大尺寸碳纤维管梁整体的成型装置的制作方法

本发明是关于碳纤维复合材料领域，特别是关于一种大尺寸碳纤维管梁整体的成型装置。

背景技术：

碳纤维复合材料的高比强度、高比刚度、低重量等优异的性能，使得碳纤维复合材料在各个领域得到大规模的应用，尤其是无人机领域，出现了大量的全碳纤维复合材料无人机。按照复合材料设计原则和理论，根据飞机的受载情况和接口位置关系等，全碳纤维复合材料无人机常设计有主承力结构件。碳纤维管梁作为全碳纤维复合材料无人机的观众建，承载了整架飞机的重量。随着对无人机承载的要求不断提高，无人机的机翼、尾翼等逐步变机翼变大，甚至出现超过百米的机翼，机翼管梁也随着增长、变粗。

碳纤维管梁的成型工艺主要为缠绕工艺、搓管工艺、内膨胀法和热压罐工艺。缠绕工艺所成型的产品，纤维方向单一，较高的单方向性能无法满足碳纤维管梁作为关重件的性能要求；搓管工艺成型的产品，虽然性能较缠绕工艺成型的产品优，基本满足碳纤维管梁的性能要求，但目前市面的搓管设备尺寸有限，无法成型长度在7m及以上的碳纤维管梁。而碳纤维管梁作为关重件，尽量避免进行分段处理，同时分段处理，链接金属接头的重量会大大增加整架飞机的重量，是设计者所不愿意接受。内膨胀法对软膜的要求极高，产品质量无法稳定保证，热压罐工艺作为复合材料航空领域较成熟的工艺，成型碳纤维管梁存在脱模困难的问题。

鉴于上述问题，整体成型碳纤维管梁在全复合材料无人机的研制中非常迫切和关键，是关乎整套产品质量的关重件。

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种大尺寸碳纤维管梁整体的成型装置，其所成型的产品表面和内部质量可靠，质量稳定，完全解决了大尺寸碳纤维管梁的工艺难题。

为实现上述目的，本发明提供了一种大尺寸碳纤维管梁整体的成型装置，结合热压罐使用，大尺寸碳纤维管梁整体的成型装置包括：主体下模以及芯模。芯模上铺贴有预浸料，芯模放置于主体下模上，且芯模包括：金属芯模、隔离材料及软膜。金属芯模表面涂覆有润滑材料；隔离材料包覆于金属芯模的表面；及软膜套设于隔离材料及金属芯模上；其中，金属芯模的两端具有第一封头和第二封头，且第一封头能够自由拆卸，而第二封头与金属芯模固定连接；其中，靠近第二封头的金属芯模的一端设有进气口，且外部气源能够通过进气口进入金属芯模的内部，为预浸料提供固化压力；其中，预浸料的表面依次铺贴有脱模布、隔离膜、透气毡及真空袋膜，且真空袋膜用以对预浸料进行密封。

在一优选的实施方式中，金属芯模的表面开设有多个导气孔，且多个导气孔用以使外部气源的压力能够传递至软膜，再施加到预浸料上。

在一优选的实施方式中，金属芯模与软膜是通过卡箍固定。

在一优选的实施方式中，多个导气孔采取错开的形式分布于金属芯模的表面。

在一优选的实施方式中，主体下模的两端和两侧均匀布置有真空快速接头，且真空快速接头用以与真空袋膜相连接。

在一优选的实施方式中，主体下模的四周粘贴有一圈密封胶条，且真空袋膜与真空快速接头连接后粘贴于密封胶条上，从而形成真空系统。

在一优选的实施方式中，进气口位于真空袋膜的外面。

在一优选的实施方式中，主体下模的两侧布置有至少两道抽气通路，且真空快速接头分别设置于至少两道抽气通路上。

与现有技术相比，根据本发明的大尺寸碳纤维管梁整体的成型装置，其所成型的产品表面和内部质量可靠，质量稳定，完全解决了大尺寸碳纤维管梁的工艺难题。

附图说明

图1是根据本发明一实施方式的大尺寸碳纤维管梁整体的成型装置的结构示意图。

图2是根据本发明一实施方式的大尺寸碳纤维管梁整体的成型装置中芯模的结构示意图。

图3是根据本发明一实施方式的大尺寸碳纤维管梁整体的成型装置中金属芯模的结构示意图。

主要附图标记说明：

1-主体下模，2-密封胶条，3-芯模，4-预浸料，5-脱模布，6-隔离膜，7-透气毡，8-真空袋膜，9-真空快速接头，10-金属芯模，11-软膜，12-进气口，13-第一封头，14-隔离材料，15-第二封头，16-卡箍，17-导气孔。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。

除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。

如图1至图3所示，图1是根据本发明一实施方式的大尺寸碳纤维管梁整体的成型装置的结构示意图；图2是根据本发明一实施方式的大尺寸碳纤维管梁整体的成型装置中芯模的结构示意图；图3是根据本发明一实施方式的大尺寸碳纤维管梁整体的成型装置中金属芯模的结构示意图。

