一種圓柱形復合材料網格結構制備方法
【專利摘要】本發明提供了一種圓柱形復合材料網格結構制備方法，通過泡沫定型，泡沫表面開槽，泡沫開槽凹面處理，網格濕法纏繞，旋轉固化，脫模等步驟，實現一體纏繞、共固化，一次性成型復合材料。本發明采用網格結構濕法纏繞一體成型和網格單元化處理；網格結構濕法連續纏繞，降低成本，提高生產效率。
【專利說明】
一種圓柱形復合材料網格結構制備方法
技術領域
[0001]本發明屬于復合材料工藝制造領域，具體為一種復合材料網格結構的制備方法。
【背景技術】
[0002]復合材料格柵增強結構由加強肋與蒙皮組成，加強肋呈正多邊形網格分布，結構表現各向異性。復合材料格柵結構具有極高的比強度與比剛度性能，且結構穩定性突出。與傳統的復合材料光殼結構、夾芯結構制品相比，通過對復合材料格柵結構參數進行優化更容易實現輕質量、大體積。
[0003]復合材料網格結構通常是薄壁圓筒或圓錐殼，一般由與殼體軸線成一定夾角土Φ的縱向筋和環向筋組成，可應用于火箭整流罩、級間段，飛機機身或太空望遠鏡主體結構等等。
[0004]國內有很多人進行過網格點陣結構方面的研究，大都偏向于試驗研究。例如，關于金子塔點陣圓柱殼、四面體復合材料點陣夾芯板等的制備工藝i，采用預浸料鋪貼、熱壓固化。關于圓柱殼夾芯Kagome點陣制造與測試，采用預浸料鋪貼、纏繞，熱壓固化。關于木模上裝配硅橡膠膜，以濕法纏繞制備玻璃纖維復合材料網格結構。以上所采用預浸料纏繞\鋪貝占，熱壓固化，制造成本高昂，或木模濕法纏繞，制品表面質量較差。上海復合材料科技有限公司發明專利《一種適用于衛星網格狀復合材料承力筒的成型方法》(申請號:201410693176.X)，以高精度數控纏繞機干法纏繞，熱壓共固化。產品質量穩定，但成本高昂O
[0005]眾多的研究者在試制網格圓柱殼實驗時，幾乎都選擇了預浸料作為主實驗原材料，固化方式都是熱壓固化，雖然制品質量穩定，但對原材料和工藝過程都要求嚴格。
【發明內容】
[0006]本發明的目的是提供一種一體纏繞、共固化，一次性成型復合材料網格結構的制造方法。
[0007]本發明提供的技術方案是:
[0008]—種圓柱形纖維復合材料網格結構的制備方法，由以下步驟完成:
[0009]I)泡沫定型:將泡沫貼在模具表面，以60°C?100 °C的熱風軟化泡沫，邊吹熱風邊卷曲泡沫，直至泡沫卷曲至圓柱狀裹在圓柱形模具上，裁剪多余泡沫，耐熱薄膜勒緊固定，放入烘箱，保溫定型；
[0010]2)泡沫表面開槽:按照纏繞網格線型設計路徑，泡沫表面開槽；
[0011 ] 3)泡沫開槽凹面處理:鋪貼脫模布覆蓋整個凹槽；
[0012]4)網格濕法纏繞:模具兩端加銷釘工裝環，按照網格設計線型嚴格布置銷釘環相對位置和絕對位置，銷釘環邊緣密封膠封堵，每個銷釘都用脫模布包裹，纖維浸膠后，按照設計線型編制纏繞程序，調整、控制工作現場溫濕度，配置樹脂，以纏繞機濕法纏繞網格
[0013]5)旋轉固化；
[0014]6)脫模:沿銷釘環切割制品，卸下銷釘環，脫管機脫模。
[0015]—種圓柱形復合材料網格結構的制備方法，包括網格結構和外蒙皮，其特征在于所述制備方法由以下步驟完成:
[0016]I)泡沫定型:將泡沫貼在模具表面，以60°C?100°C的熱風軟化泡沫，邊吹熱風邊卷曲泡沫，直至泡沫卷曲至圓柱狀裹在圓柱形模具上，裁剪多余泡沫，耐熱薄膜勒緊固定，放入烘箱，保溫定型；
[0017]2)泡沫表面開槽:按照纏繞網格線型設計路徑，泡沫表面開槽；
[0018]3)泡沫開槽凹面處理:鋪貼脫模布覆蓋整個凹槽；
[0019]4)網格濕法纏繞:模具兩端加銷釘工裝環，按照網格設計線型嚴格布置銷釘環相對位置和絕對位置，銷釘環邊緣密封膠封堵，每個銷釘都用脫模布包裹，泡沫兩端以密封膠封堵，密封膠封堵高度低于泡沫，纖維浸膠后，按照設計線型編制纏繞程序，調整、控制工作現場溫濕度，配置樹脂，以纏繞機濕法纏繞網格；
