一种碳纤维蜂窝芯支撑结构及其制备方法与流程

本发明涉及一种复合材料支撑结构及其制备方法，特别是一种碳纤维蜂窝芯支撑结构。

背景技术：

随着航天技术的发展，对航天器某些载荷在太空中的稳定性要求越来越高，例如天线反射面要求在高低温环境下保持良好的稳定性，而且口径尺寸在不断加大。目前航天器产品结构板中大多应用铝蜂窝芯为支撑结构，铝蜂窝芯在高低温循环环境中，变形较大，不能够满足在高低温环境下高稳定性的要求。

技术实现要素：

本发明的技术解决问题是：克服现有技术不足，提供一种高低温环境中能够保持良好稳定性的碳纤维蜂窝芯支撑结构及其制备方法

本发明的技术解决方案是：一种碳纤维蜂窝芯支撑结构，由多个结构相同、尺寸相同、壁厚相同的蜂窝芯格依次排列、固化而成；所述蜂窝芯格为截面为正六边形的空心柱体，所述蜂窝芯格的6个壁的材料均为碳纤维增强树脂基复合材料。

进一步的，所述碳纤维增强树脂基复合材料中，树脂含量为30％-34％。

进一步的，所述碳纤维增强树脂基复合材料为无纬布预浸料。

一种上述碳纤维蜂窝芯支撑结构的制备方法，包括如下步骤：

A)、制备蜂窝芯格软模成型模具：根据所述蜂窝芯格的尺寸制备蜂窝芯格软模成型模具；

B)、制备蜂窝芯格软模：根据所述碳纤维蜂窝芯支撑结构所需的蜂窝芯格数量，使用蜂窝芯格软模成型模具制备相应数量的蜂窝芯格软模；

C)、铺层：在每个蜂窝芯格软模上铺设碳纤维增强树脂基复合材料层；

D)、排列：

D1)、在蜂窝芯固化底板上粘贴一层不透气的氟布；

D2)、将铺设有碳纤维增强树脂基复合材料层的蜂窝芯格软模按碳纤维蜂窝芯支撑结构的蜂窝芯格的排列次序放置到所述氟布上，并用档条对排列的窝芯格软模四周固定；

E)、固化成型：将步骤D)中排列的窝芯格软模以及粘贴有不透气的氟布蜂窝芯格的固化底板和挡条置入真空袋封装后在热压罐内固化成型；

F)、脱模：固化成型后，将排列的窝芯格软模以及粘贴有不透气的氟布蜂窝芯格的固化底板和挡条从热压罐中取出后进行脱模，制成碳纤维蜂窝芯支撑结构。

进一步的，步骤F)后，对脱模后的碳纤维蜂窝芯支撑结构上下两个表面进行机加。

进一步的，所述步骤A)中制备的蜂窝芯格软模成型模具包括两个结构相同的半模，两个半模合并构成蜂窝芯格软模成型模具。

进一步的，所述步骤C)中，在每个蜂窝芯格软模上铺设的碳纤维增强树脂基复合材料层为无纬布预浸料。

进一步的，所述步骤C)中，在每个蜂窝芯格软模上铺设碳纤维增强树脂基复合材料层时，以正六边形的空心柱体中心采用[+60°/0°/-60°]铺层方式对称铺设多层，0°为垂直于六边形方向。

进一步的，所述步骤C)中，在每个蜂窝芯格软模上铺设碳纤维增强树脂基复合材料层时，以正六边形的空心柱体中心对称铺设3层。

进一步的，所述步骤E)中，固化成型包括如下步骤：

E1)、室温时，对热压罐抽真空；

E2)、抽真空5-10分钟后开始加热；

E3)、温度升至80～85℃时，随着温度升高逐级加压，当温度达到165～170℃时，压力达到0.7～0.8MPa；

E4)、保持165～170℃，0.7～0.8MPa的状态110～120min后，自然降温，当温度降到50℃以下时，卸去压力，将热压罐与大气接通。

本发明与现有技术相比的优点在于：

(1)本发明的碳纤维蜂窝芯支撑结构，在高低温环境中有良好的尺寸稳定性，进而能够保证载荷的高稳定性；

(2)本发明的碳纤维蜂窝芯支撑结构及其制备方法，采用一次性共固化成型，具有较小的内应力及较高的强度和刚度，同时外形尺寸可以按实际要求无限扩大；

(3)本发明的碳纤维蜂窝芯支撑结构及其制备方法，控制预浸料的含胶量(树脂含量)，将含胶量控制在30％-34％，有利于蜂窝芯的对称程度，以及在空间环境试验中形变的一致性；