根据本发明优选实施方式的一种大尺寸碳纤维管梁整体的成型装置，结合热压罐使用，大尺寸碳纤维管梁整体的成型装置包括：主体下模1以及芯模3。芯模3上铺贴有预浸料4，芯模3放置于主体下模1上，且芯模3包括：金属芯模10、隔离材料14及软膜11。金属芯模10表面涂覆有润滑材料；隔离材料14包覆于金属芯模10的表面；及软膜11套设于隔离材料14及金属芯模10上；其中，金属芯模10的两端具有第一封头13和第二封头15，且第一封头13能够自由拆卸，而第二封头15与金属芯模10固定连接；其中，靠近第二封头15的金属芯模10的一端设有进气口12，且外部气源能够通过进气口12进入金属芯模10的内部，为预浸料4提供固化压力；其中，预浸料4的表面依次铺贴有脱模布5、隔离膜6、透气毡7及真空袋膜8，且真空袋膜8用以对预浸料4进行密封。等直径、非等直径、变截面的大尺寸碳纤维管梁整体的成型装置均在本发明的权利要求保护范围之内。

在一优选的实施方式中，金属芯模10的表面开设有多个导气孔17，且多个导气孔17用以使外部气源的压力能够传递至软膜11，再施加到预浸料4上；金属芯模10与软膜11是通过卡箍16固定。

在一优选的实施方式中，多个导气孔17采取错开的形式分布于金属芯模10的表面；主体下模1的两端和两侧均匀布置有真空快速接头9，且真空快速接头9用以与真空袋膜8相连接。

在一优选的实施方式中，主体下模1的四周粘贴有一圈密封胶条2，且真空袋膜8与真空快速接头9连接后粘贴于密封胶条2上，从而形成真空系统；进气口12位于真空袋膜8的外面；主体下模1的两侧布置有至少两道抽气通路，且真空快速接头9分别设置于至少两道抽气通路上。

在实际应用中，结合内膨胀法和热压罐成型工艺，将预浸料4铺贴在芯模3上，然后将铺完预浸料4的芯模3放置在主体下模1上，在芯模3上表面制袋，形成整体真空密闭系统，实现预浸料4内表面由软膜11向外加压，外表面通过热压罐压力由外向内加压，芯模3保证产品的尺寸，最终实现整体固化成型。

其中，芯模3由金属芯模10、软膜11以及用于隔离金属芯模10和软膜11的隔离材料14组成，软膜11由卡箍16固定在金属芯模10之上；金属端部设置有第一封头13、第二封头15和进气口12，其中一端第一封头13为活动封头，便于软膜11套合在金属芯模10上，进气口12一侧的第二封头15为固定式封头，保证气密性；金属芯模10表面设置有多个导气孔17，保证固化时，外部气源的气压通过多个导气孔17作用于软膜11，从而实现对预浸料4的加压。

按照热压罐工艺规范的要求，依次铺放脱模布5、隔离膜6、透气毡7及真空袋膜8等辅助材料，将预浸料4和芯模3制成真空封闭系统。制袋时，金属芯模10端部的进气口12置于真空袋膜8外，保证外部气源通过金属芯模10内部，实现对预浸料4的加压。

详细来说，将金属芯模10的表面清理至洁净后，涂覆润滑材料，便于软膜11顺利地套合到金属芯模10的表面；将隔离材料14包裹在金属芯模10的表面，便于软膜11顺利的从金属芯模10表面脱出。

芯模3准备完毕之后，将第一封头13与金属芯模10连接，整体置于旋转铺贴工装上。按照设计的铺层顺序将预浸料4铺贴在芯模3的表面，预浸料4铺贴完成之后，将芯模3转移到主体下模1上，使用卡箍16将软膜11固定在金属芯模10之上，将进气口12固定在金属芯模10上。将主体下模1的四周清理至洁净，并粘贴一圈密封胶条2，在预浸料4的上表面依次放置脱模布5、隔离膜6及透气毡7，在主体下模1的两侧分别布置三道抽气通路，并放置真空快速接头9，之后使用真空袋膜8对预浸料4进行密封，形成密闭真空系统，真空袋膜8与密封胶条2相连。真空密封过程中，进气口12需置于真空袋膜8的外侧。将主体下模1和芯模3转移到热压罐中，升温、加压及固化。

总之，本发明的大尺寸碳纤维管梁整体的成型装置，金属芯模起支撑作用，保证碳纤维管梁的内径尺寸和外形，软膜保证芯模能够顺利地从碳纤维管梁内部脱出。在金属芯模表面存在多个导气孔，端部具有进气口，热压罐内部压力由进气口进入金属芯模内部，通过金属芯模的表面的导气孔作用于软膜，为预浸料固化提供由内向外的压力，同时热压罐压力作用于预浸料上表面，从而使预浸料处于由软膜和真空袋膜形成双真空环境中，进行固化，其所成型的产品表面和内部质量可靠，质量稳定，完全解决了大尺寸碳纤维管梁的工艺难题。

前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。