[0020]5)外蒙皮濕法纏繞:按照步驟4)的方法按照外蒙皮設計線型以纏繞機對外蒙皮濕法纏繞；
[0021]6)旋轉固化；
[0022]7)脫模:沿銷釘環切割制品，卸下銷釘環，脫管機脫模。
[0023]—種圓柱形復合材料網格結構的制備方法，包括內蒙皮、網格夾芯結構和外蒙皮，所述制備方法由以下步驟完成:
[0024]I)泡沫定型:將泡沫貼在模具表面，以60°C?100 °C的熱風軟化泡沫，邊吹熱風邊卷曲泡沫，直至泡沫卷曲至圓柱狀裹在圓柱形模具上，裁剪多余泡沫，耐熱薄膜勒緊固定，放入烘箱，保溫定型；
[0025]2)內蒙皮濕法纏繞:在內蒙皮表面涂上結構膠，裹上預成型的泡沫，結構膠膠結泡沫，泡沫表面裹上一層聚氨酯薄膜放入烘箱，勒緊，旋轉初固化；
[0026]3)泡沫表面開槽:按照纏繞網格線型設計路徑，泡沫表面開槽；
[0027]4)泡沫開槽凹面處理:鋪貼脫模布覆蓋整個凹槽；
[0028]5)網格濕法纏繞:模具兩端加銷釘工裝環，按照網格設計線型嚴格布置銷釘環相對位置和絕對位置，銷釘環邊緣密封膠封堵，每個銷釘都用脫模布包裹，按照網格設計線型編制纏繞程序，調整、控制工作現場溫濕度，配置樹脂，以纏繞機濕法纏繞網格；
[0029]6)外蒙皮濕法纏繞:按照步驟5)的方法按照外蒙皮設計線型以纏繞機對外蒙皮濕法纏繞；
[0030]7)旋轉固化；
[0031]8)脫模:沿銷釘環切割制品，卸下銷釘環，脫管機脫模。
[0032]所述泡沫為硬質泡沫或輕質泡沫。
[0033]所述泡沫為硬質泡沫為聚氨酯泡沫，輕質泡沫為聚酯泡沫或PET泡沫。
[0034]濕法纏繞所用纖維為碳纖維、玻璃纖維、芳綸纖維中的一種或多種混雜。
[0035]旋轉固化的升溫速率為O?3°C/min，轉速為lr/min-30r/min。
[0036]所述步驟2)中，旋轉初固化的固化制度為:60°C /2h+l00 °C/2h，升溫速率為I °C /min0
[0037]本發明采用網格結構濕法纏繞一體成型和網格單元化處理；網格結構濕法連續纏繞，降低成本，提高生產效率。
【附圖說明】
[0038]圖1是本發明網格結構圖。
[0039]圖2是網格加外蒙皮示意圖。
[0040]圖3是內、夕卜蒙皮不意圖。
[0041]圖4是泡沫單元簡要示意圖一。
[0042I圖5是泡沫單元簡要示意圖二。
[0043]圖6是外蒙皮、網格、夾芯、內蒙皮復合網格結構示意圖一。
[0044]圖7是外蒙皮、網格、夾芯、內蒙皮復合網格結構示意圖二。
【具體實施方式】
[0045]下面結合附圖對本發明作進一步詳細的描述。
[0046]實施例1
[0047]以附圖1結構為示例，僅網格結構而無內外蒙皮，假定成型網格結構制品內徑為138mm，長600mm，厚5mm。以下述制備方法來實施。
[0048]I)清理模具:用抹布蘸丙酮擦拭干凈模具表面，待丙酮揮發干凈后，模具表面涂抹一層薄而均勻的脫模劑，模具晾干30min后待用；
[0049 ] 2) PET泡沫定型:使用直徑為133mm的圓柱模具，選用I Omm厚的PET泡沫，按照制品尺寸裁剪泡沫(留足余量)，使用熱風槍，以60 °C?100°C的熱風軟化泡沫，邊吹熱風邊卷曲泡沫，直至泡沫卷曲至圓柱狀裹在圓柱模具上。裁剪多余泡沫，耐熱薄膜勒緊固定。放入烘箱，120°C保溫2h定型；
[0050]3)泡沫表面CNC開槽:按照纏繞網格線型設計路徑，泡沫表面開槽；
[0051 ] 4)泡沫開槽凹面處理:鋪貼脫模布覆蓋整個凹槽，壓實；
[0052]5)網格濕法纏繞:模具兩端加銷釘工裝環，按照網格設計線型嚴格布置銷釘環相對位置和絕對位置，銷釘環邊緣密封膠封堵，每個銷釘都必須用脫模布包裹，按照設計線型編制纏繞程序，調整、控制工作現場溫濕度，配置樹脂，以5軸高精度纏繞機濕法纏繞網格；
