导气板及制备方法和包含其的加筋壁板的固化成型方法与流程

本发明涉及复合材料成型技术领域，特别涉及一种导气板及制备方法和包含其的加筋壁板的固化成型方法。

背景技术：

非热压罐固化(non-autoclave或vacuum-bag-only-curable)，也叫热压罐外固化(out-of-autoclave)，最早于20世纪90年代提出，此后欧洲和美国投入了大量精力用于研究非热压罐固化预浸料复合材料技术。

相对于传统的热压罐固化技术，非热压罐固化技术在降低成本以及工艺简化方面具有明显优势，非热压罐固化预浸料体系在烘箱内即可加热固化，大大节省了设备费用；而且采用烘箱固化时，固化工艺制度简单，只需要控制温度和真空度水平(一般非热压罐固化预浸料固化过程中都采用满真空)；烘箱的形状和尺寸更容易按零件大小要求定制，适合大型零件整体化成型。因此，低成本的非热压罐固化预浸料复合材料技术在最近10年得到了快速发展。非热压罐固化技术是目前民机复合材料最具发展前景的低成本制造技术之一。

工艺的特殊性决定了材料的特殊性，非热压罐预浸料材料与传统预浸料材料不同，一般属于半浸渍状态，即树脂部分浸渍纤维，在加热软化后逐渐完全浸渍纤维并固化。

非热压罐预浸料固化技术中成型工艺的控制对于复合材料的成型质量有很大影响，必须实现在一个大气压的工艺压力下，降低复合材料的孔隙含量，控制好树脂凝胶前空气或挥发份的排除通道。

目前非热压罐预浸料固化工艺中常采用的布置透气通道的方法是在层合板四周边缘放置导气丝或者导气玻璃纤维布，使得预浸料间排除的气体沿导气丝或导气纤维布排出，以获得优异的成型质量。

在实现本发明的过程中，发明人发现至少存在如下问题：

目前非热压罐预浸料成型技术中所采用的透气通的设计方法包含两种，一是在层合板四周每层预浸料边缘放置导气丝(如图1(a)所示)，二是在铺覆好的层合板四周放置玻璃纤维布(如图1(b)所示)。该方法在成型复合材料层合板时效果显著，也是目前非热压罐预浸料供应商推荐的主要方法。而该方法的局限性在于仅适用于复合材料层合板的非热压罐预浸料成型，如蒙皮结构。对于整体成型的加筋壁板结构中，如t型、帽型及工字型等结构，筋条处铺层复杂，r角处易出现大量孔隙，影响结构件力学性能。采用非热压罐预浸料技术整体成型加筋壁板结构时，筋条处的通道设计难以实现。如图2(a)和图2(b)所示的结构中，预成型后的筋条与蒙皮整体固化时，位置a、b边缘处难以设计类似的透气通道。因为层合板周围放置的导气丝或导气玻璃布都需脱模后加工切边去除，而筋条处由于结构复杂，加工深度难以控制，易对蒙皮造成损伤，因此难以加工切边。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种采用多孔硬质多孔材料制成的导气板及制备方法和包含其的加筋壁板的固化成型方法，能够在加筋壁板整体成型后将硬质多孔材料脱出，筋条边缘无需加工切边。

根据本发明实施例的一个方面，提供一种加筋壁板导气板的制备方法，包括：采用硬质多孔材料制作毛坯导气板，所述毛坯导气板上设置有与筋条底面形状相匹配的孔；在所述毛坯导气板上打盲孔，得到导气板。

进一步，在所述毛坯导气板上打盲孔的步骤包括：按照预设的打孔深度和打孔密度，在所述毛坯导气板的上表面打盲孔。

进一步，预设的打孔深度和预设的打孔密度设置预定盲孔参数，具有该预定盲孔参数的导气板产生的纵向压力不大于其的纵向承压力。

进一步，硬质多孔材料采用泡沫金属、硬质开孔泡沫或使用3d打印制备的多开孔材料。

进一步，导气板上设置的多个盲孔的孔深度为导气板厚度的3/5-4/5。

进一步，导气板上设置的多个盲孔的孔密度为25-64个/m²。

根据本发明实施例的另一个方面，提供一种利用上述任一种加筋壁板导气板的制备方法制备的导气板。

进一步，导气板上设置的多个盲孔的孔深度为导气板厚度的3/5-4/5。

进一步，导气板上设置的多个盲孔的孔密度为25-64个/m²。根据本发明实施例的又一方面，还提供一种加筋壁板的固化成型方法，固化成型方法包括：利用上述任一种导气板制备方法制备导气板；对导气板涂抹脱模剂；将涂抹了脱模剂的导气板放置于加筋壁板上，进行真空封装并加热固化成型。

