述第二壓塊位于所述模具組與所述模具凸塊的另一側(cè)，且可插入所述凹槽與所述模具凸塊之間的間隙中；所述第二壓塊插入所述凹槽與所述模具凸塊之間的間隙中時(shí)，通過所述凹槽對所述第二壓塊的作用，使所述第二壓塊向所述模具組的側(cè)面施加壓力；所述凹槽在所述第一壓塊插入處頂部邊緣設(shè)有傾角；

8、所述第一壓塊、所述第二壓塊、所述模具凸塊、所述模具組之間通過緊固件固定。

9、優(yōu)選地，所述加強(qiáng)筋包括腹板、突緣、第一側(cè)板和第二側(cè)板；所述突緣位于所述腹板的底部，且垂直于所述腹板，所述第一側(cè)板設(shè)于所述腹板的一端的端部，所述第二側(cè)板設(shè)于所述腹板的另一端的端部；

10、所述模具凸塊的頂部設(shè)有與所述突緣的底面相匹配的成型面；

11、所述模具組包括：

12、第一腹板模具，位于所述模具凸塊上方一側(cè)，所述第一腹板模具的底部、內(nèi)側(cè)分別設(shè)有與所述突緣的一側(cè)頂面、所述腹板的一側(cè)側(cè)面相匹配的成型面，所述第一腹板模具的兩端分別設(shè)有與所述第一側(cè)板、所述第二側(cè)板的內(nèi)側(cè)面相匹配的成型面；

13、第二腹板模具，位于所述模具凸塊上方另一側(cè)，所述第二腹板模具的底部、內(nèi)側(cè)分別設(shè)有與所述突緣的另一側(cè)頂面、所述腹板的另一側(cè)側(cè)面、所述腹板的頂面相匹配的成型面，所述第二腹板模具的兩端分別設(shè)有與所述第一側(cè)板、所述第二側(cè)板的內(nèi)側(cè)面相匹配的成型面；

14、第一側(cè)板模具，設(shè)有與所述第一側(cè)板的外側(cè)面相匹配的成型面；

15、第二側(cè)板模具，設(shè)有與所述第二側(cè)板的外側(cè)面相匹配的成型面；

16、所述第一腹板模具、所述第二腹板模具、所述第一壓塊、所述第二壓塊、所述第一側(cè)板模具、所述第二側(cè)板模具、所述模具凸塊之間通過緊固件固定。

17、優(yōu)選地，所述第一壓塊與所述第一腹板模具通過第一緊固螺釘連接并緊固；所述第二壓塊與所述第二腹板模具通過第二緊固螺釘連接并緊固；所述第一壓塊、所述第一腹板模具、所述第二腹板模具、所述第二壓塊還通過貫穿的第三緊固螺釘連接并緊固；

18、所述第一壓塊、所述模具凸塊、所述第二壓塊通過貫穿的第四緊固螺釘連接并緊固；

19、所述第一壓塊、所述第二壓塊的底部與所述凹槽的底部通過第五緊固螺釘連接并緊固；

20、所述第一側(cè)板模具與所述第一壓塊、所述第二壓塊通過第六緊固螺釘連接并緊固；所述第二側(cè)板模具與所述第一壓塊、所述第二壓塊通過第七緊固螺釘連接并緊固。

21、優(yōu)選地，所述傾角的角度為1～10°。

22、優(yōu)選地，所述加強(qiáng)筋為負(fù)曲率加強(qiáng)筋；

23、所述第一腹板模具包括由一端至另一端依次設(shè)置的第一分瓣、第二分瓣和第三分瓣；所述第一分瓣與所述第二分瓣之間通過第八緊固螺釘連接；所述第三分瓣與所述第二分瓣之間通過第九緊固螺釘連接；

24、所述第二腹板模具包括由一端至另一端依次設(shè)置的第四分瓣、第五分瓣和第六分瓣；所述第四分瓣與所述第五分瓣之間通過第十緊固螺釘連接；所述第六分瓣與所述第五分瓣之間通過第十一緊固螺釘連接。

25、本發(fā)明的另一方面提供一種熱固性樹脂基復(fù)合材料加強(qiáng)筋閉模凈尺寸成型的制備方法，包括以下步驟：

26、s1.利用上述的熱固性樹脂基復(fù)合材料加強(qiáng)筋成型用模具，將熱固性樹脂基預(yù)浸料鋪覆于所述模具的型腔中；

27、s2.將所述熱固性樹脂基預(yù)浸料于型腔中預(yù)固化，使其被預(yù)壓實(shí)；

28、s3.將所述第一壓塊、所述第二壓塊分別設(shè)置在所述模具組與所述模具凸塊的兩側(cè)，并與所述模具組、所述模具凸塊緊固，利用壓機(jī)由上至下加壓，同時(shí)進(jìn)行升溫固化。