[0053]6)放入烘箱，旋轉固化:固化制度為:100 °C /2h+l 20 °C /6h，即先在100 °C下固化2小時，再在120 °C下固化6小時，旋轉固化的升溫速率為1°C /min，轉速為6r/min;
[0054]7)脫模:沿銷釘環切割制品，卸下銷釘環，脫管機脫模，清除泡沫，制品再后加工處理。
[0055]實施例2
[0056]以附圖2結構為示例，包括網格結構和外蒙皮，假定成型網格結構制品內徑為138mm，長600mm，網格肋厚5mm。采用下述制備方法來實施。
[0057]步驟I)-4)與實施例1完全相同；
[0058]5)網格濕法纏繞:模具兩端加銷釘工裝環，按照網格設計線型嚴格布置銷釘環相對位置和絕對位置，銷釘環邊緣密封膠封堵，每個銷釘都必須用脫模布包裹，泡沫兩端以密封膠封堵，密封膠封堵高度低于泡沫。按照設計線型編制纏繞程序。調整、控制工作現場溫濕度，配置樹脂，以5軸高精度纏繞機濕法纏繞網格；
[0059]6)外蒙皮濕法纏繞:按照步驟5)的方法按照外蒙皮設計線型以纏繞機對外蒙皮濕法纏繞；
[0060]7)放入烘箱，旋轉固化，固化制度為:100 °C/2h+l 20 V /6h。旋轉固化的升溫速率為l°C/min,$f3E^6r/min；
[0061]8)脫模:沿銷釘環切割制品，卸下銷釘環，脫管機脫模，清除泡沫，制品再后加工處理。
[0062]實施例3
[0063]以附圖6、7結構為示例，包括內蒙皮、網格夾芯結構和外蒙皮，假定成型網格結構制品內徑為133mm，內蒙皮5mm，網格肋厚5mm，外蒙皮厚5mm，長600mm。以下述制備方法來實施。
[0064]I)清理模具，用抹布蘸丙酮擦拭干凈模具表面，待丙酮揮發干凈后，模具表面涂抹一層薄而均勻的脫模劑，模具晾干30min后待用；
[0065]2)PET泡沫預定型:按照制品網格尺寸(內徑、外徑、長度)裁剪泡沫(留足余量)。使用熱風槍，以60 °C?100 °C的熱風軟化泡沫，邊吹熱風邊卷曲泡沫，直至泡沫卷曲至圓柱狀裹在圓柱模具上。裁剪多余泡沫，耐熱薄膜勒緊固定。放入烘箱，120°C保溫2h定型。脫下PET圓柱殼，待用。
[0066]3)內蒙皮濕法纏繞:在內蒙皮表面涂上結構膠，裹上預成型的泡沫，結構膠膠結泡沫，泡沫表面裹上一層聚氨酯薄膜放入烘箱，勒緊，旋轉初固化，固化制度為:60/2h+100°C/2h，升溫速率為l°C/min。
[0067]4)泡沫表面CNC開槽:按照纏繞網格線型設計路徑，泡沫表面開5mm凹槽；
[0068]5)泡沫開槽凹面處理:鋪貼脫模布覆蓋整個凹槽，壓實；
[0069]6)網格濕法纏繞:模具兩端加銷釘工裝環，按照網格設計線型嚴格布置銷釘環相對位置和絕對位置。銷釘環邊緣密封膠封堵，每個銷釘都必須用脫模布包裹，按照設計線型編制纏繞程序，調整、控制工作現場溫濕度，配置樹脂，以5軸高精度纏繞機濕法纏繞網格。
[0070]7)外蒙皮濕法纏繞:按照步驟6)的方法按照外蒙皮設計線型以纏繞機對外蒙皮濕法纏繞；
[0071 ] 8)放入烘箱，旋轉固化:固化制度為:100°C/2h+l20 V/6h，旋轉固化的升溫速率為l°C/min,$f3E^6r/min；
[0072]9)脫模:沿銷釘環切割制品，卸下銷釘環，脫管機脫模，制品再后加工處理。
【主權項】
