一种高刚度碳纤维支撑框架、制备方法及其制备模具与流程

本发明属于高性能树脂基复合材料，特别是涉及一种高刚度碳纤维支撑框架、制备方法及其制备模具。

背景技术：

1、随着遥感技术的发展和结构加工工艺的进步，对遥感相机主支撑结构的轻量化设计技术研究成为了可能，既减轻相机的整体重量，又提高相机的整体稳定性，是新型相机主支撑结构研制的目标。

2、现有技术生产的遥感相机支撑结构，在减轻相机整体重量的同时往往不能兼顾整个相机系统的稳定性，而为了保证整个相机系统稳定性，往往以增加整个系统的重量为代价。

技术实现思路

1、有鉴于此，为了解决闭合支撑环矩形截面模具设计成型难度大、模具形位精度要求高、预浸料铺放时层间产生气泡，模具分瓣拼在一起时圆角区域空腔等一系列成型工艺复杂等问题，本发明提出一种高刚度碳纤维支撑框架、制备方法及其制备模具，结构刚度高，支撑性能好，成型工艺简单，特别适用于高性能支撑件中。

2、为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种高刚度碳纤维支撑框架的制备方法，具体包括以下步骤：

3、1、原材料准备

4、(1)准备好模具分瓣，所述模具分瓣包括反c字型工字梁筋分瓣模具和c字型工字梁筋分瓣模具；

5、(2)准备好高性能碳纤维环氧树脂预浸料，并裁成合适样板；

6、(3)准备好抽真空装置；

7、2、制备工字梁加强筋

8、(1)采用真空袋法制备碳纤维复合材料工字梁筋，所述碳纤维复合材料工字梁尺寸符合设计要求的反c字型和c字型；

9、(2)在反c字型工字梁筋分瓣模具和c字型工字梁筋分瓣模具上分别按照设计好的铺层铺贴碳纤维环氧树脂预浸料；

10、3、抽真空

11、(1)在反c字型工字梁筋分瓣模具和c字型工字梁筋分瓣模具上贴好预浸料后，在预浸料表面上包好隔离膜和透气毡；

12、(2)将包好的反c字型工字梁筋分瓣模具和c字型工字梁筋分瓣模具放在真空袋里；

13、(3)将准备好的真空袋放在平整的金属平板模具上，并在金属平板的四周用密封胶条密封；

14、(4)对真空袋进行抽真空，当真空袋内的真空度达到所需值后，保持一段时间，此步为了排除预浸料铺放过程中，各层预浸料之间的空气；

15、(5)完后以上步骤后，卸下真空装置，将铺完预浸料的反c字型工字梁筋分瓣模具和c字型工字梁筋分瓣模具上的隔离膜、透气毡、真空袋取下，为下步模具组装做好准备；

16、4、模具组装

17、将铺完预浸料和抽完真空的反c字型工字梁筋分瓣模具和c字型工字梁筋分瓣模具组装起来：

18、(1)反c字型工字梁筋分瓣模具和c字型工字梁筋分瓣模具直边拼在一起；

19、(2)反c字型工字梁筋分瓣模具和c字型工字梁筋分瓣模具直边拼在一起后，反c字型工字梁筋分瓣模具上横边和c字型工字梁筋分瓣模具上横边保持同一水平；

20、(3)反c字型工字梁筋分瓣模具直边和c字型工字梁筋分瓣模具直边拼在一起后，反c字型工字梁筋分瓣模具下横边和c字型工字梁筋分瓣模具下横边保持同一水平，模具组装后，在反c字型工字梁筋分瓣模具上横边和c字型工字梁筋分瓣模具上横边所形成过渡圆角上补满一定量的预浸料，之后在反c字型模具上横边、c字型模具上横边和补平的圆角上铺放复合材料工字梁上蒙皮，在反c字型模具下横边和c字型模具下横边所形成过渡圆角上补满一定量的预浸料，之后在反c字型工字梁筋分瓣模具下横边、c字型工字梁筋分瓣模具下横边和补平的圆角上铺放复合材料工字梁下蒙皮；最后组装复合材料一字型工字梁上直边模具和复合材料一字型工字梁下直边模具进行热膨胀加压；