29、優(yōu)選地，步驟s1具體包括：

30、s101.在第一腹板模具的底面、側(cè)面和兩端鋪覆熱固性樹脂基預(yù)浸料，得到縱截面為l形的第一預(yù)制體；

31、s102.在第二腹板模具的底面、側(cè)面和兩端鋪覆熱固性樹脂基預(yù)浸料，得到縱截面為l形的第二預(yù)制體；

32、s103.將第一腹板模具、第二腹板模具設(shè)于所述模具凸塊上，將所述第一預(yù)制體、所述第二預(yù)制體拼合，并在拼接面上鋪覆蒙皮。

33、優(yōu)選地，步驟s2中，預(yù)固化的條件為以60～90℃/h的升溫速率升溫至60℃～120℃；然后于0.3～1mpa的壓力下保溫0.5～2h；

34、步驟s3中，升溫固化的條件為以20～80℃/h的升溫速率升溫至110℃～280℃；然后于0.3～5mpa的壓力下保溫1～6h。

35、優(yōu)選地，步驟s3具體包括：

36、s301.將第一壓塊、第二壓塊分別設(shè)置在第一腹板模具、第二腹板模具外側(cè)，將所述第一壓塊與所述第一腹板模具通過第三緊固螺釘連接并緊固；將所述第二壓塊與所述第二腹板模具通過第四緊固螺釘連接并緊固；螺釘?shù)臄Q緊力矩為15～30n·m；

37、s302.將所述第一壓塊、所述模具凸塊、所述第二壓塊通過貫穿的第一緊固螺釘連接并緊固；將所述第一壓塊、所述第一腹板模具、所述第二腹板模具、所述第二壓塊通過貫穿的第七緊固螺釘連接并緊固；螺釘?shù)臄Q緊力矩為15～30n·m；

38、s303.將所述第一壓塊、所述第二壓塊的底部與所述凹槽的底部通過第二緊固螺釘連接并緊固；螺釘?shù)臄Q緊力矩為15～30n·m；

39、s304.將所述第一側(cè)板模具與所述第一壓塊、所述第二壓塊通過第五緊固螺釘連接并緊固；將所述第二側(cè)板模具與所述第一壓塊、所述第二壓塊通過第六緊固螺釘連接并緊固；螺釘?shù)臄Q緊力矩為15～30n·m；

40、s305.利用壓機(jī)由上至下加壓，同時(shí)進(jìn)行升溫固化。

41、優(yōu)選地，步驟s1中，熱固性樹脂基預(yù)浸料的鋪覆采用準(zhǔn)各向同性鋪層[+45°/0°/-45°/90°/-45°/0°/+45°]n方式鋪層，其中n為自然數(shù)；

42、所述熱固性樹脂基預(yù)浸料中增強(qiáng)纖維為連續(xù)纖維；所述熱固性樹脂基預(yù)浸料中樹脂的質(zhì)量含量為20～43％；預(yù)浸料的單層厚度為0.02～0.35mm；揮發(fā)物的含量為2.5～5％；增強(qiáng)纖維的面密度為100～380g/m3；增強(qiáng)材料的形式為單向帶結(jié)構(gòu)、平紋、斜紋織物中的至少一種。

43、本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下有益效果：

44、本發(fā)明的熱固性樹脂基復(fù)合材料加強(qiáng)筋成型用模具及加強(qiáng)筋的制備方法，可對熱固性樹脂基復(fù)合材料加強(qiáng)筋進(jìn)行閉模凈尺寸成型，所使用的模具組及壓塊可均采用金屬模具，與熱壓罐通過真空輔助材料、軟模等輔助成型，制備材料外形精度差，需要二次加工相比，本技術(shù)的模具通過閉模凈尺寸成型，所生產(chǎn)的加強(qiáng)筋結(jié)構(gòu)尺寸穩(wěn)定性好，無需進(jìn)行二次加工；并且加強(qiáng)筋結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)成本降低，生產(chǎn)效率提高；閉模成型是利用溫控設(shè)備對模具進(jìn)行加熱，無固化溫度限制，閉模成型工藝固化樹脂基體的范圍更加廣泛，拓寬碳纖維復(fù)合工字形加強(qiáng)筋結(jié)構(gòu)件的使用溫度范圍，有利于該類型結(jié)構(gòu)在航空航天領(lǐng)域更加廣泛的應(yīng)用；第一壓塊、第二壓塊插入凹槽時(shí)，由于凹槽頂部邊緣設(shè)置的傾角，對壓塊的插入具有一定的導(dǎo)向作用及傾斜的力的作用，一方面使得裝模操作更容易，另一方面傾角對壓塊施加的力可分解出水平作用力，在該力作用下壓塊向模具組及預(yù)浸料的側(cè)邊施壓，進(jìn)一步使預(yù)浸料壓實(shí)。