1.一種圓柱形纖維復合材料網格結構的制備方法，其特征在于所述制備方法由以下步驟完成: 1)泡沫定型:將泡沫貼在模具表面，以60°C?100 °C的熱風軟化泡沫，邊吹熱風邊卷曲泡沫，直至泡沫卷曲至圓柱狀裹在圓柱形模具上，裁剪多余泡沫，耐熱薄膜勒緊固定，放入烘箱，保溫定型； 2)泡沫表面開槽:按照纏繞網格線型設計路徑，泡沫表面開槽； 3)泡沫開槽凹面處理:鋪貼脫模布覆蓋整個凹槽； 4)網格濕法纏繞:模具兩端加銷釘工裝環，按照網格設計線型嚴格布置銷釘環相對位置和絕對位置，銷釘環邊緣密封膠封堵，每個銷釘都用脫模布包裹，纖維浸膠后，按照設計線型編制纏繞程序，調整、控制工作現場溫濕度，配置樹脂，以纏繞機濕法纏繞網格 5)旋轉固化； 6)脫模:沿銷釘環切割制品，卸下銷釘環，脫管機脫模。2.—種圓柱形復合材料網格結構的制備方法，包括網格結構和外蒙皮，其特征在于所述制備方法由以下步驟完成: 1)泡沫定型:將泡沫貼在模具表面，以60°C?100 °C的熱風軟化泡沫，邊吹熱風邊卷曲泡沫，直至泡沫卷曲至圓柱狀裹在圓柱形模具上，裁剪多余泡沫，耐熱薄膜勒緊固定，放入烘箱，保溫定型； 2)泡沫表面開槽:按照纏繞網格線型設計路徑，泡沫表面開槽； 3)泡沫開槽凹面處理:鋪貼脫模布覆蓋整個凹槽； 4)網格濕法纏繞:模具兩端加銷釘工裝環，按照網格設計線型嚴格布置銷釘環相對位置和絕對位置，銷釘環邊緣密封膠封堵，每個銷釘都用脫模布包裹，泡沫兩端以密封膠封堵，密封膠封堵高度低于泡沫，纖維浸膠后，按照設計線型編制纏繞程序，調整、控制工作現場溫濕度，配置樹脂，以纏繞機濕法纏繞網格； 5)外蒙皮濕法纏繞:按照步驟4)的方法按照外蒙皮設計線型以纏繞機對外蒙皮濕法纏繞； 6)旋轉固化； 7)脫模:沿銷釘環切割制品，卸下銷釘環，脫管機脫模。3.—種圓柱形復合材料網格結構的制備方法，包括內蒙皮、網格夾芯結構和外蒙皮，其特征在于所述制備方法由以下步驟完成: 1)泡沫定型:將泡沫貼在模具表面，以60°C?100 °C的熱風軟化泡沫，邊吹熱風邊卷曲泡沫，直至泡沫卷曲至圓柱狀裹在圓柱形模具上，裁剪多余泡沫，耐熱薄膜勒緊固定，放入烘箱，保溫定型； 2)內蒙皮濕法纏繞:在內蒙皮表面涂上結構膠，裹上預成型的泡沫，結構膠膠結泡沫，泡沫表面裹上一層聚氨酯薄膜放入烘箱，勒緊，旋轉初固化； 3)泡沫表面開槽:按照纏繞網格線型設計路徑，泡沫表面開槽； 4)泡沫開槽凹面處理:鋪貼脫模布覆蓋整個凹槽； 5)網格濕法纏繞:模具兩端加銷釘工裝環，按照網格設計線型嚴格布置銷釘環相對位置和絕對位置，銷釘環邊緣密封膠封堵，每個銷釘都用脫模布包裹，按照網格設計線型編制纏繞程序，調整、控制工作現場溫濕度，配置樹脂，以纏繞機濕法纏繞網格； 6)外蒙皮濕法纏繞:按照步驟5)的方法按照外蒙皮設計線型以纏繞機對外蒙皮濕法纏繞； 7)旋轉固化； 8)脫模:沿銷釘環切割制品，卸下銷釘環，脫管機脫模。4.根據權利要求1或2或3所述的一種圓柱形復合材料網格結構的制備方法，其特征在于所述泡沫為硬質泡沫或輕質泡沫。5.根據權利要求4所述的一種圓柱形復合材料網格結構的制備方法，所述泡沫為硬質泡沫為聚氨酯泡沫，輕質泡沫為聚酯泡沫或PET泡沫。6.根據權利要求1或2或3所述的一種圓柱形復合材料網格結構的制備方法，其特征在于濕法纏繞所用纖維為碳纖維、玻璃纖維、芳綸纖維中的一種或多種混雜。7.根據權利要求1或2或3所述的一種圓柱形復合材料網格結構的制備方法，其特征在于旋轉固化的升溫速率為O?3°C/min，轉速為lr/min-30r/min。8.根據權利要求3所述的一種圓柱形復合材料網格結構的制備方法，所述步驟2)中，旋轉初固化的固化制度為:60 0C/2h+100 °C/2h，升溫速率為1°C /min。
【文檔編號】B29C67/20GK106079459SQ201610460623
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年6月23日
【發明人】謝昌江, 陳明新, 謝懷勤, 蔡德軍, 梁海波
【申請人】江蘇恒神股份有限公司