一种点阵增强复合材料夹层结构的成型方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种点阵增强复合材料夹层结构的成型方法，属于复合材料成型技术领域。
【背景技术】
[0002]复合材料夹层结构是一种轻便高效的结构件，在航空航天各类飞行器中是最常见的复合材料结构件之一。目前应用的复合材料夹层结构，蒙皮一般由复合材料或者金属材料薄板制造，而夹层材料为铝材、芳纶蜂窝结构或者高性能闭孔泡沫制造。传统的夹层结构抗剪切性能弱，与复合材料蒙皮之间存在电化学腐蚀效应，对环境温度、湿度的敏感性高，并且传统夹层结构缺乏散热、吸波等功能，因此发展了点阵增强复合材料夹层结构。
[0003]点阵增强复合材料夹层结构由于具有结构效率高、吸波性能好、轻质、高比强度和高比刚度的优点而成为最具有潜力航空航天结构材料。但是目前由编织、手工铺设等制造的点阵增强复合材料夹层结构工艺繁琐、杆件尺寸离散大。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是针对目前点阵增强复合材料夹层结构成型工艺繁琐、质量不稳定的问题，发明了一种设计性强、减重性能优异的点阵增强复合材料夹层结构的成型方法。
[0005]本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为:
一种点阵增强复合材料夹层结构的成型方法，包括以下步骤:
1)、制备由复合材料形成的夹芯结构预制杆件，并使其保持半固化；
2)、根据夹层高度及点阵的阵列角度，计算构成点阵夹芯结构所需多个杆件的长度，并将根据计算结果将上述半固化的夹芯结构预制杆件切割成多段；
3)、将上述切割形成的多段半固化夹芯结构预制杆件通过二维编织工艺在编织模具上编织形成点阵夹芯结构；
4)、将编织完成的上述点阵夹芯结构在烘箱内完全固化；
5)、铺覆夹层架构上面板和下面板，并将两者完全固化；
6)、将固化的点阵夹芯结构的两侧面分别与所述上面板、下面板用胶膜粘接，最终固化成整体点阵增强复合材料夹层结构。
[0006]所述的点阵增强复合材料夹层结构的成型方法，其进一步设计在于，增强纤维浸胶后通过具有预成型温度的预成型模具成为预成型的增强纤维圆杆，该增强纤维圆杆在牵引装置的牵引下进入具有后固化温度的后固化烘箱，使得其半固化，形成所述夹芯结构预制杆件。
[0007]所述的点阵增强复合材料夹层结构的成型方法，其进一步设计在于，丝束为12K的碳纤维即所述增强纤维穿过内容有环氧树脂的胶槽完成所述浸胶工序。
[0008]所述的点阵增强复合材料夹层结构的成型方法，其进一步设计在于，所述预成型模具由分别开设有半圆凹槽的上半模、下半模对接组成，所述上半模、下半模中的半圆凹槽在预成型模具的中部形成供所述碳纤维通过的模腔。
[0009]所述的点阵增强复合材料夹层结构的成型方法，其进一步设计在于，所述的增强纤维圆杆以0.3cm/s的速度先后穿过预成型模具和后固化烘箱，所述预成型温度为90°C，所述后固化温度为120°C，从而所述夹芯结构预制杆件的固化度为50%~60%。
[0010]所述的点阵增强复合材料夹层结构的成型方法，其进一步设计在于，步骤2)切割成段的夹芯结构预制杆件在0±3°C的温度下冷藏保存，使其保持半固化；所述的切割方式为用刀片进行的普通切割或者旋片切割或者超声切割。
[0011]所述的点阵增强复合材料夹层结构的成型方法，其进一步设计在于，所述编织模具包括一侧均匀设置有多个定位柱的矩形框架以及若干套设在所述定位柱上的网格；步骤
3)首先用纱布蘸取丙酮擦拭所述编织模具表面，继而在编织模具上涂抹脱模剂，待模具表面形成薄膜后，通过二维编织工艺将半固化碳纤维圆杆以±45°在编织模具上按照阵列规律编织，制造点阵夹芯结构，正方形点阵边长为1mmX 1mm0
[0012]所述的点阵增强复合材料夹层结构的成型方法，其进一步设计在于，步骤4)完全固化工序的固化温度为180°C，保温时间为3小时。
[0013]所述的点阵增强复合材料夹层结构的成型方法，其进一步设计在于，步骤5)首先用纱布蘸取丙酮擦拭水平平台，并在水平平台涂抹脱模剂，在水平平台上铺覆一层聚四氟乙烯脱模布，在聚四氟乙烯上铺覆夹层结构上面板(4)及下面板(5)，该上面板、下面板为环氧预浸料制成，并将上面板(4)及下面板(5)在180°C下保温3小时，固化压力0.7MPa。
[0014]所述的点阵增强复合材料夹层结构的成型方法，其进一步设计在于，步骤6)中，固化的点阵夹芯结构两侧面与上、下面板用胶膜粘接，并在温度为120°C、压力为0.7Mpa的热压罐中固化I小时从而完全固化成型。
[0015]本发明通过拉挤工艺及编织工艺高效有序的结合，制造点阵增强复合材料夹层结构，蒙皮和点阵夹芯结构均采用了高模量、高强度的纤维增强复合材料，避免了金属蜂窝的电化学腐蚀及对环境湿度的敏感性，减重性能及热性能好。同时增加了点阵杆件之间的连接，可以通过拉挤工艺灵活设计杆件横截面积大小，满足力学性能要求，也可以改变编织工艺设计点阵杆件的空间排布，满足点阵结构空间要求。
【附图说明】
[0016]图1为编织点阵夹芯结构的模具示意图。
[0017]图2为点阵增强复合材料夹层结构示意图。
[0018]图3预成型模具的结构示意图。
[0019]图中标号名称:1-网格，2-定位柱，3-碳纤维圆杆，4-上面板，5-下面板，6_定位块，7-模腔。
[0020]【具体实施方式】:结合图1、2说明本实施方式。
[0021]以下结合说明书附图以及实施例对本发明进行进一步说明。
[0022]该点阵增强复合材料夹层结构的成型方法，包括以下步骤:
1)、制备由复合材料形成的夹芯结构预制杆件，并使其保持半固化；
2)、根据夹层高度及点阵的阵列角度，计算构成点阵夹芯结构所需多个杆件的长度，并将根据计算结果将上述半固化的夹芯结构预制杆件切割成多段； 3)、将上述切割形成的多段半固化夹芯结构预制杆件通过二维编织工艺在编织模具上编织形成点阵夹芯结构；
4)、将编织完成的上述点阵夹芯结构在烘箱内完全固化；
5)、铺覆夹层架构上面板和下面板，并将两者完全固化；
6)、将固化的点阵夹芯结构的两侧面分别与所述上面板、下面板用胶膜粘接，最终固化成整体点阵增强复合材料夹层结构，如图2所示。
[0023]其中，丝束为12K的碳纤维即所述增强纤维穿过内容有环氧树脂的胶槽完成所述浸胶工序。具体地，增强纤维浸胶后通过具有预成型温度的如图3所示的预成型模具成为预成型的增强纤维圆杆，该增强纤维圆杆在牵引装置的牵引下进入具有后固化温度的后固化烘箱，使得其半固化，形成所述夹芯结构预制杆件。
[