根据本发明实施例的又一方面，还提供一种具有曲率的加筋壁板的固化成型方法，该固化成型方法包括：利用上述任一种导气板的制备方法制备导气板；对导气板进行加热，加热温度为50-60℃；对导气板涂抹脱模剂；将涂抹了脱模剂的导气板放置于加筋壁板上，进行真空封装并加热固化成型。

进一步，对导气板涂抹脱模剂的步骤包括：在导气板的上、下表面和与筋条接触的部分涂抹脱模剂。

进一步，在将涂抹了脱模剂的导气板放置于加筋壁板上之前，还包括：按照预设的树脂厚度，在导气板的下表面固化一层树脂。

本发明实施例采用多孔的硬质多孔材料作为加筋壁板上筋条边缘处的透气通道，将采用硬质多孔材料制备好的导气板布置在筋条之间，通过连通筋条边缘与外界透气毡辅助材料实现透气通道设计，加筋壁板整体成型后可将硬质多孔材料脱出，筋条边缘无需加工切边。

附图说明

图1(a)是现有技术中使用导气丝做透气通道的层合板的结构示意图；

图1(b)是现有技术中使用导气玻璃布做透气通道的层合板的结构示意图；

图2(a)是现有技术中t型筋条的结构示意图；

图2(b)是现有技术中帽型筋条的结构示意图；

图3是本发明实施例的一种加筋壁板导气板的制备方法的流程图；

图4是本发明实施例中具有导气板的加筋壁板的结构示意图；

图5是本发明实施例中具有导气板的加筋壁板的侧视图；

图6是本发明实施例一种加筋壁板的固化成型方法的流程图；

图7是本发明实施例一种具有曲率的加筋壁板的固化成型方法的流程示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。

图3显示了本发明实施例一的加筋壁板导气板的制备方法的流程图。

如图3所示，在本发明实施例中，加筋壁板导气板的制备方法包括以下步骤s10和s11：

s10，采用硬质多孔材料制作毛坯导气板，毛坯导气板上设置有与筋条底面形状相匹配的孔。

其中，硬质多孔材料可采用商用泡沫金属、硬质开孔泡沫或使用3d打印制备的多开孔材料等，例如：泡沫镍、硬质聚氨酯开孔泡沫等。

由于筋条本身形状复杂，硬质材料难以加工成筋条形状，且最后脱模也很困难，易伤害成型制件，因此，将毛坯导气板上的孔设置为与筋条底面形状相匹配，能够实现脱模容易，不会伤害成型制件的技术效果。

本发明中采用的硬质多孔材料需具有一定刚性，以对筋条铺放起到一定的定位作用，同时，在一个大气压下，硬质多孔材料不会塌陷。

在一个具体的实施例中，如图4、图5所示，层合板1上铺设有多个筋条2，由于筋条2处的通道设计难以实现，如果在层合板周围放置导气丝或导气玻璃布进行透气，而在固化成型脱模后，需将这些导气丝或导气玻璃布切边去除，但如果层合板上有筋条，则由于筋条处结构复杂，无法实现加工切边。发明人在实现本发明的过程中，发现硬质多孔材料本身就具有许多细小的微孔，可以作为透气通道的设计材料，因此，将硬质多孔材料加工成图4中的毛坯导气板3的形状，即毛坯导气板3的形状为层合板1上除去多个筋条2之外的部分。

s11，在毛坯导气板上打盲孔，得到导气板。

在通过步骤s10的方法制得毛坯导气板之后，还需要在毛坯导气板上打多个盲孔，这些盲孔的设置能够使得筋条上的预浸料排出的气体从导气板上表面的盲孔中抽出，优选地，这些上表面的盲孔通道越多越好。

