蜂窝夹芯超混杂复合材料非封闭壳体结构残余热应力消除工艺的制作方法

本发明属于材料加工领域，具体涉及一种蜂窝夹芯超混杂复合材料非封闭壳体结构残余热应力的消除工艺。

背景技术：

以纸质蜂窝为芯材两外表面为复合材料（frp）所构成超混杂复合材料结构，兼具大幅度提高结构力学抗弯刚度和大幅减重的双效增益。但此类非封闭（也称c型）壳体由于纤维和树脂基体，以及frp制件与模具的热膨胀系数都不同，制件由固化成型的最高温度降至环境温度，壳体内外表面部位各自的温差δt也不同。这都导致收缩变形不同，而变形却受约束不自由，于是便产生了残余热应力。脱模后，力平衡破坏，残余热应力释放，致使非封闭壳体发生径向唯独的收缩变形。满足不了装配技术指标要求。这是国内外复合材料行业共识的问题。本发明根据此类构件固化成型残余热应力导致翘曲变形机理，旨在通过成型过程控制，达到消除结构残余热应力，控制变形的目的。

上述存在的问题在蜂窝夹芯超混杂复合材料非封闭壳体结构残余热应力消除工艺方面应当予以考虑，并需要解决的实际问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供蜂窝夹芯超混杂复合材料非封闭壳体结构残余热应力消除工艺，具体的技术解决方案是：

一种蜂窝夹芯超混杂复合材料非封闭壳体结构残余热应力消除工艺，其特征在于：调控制件固化制度的降温速率，对固化最高温度至环境温度的全程降温速率进行分段调控；

第一阶段：从固化最高温度t0降温至t1过程中，降温速率为0℃/min-0.5℃/min；

第二阶段：从t1降温至t2过程中，降温速率为0.5℃/min-1℃/min，t2不高于树脂基体的凝胶温度；

第三阶段：从t2降温至环境温度t3过程中，降温速率为1℃/min-1.5℃/min。

在制件初步固化成型时，其热应力很大，在降温的过程时，如果降温控制不得当，很容易出现热应力过大而使产品的表面出现裂痕；因此大部分情况下，都是一个缓慢降温的过程。为了增加冷却速度而又能够消除残余热应力，对其进行分段降温控制，第一阶段，降温速度非常缓慢，尽量控制壳体内外表面部位各自的温差δt尽可能一致，这一过程使蜂窝夹芯由平板结构逐步变成异形曲面板结构；第二阶段，此时经历过第一部分的缓慢降温，可以适当提高降温速率，此时的控制没有第一阶段严格，但也不宜过快；第三阶段时，温度到达树脂基体的凝胶温度，基本已经定型，降温速度较第一阶段第二阶段可以更快一些。对降温过程进行分段控制，一方面可以保证残余热应力的消除，另一方面也可以使降温效率得到增加。

进一步的改进，其特征在于：所述t1较t0低20℃-30℃，所述t2为树脂基体的凝胶温度。

第一阶段为一个过渡期，整个过程缓慢，初步成型；在降温到树脂基体的凝胶温度之后，制件已初步成型，可以适当加快降温速率。

进一步的改进，其特征在于：对固化降温脱模之后的制件重新进行加热处理。

进一步的改进，其特征在于：将固化降温脱模之后的制件重新放回成型模具上，按照热压罐工艺规范要求，制袋、加热、加压、保温、再降温，其中保温温度为t，保温温度t低于制件最高温度t0。

进一步的改进，其特征在于：所述保温温度t比制件最高温度t0低20℃-40℃。

进一步的改进，其特征在于：针对加热再出理降温时，降温速率控制在1-3℃/min，。

在脱模之后的制件已经基本成型，虽然经历了三阶段降温，免除了其出现裂痕的状况，也消除了大部分热应力，对其再度进行热处理，能够进一步消除残余热应力。

本发明的有益效果：本发明提供的一种热应力消除工艺，在固化降温阶段分三段降温，第一阶段，降温速度十分缓慢，这个制件内外部的温差基本相当，该阶段热应力比较小，第二阶段为过渡阶段，可以适当加快降温速度，第三阶段，基本上达到了制件材料（即树脂基体）的凝胶温度，基本成型，降温速度可以加快，这样既可以保证固化过程中，内应力比较小，又可以保证固化效率。

附图说明

图1为蜂窝夹芯超混杂复合材料结构示意图；

图2为分阶段降温示意图；

图3为后热处理固化保温示意图。

其中：1—内蒙皮；2—外蒙皮；3—蜂窝芯材。

具体实施方式

为了便于理解，下面结合附图详细解释说明本发明。

如图1所示，蜂窝夹芯超混杂复合材料非封闭壳体结构由蜂窝芯材3、内蒙皮1和外蒙皮2构成，蜂窝芯材3与外蒙皮2、内蒙皮3之间可通过胶接固化或者共固化成型。

一种蜂窝夹芯超混杂复合材料非封闭壳体结构残余热应力消除工艺，调控制件固化制度的降温速率，对固化最高温度至环境温度的全程降温速率进行分段调控；

第一阶段：从固化最高温度t0降温至t1过程中，降温速率为0℃/min-0.5℃/min，对于产品成型，降温速率越缓慢越有利，t1较t0低20-30℃，具体看材料特性而定；

第二阶段：从t1降温至t2过程中，降温速率为0.5℃/min-1℃/min，t2为芯材组成物中树脂基体的凝胶温度；

第三阶段：从t2降温至环境温度t3过程中，降温速率为1℃/min-1.5℃/min；

对固化降温脱模之后的制件重新进行加热处理，将制件重新放回成型模具上，按照热压罐工艺规范要求，制袋、加热、加压、保温、再降温，其中保温温度为t，保温温度t比t0低20-40℃，后处理的保温时间大于最高固化温度的保温时间，降温速率控制在1-3℃/min。

其中，固化降温段的降温示意图如图2所示，后处理阶段保温示意图如图3所示。其中具体的降温速率与温度视具体产品特性而定。

该实施例中，固化降温阶段通过分段降温，能够一方面保证降温过程中的温差稳定，尤其在第一阶段，可以保证初步固化阶段产品品质的优良，其热应力很小，在第二阶段第三阶段，产品初步成型，品质也基本成型，尤其第三阶段，为了提高固化效率，可以适当提高降温速率，能够提高产品生产效率；为了对产品品质进一步优化，对其再进行热处理，可以消除固化脱模之后残余的少量热应力，以得到优良的产品。

技术特征：

技术总结
一种蜂窝夹芯超混杂复合材料非封闭壳体结构残余热应力消除工艺，其特征在于：调控制件固化制度的降温速率，对固化最高温度至环境温度的全程降温速率进行三段调控；本发明的有益效果：本发明提供的一种热应力消除工艺，在固化降温阶段分三段降温，第一阶段，降温速度十分缓慢，这个制件内外部的温差基本相当，该阶段热应力比较小，第二阶段为过渡阶段，可以适当加快降温速度，第三阶段，基本上达到了制件材料（即树脂基体）的凝胶温度，基本成型，降温速度可以加快，这样既可以保证固化过程中，内应力比较小，又可以保证固化效率。

技术研发人员：王明军;张明;李颖华;陈志平;谢怀勤;钟进
受保护的技术使用者：江苏恒神股份有限公司
技术研发日：2018.08.23
技术公布日：2018.12.21