(4)本发明的碳纤维蜂窝芯支撑结构及其制备方法，采用在升温过程中加压点提前到80～85℃，并逐级加压，保证固化前的树脂均匀流动，减少由于升温造成的变形；温度至165～170℃时加全压，保证蜂窝芯侧壁的紧密贴合；泄压点降低至50℃，减小产品降温时的变形。

附图说明：

图1为本发明碳纤维蜂窝芯支撑结构的结构示意图；

图2为本发明碳纤维蜂窝芯支撑结构的蜂窝芯格的结构示意图；

图3为本发明碳纤维蜂窝芯支撑结构的蜂窝芯格软模成型模具的结构示意图；

图4为本发明碳纤维蜂窝芯支撑结构的蜂窝芯格软模的结构示意图；

图5为本发明碳纤维蜂窝芯支撑结构的制备方法的流程图。

具体实施方式

一种碳纤维蜂窝芯支撑结构，由多个结构相同、尺寸相同、壁厚相同的蜂窝芯格依次排列、固化而成；所述的碳纤维蜂窝芯格的尺寸大小和壁厚根据所述蜂窝芯承载要求和使用工况来进行计算确定；所述蜂窝芯格为截面为正六边形的空心柱体，所述蜂窝芯格的6个壁的材料均为树脂含量为30％-34％的无纬布预浸料。

优选的，所述蜂窝芯格边长为10-20mm，优选15mm。

优选的，所述蜂窝芯格边长为10mm，壁厚为0.08mm。

优选的，所述蜂窝芯格边长为20mm，壁厚为0.15mm。

所述的碳纤维蜂窝芯支撑结构的制备方法，包括如下步骤：

A)、根据单个蜂窝芯格的尺寸大小设计制备蜂窝芯格软模成型模具，并设计制造蜂窝芯的固化底板及四周档条等辅助工装；所述蜂窝芯格软模成型模具包括两个结构相同的半模，两个半模合并构成蜂窝芯格软模成型模具。

B)、制备蜂窝芯格软模：根据所述碳纤维蜂窝芯支撑结构所需的蜂窝芯格数量，使用蜂窝芯格软模成型模具制备相应数量的蜂窝芯格软模，以用于蜂窝芯格的铺层。

C)、铺层：在每个蜂窝芯格软模上以正六边形的空心柱体中心采用[+60°/0°/-60°]铺层方式对称铺设3层无纬布预浸料层。

D)、排列：

D1)、清理蜂窝芯固化底板后在蜂窝芯格固化底板上粘贴一层不透气的氟布；

D2)、将铺设有碳纤维增强树脂基复合材料层的蜂窝芯格软模按碳纤维蜂窝芯支撑结构的蜂窝芯格的排列次序放置到所述氟布上，并用档条对排列的窝芯格软模四周固定。

E)、固化成型：所述的碳纤维蜂窝芯采用升温后软模膨胀加压的方式固化；将步骤D)中排列的窝芯格软模以及粘贴有不透气的氟布蜂窝芯格的固化底板和挡条置入真空袋封装后在热压罐内固化成型；所述固化成型包括如下步骤：

E1)、室温时，对热压罐抽真空；

E2)、抽真空5-10分钟后开始加热；

E3)、温度升至80～85℃时，随着温度升高逐级加压，当温度达到165～170℃时，压力达到0.7～0.8MPa；

E4)、保持165～170℃，0.7～0.8MPa的状态110～120min后，自然降温，当温度降到50℃以下时，卸去压力，将热压罐与大气接通。

F)、脱模：固化成型后，将排列的窝芯格软模以及粘贴有不透气的氟布蜂窝芯格的固化底板和挡条从热压罐中取出后进行脱模。

G)、机加：对脱模后的碳纤维蜂窝芯支撑结构上下两个表面进行机加，保证两个表面的平面度及平行度满足要求，，制成碳纤维蜂窝芯支撑结构。所述的碳纤维蜂窝芯上下表面的机加需注意保护碳纤维蜂窝芯的表面，避免分层等缺陷。

本发明说明书中未详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。