可选地，盲孔的形状可以是圆形、三角形或者多边形各种形状，本发明不以此为限。

具体地，步骤s11中在打盲孔时，需按照预设的打孔深度和打孔密度进行打孔，预设的打孔深度和预设的打孔密度设置预定盲孔参数，具有该预定盲孔参数的导气板产生的纵向压力不大于其的纵向承压力。以保证在打孔后，整个导气板的纵向压力能够保证不超过其纵向承压力，导气板不会坍塌。

导气板的纵向承压与打孔深度、打孔密度的关系如下：

其中，pmax为导气板材料允许承受的最大压力。t为打孔深度。d为导气板厚度。ρ为打孔密度，为单位面积上的孔数量。s为孔面积，在工艺允许条件下，孔面积越小越好。

优选地，还可以是在硬质多孔材料上表面均匀打孔，孔深度需确保毛坯导气板的下表面完好，孔密度较小，以确保导气板在固化成型过程中的纵向承压。

本发明采用多孔的硬质多孔材料作为加筋壁板上筋条边缘处的透气通道，将采用硬质多孔材料制备好的导气板布置在筋条之间，通过连通筋条边缘与外界透气毡辅助材料实现透气通道设计，加筋壁板整体成型后可将硬质多孔材料材料脱出，筋条边缘无需加工切边。

本发明实施例还提供一种按照上述制备方法制备的导气板，导气板上盲孔的孔深度为导气板厚度的3/5-4/5。孔密度为25-64个/m²，这样的孔深度和孔密度能够正好保证在打孔后，整个导气板的纵向压力能够保证不超过其纵向承压力，导气板不会坍塌。孔密度可根据材料强度和工艺要求调整，在满足压力、孔密度和深度的关系下，增大孔密度和孔深度都有利于预浸料层间气体的排出，而导气板材料压缩强度越大，筋条的缘条厚度也越大。

如图6所示，一种加筋壁板的固化成型方法，包括：

s20，利用一种加筋壁板导气板的制备方法制备导气板。

s21，对导气板涂抹脱模剂。

s22，将涂抹了脱模剂的导气板放置于加筋壁板上，进行真空封装并加热固化成型。

具体地，是在将制备好的导气板放置在浅灰色区域后，再将整体试验件安装好其他定位装置等后进行真空封装，再加热固化成型。

优选地，对导气板涂抹脱模剂的步骤包括：在导气板的上、下表面和与筋条接触的部分涂抹脱模剂，便于成型后脱模。

优选地，如需下表面光洁，在将涂抹了脱模剂的导气板放置于加筋壁板上之前，还包括：按照预设的树脂厚度，在导气板的下表面固化一层树脂，进一步优选地，只需是一层薄树脂即可，不会增加导气板厚度，而影响工艺。

进一步地，由于导气板具有一定的柔度，在成型曲率壁板时，可将加工打孔后的导气板加热变形成制件曲率，再完成预浸料铺贴固化成型。这种导气板可用于大曲率加筋壁板的固化成型中。

本发明实施例还提供一种具有曲率的加筋壁板的固化成型方法，如图7所示，该固化成型方法包括：

s30，利用一种导气板的制备方法制备导气板。

s31，对导气板进行加热，加热温度为50-60℃。

s32，对导气板涂抹脱模剂。

s33，将涂抹了脱模剂的导气板放置于加筋壁板上，进行真空封装并加热固化成型。

其中，对导气板进行加热的步骤包括：

将导气板固定在与筋条壁板制件曲率半径一致的硬质模具上，导气板上表面施加真空压力进行定型，预加热可在固化炉中进行预加热定型。

本发明实施例是针对适用于大曲率加筋壁板的导气板与其共同固化的情况，通过对导气板进行预先加热使其定型，从而预先使导气板具有一定曲率，有利于大曲率蒙皮与筋条共同固化成型。

本发明上述实施例中详述的导气板可以用于非热压罐预浸料成型技术中，也可以用于其他的需要导气，但由于筋条等类似部件结构复杂使得导气丝和导气玻璃布无法使用的技术领域，例如热压罐工艺在筋条和蒙皮共固化成型时的导气通道布置，热压罐工艺“干蒙皮+湿长桁”或“湿蒙皮+干长桁”成型时定位板和导气通道。

应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。