21、反c字型工字梁筋分瓣模具上横边、c字型工字梁筋分瓣模具上横边和一字型模具下直边三个部分拼在一起后出现一个圆角r，与此相同的是，反c字型工字梁筋分瓣模具下横边、c字型工字梁筋分瓣模具下横边和一字型模具上直边三个部分拼在一起后出现一个体积相同的圆角r，经过计算，在反c字型工字梁筋分瓣模具上横边、c字型工字梁筋分瓣模具上横边和一字型模具下直边自然形成的圆角上填充一定量的预浸料；在反c字型工字梁筋分瓣模具下横边、c字型工字梁筋分瓣模具下横边和一字型模具上直边自然形成的圆角上填充等量的预浸料；反c字型工字梁筋分瓣模具、c字型工字梁筋分瓣模具和上下两个一字型模具共同构成一个完整的模具组；

22、5、固化工字梁加强筋和蒙皮

23、采用对模成型工艺将铺放完成后的各个部分模具组装起来，放入固化炉中，在一定的温度和压力下让树脂在固化过程中充分流动，排出树脂内部的气泡，形成致密的结构，分层等内部缺陷，保证复合材料产品的成型质量；固化完成后，固化炉内温度自然冷却到室温后脱模；脱模后对该框架进行机械加工，在保证产品尺寸精度和质量稳定性前提下，减少对纤维的机械损伤。

24、更进一步的，复合材料工字梁上蒙皮和复合材料工字梁下蒙皮纤维连续，且这种设计满足模具形位精度要求高的纤维支撑框架设计要求。

25、更进一步的，预浸料由高模量碳纤维和高性能环氧树脂组成，预浸料中环氧树脂的环氧值≥0.85，挥发物含量≤2％，凝胶时间为(40±5)min，拉伸模量≥330gpa。

26、更进一步的，预浸料为热熔法制备，单层厚度0.15mm，碳纤维体积含量为(58±2)％，单位面积质量为(300±5)g/m2。

27、更进一步的，对模成型工艺为：在模具的阴阳模上按照要求先进行预浸料铺放，铺放完成后将模具的阴阳模合上，在150摄氏度和-90kpa～-80kpa压力下经过5小时完成固化；预浸料铺放工艺为：采用厚度为的0.15mm厚的纤维与树脂组成的预浸料按照0°、90°、45°或-45°铺层角度循环铺放。

28、一种高刚度碳纤维支撑框架的制备方法制备的支撑框架，包括复合材料工字梁加强筋和蒙皮，所述复合材料工字梁加强筋外包有蒙皮，且由预浸料铺放共固化一体成型；

29、所述复合材料工字梁加强筋包括反c字型工字梁筋、c字型工字梁筋和上下一字型工字梁筋，所述反c字型工字梁筋和c字型工字梁筋背对设置，上下一字型工字梁筋分别设置在反c字型工字梁筋和c字型工字梁筋的上方和下方。

30、更进一步的，所述反c字型工字梁筋包括反c字型上横边、反c字型下横边和反c字型直边，所述反c字型直边上垂直设置有反c字型上横边，所述反c字型直边下垂直设置有反c字型下横边。

31、更进一步的，所述c字型工字梁筋包括c字型上横边、c字型下横边和c字型直边，所述c字型直边上垂直设置有c字型上横边，所述c字型直边下垂直设置有c字型下横边。

32、更进一步的，所述上下一字型工字梁筋包括一字型工字梁上直边和一字型工字梁下直边，其中一字型工字梁上直边和一字型工字梁下直边为整体连续的蒙皮结构。

33、一种高刚度碳纤维支撑框架的制备方法应用到的模具，包括多个模具分瓣、外模、外加压框、底板模具和上加压板，多个模具分瓣组合后外周设置有外模，所述外模外周设置有外加压框，所述模具分瓣和外模上设置有上加压板，所述多个模具分瓣固定在底板模具上。

34、与现有技术相比，本发明所述的一种高刚度碳纤维支撑框架、制备方法及其制备模具的有益效果是：

35、(1)本发明采用高刚度碳纤维支撑框架的制备模具，制备了一种整体结构质量轻、材料密度小、结构强度大的支撑框架结构。

36、(2)本发明设计的模具简单、成型工艺简单，解决了模具设计难度大、形位精度要求高等难题，以期为以后制备此类产品做出参考。

37、(3)本发明制造的高刚度碳纤维支撑框架的结构刚度高、支撑性能好、成型工艺简单。