一种具有狭小型腔的复合材料构件的成型方法

技术领域

本发明属于复合材料产品生产领域，尤其是涉及具有狭小型腔的复合材料构件的成型方法。

背景技术

近年来，高超音速飞行器是航空航天发展的热点，随着飞行马赫数的提高气动载荷也越来越大，所以，设计高超音速飞行器的关键问题是解决飞行器的热防护问题。目前高超音速飞行器所使用的发动机为冲压式发动机，它所使用的冷却方式为再生冷却，再生冷却是将飞行器本身所使用的燃料作为冷却介质，液体离开高温部件时被冷却，在高温状态下进入发动机，实现能量的再生。

复合材料具有质量轻，比强度、比刚度大，耐腐蚀等优点，逐渐应用到高超音速飞行器蒙皮的设计中，对于复合材料蒙皮来说，冷却通道的长径比较大，在成型过程中，芯模不易脱出，并且狭小型腔成型也是面临的技术问题，原有成型方式主要存在以下缺点：采用芯模成形型腔，由于型腔的长度尺寸过长，芯模与型腔内壁的接触面积较大，使抽取时的摩擦力较大，并且型腔尺寸厚度很小，芯模极易发生断裂，导致冷却通道的堵塞。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于克服现有技术中的缺陷，提出一种成型方法，对具有狭小型腔的复合材料构件进行成型，利用真空袋充当芯模，在复合材料型腔成型后便于将芯模取出。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种具有狭小型腔的复合材料构件的成型方法，包括以下步骤：

1)在预制的复合材料构件骨架上由内向外依次设有内蒙皮和外蒙皮，在内蒙皮和外蒙皮之间铺设有多个管状真空袋，每两个真空袋之间设置有填充材料，且真空袋的管状端部开口与外界连通；

2)在外蒙皮外侧和内蒙皮内侧罩设真空外膜；

3)将真空外膜的边缘与管状的真空袋侧壁密封连接，使得真空袋与真空外膜之间形成密闭的空腔，所述内蒙皮和外蒙皮置于空腔内部；

4)将步骤3)制成的整个结构放置于热压罐内加工固化，通过热压罐将内蒙皮、外蒙皮和填充材料加工成一整体；

5)对真空袋抽真空，使得真空袋与内蒙皮和外蒙皮分离；

6)将真空袋和真空外膜从内蒙皮和外蒙皮上剥离，得到具有狭小型腔的复合材料构件。

进一步地，所述真空袋外侧包裹有碳布。

进一步地，所述外蒙皮与真空外膜之间铺设有均压垫。

进一步地，所述均压垫上由内向外铺设有隔离膜和透气毡。

进一步地，所述真空袋的周长大于或等于所述狭小型腔的周长。

进一步地，所述真空袋的材质为大于130℃的耐高温材质。

进一步地，所述真空袋的端部超出内蒙皮、外蒙皮覆盖的部分，且超出长度大于300mm。

进一步地，所述填充材料为单向碳纤维包裹1.5圈碳布。

进一步地，所述真空袋为两端开口的管状真空袋，在抽真空时，将真空袋的一端开口封闭，另一端开口连接真空泵，通过真空泵对真空袋内部抽真空。

进一步地，所述真空袋收缩后的体积小于复合材料构件的型腔体积。

相对于现有技术，本发明具有以下优势：

1)本发明采用真空袋作为支撑，充当芯模，在内、外蒙皮和填充材料之间加工出狭小型腔空间，降低了芯模的制造难度，同时避免在脱模过程中造成芯模断裂，同时使得型腔设计可以实现更小尺寸以及异形形状。

2)本发明将管状真空袋与大气相连，保证内外压力相同，保证型腔不会被压塌。脱模时，将管状真空袋一端用密封条密封，另一端插入真空泵将管状真空袋进行抽真空，管状真空袋将脱离型腔内壁，脱模过程中接触面摩擦力更小，与现有技术相比脱模更为方便。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例的构件成型过程中内蒙皮、外蒙皮和真空袋的配合结构示意图；

图中：1-外蒙皮；2-内蒙皮；3-真空袋。

图2A-2C为真空袋在构件内可选的折叠方式示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下。

本实施例利用本发明提供的成型方法，成型一种具有狭小型腔的复合材料构件，如图1所述出，具备成型步骤说明如下。

S1：在预制的构件骨架上由内向外依次设有内蒙皮2和外蒙皮1，在内蒙皮2和外蒙皮1之间铺设有多个管状真空袋3，每两个真空袋3之间置有填充材料。

作为一种优选的实施方式，真空袋3为两端均不封口的管状真空袋，其在构件内的折叠形状可以有很多种，如图2A-2C所示，本发明不做具体限制。

作为一种优选的实施方式，填充材料可以为单向碳纤维包裹1.5圈碳布。

作为一种优选的实施方式，在内蒙皮2、外蒙皮1和真空袋3铺设过程中，可以通过投影仪按照预设方案，各个组成部分的预设位置投影在骨架或预制的骨架等处，以便于操作人员按照预订位置放置材料。

作为一种优选的实施方式，所述真空袋3的两端开口处均置于内蒙皮2和外蒙皮1所覆盖范围的外部，且真空袋3超出内蒙皮2和外蒙皮1所覆盖范围的长度大于300mm，以便于后期脱模操作。

作为一种优选的实施方式，在管状的真空袋3外侧包裹有碳布，且在本实施例中，碳布的周长为1.5倍的真空袋3周长，使得碳布在包裹真空袋3之后可以在端部形成交叠部分；

S2：在外蒙皮1外侧和内蒙皮2内侧罩设真空外膜。

作为一种优选的实施方式，在外蒙皮1和真空外膜之间，由外蒙皮1向真空外膜方向依次铺设有均压垫、隔离膜和透气毡，以便于在加工完成后将真空外膜与外蒙皮1分离，同时在对真空外膜施加压力时，通过均压垫使得压力均匀分布于外蒙皮1上，从而提高成型质量。

S3：将真空外膜的边缘与管状的真空袋3侧壁密封连接，作为一种优选的实施方式，将管状真空袋3边缘与外侧真空袋3边缘用胶条密封，使得管状的真空袋3与真空外膜之间形成密闭的空腔，所述内蒙皮2和外蒙皮1至于空腔内部，此时真空袋3的开口与外界连通。

S4：将空腔和骨架整体放置于热压罐内加工固化，使得热压罐按照预设的温度和压力对空腔施加压力，通过热压罐将内蒙皮2、外蒙皮1和填充材料加工成一整体。在热压加工过程中，由于真空袋3的开口与外界连通，在外界气压提升后，真空袋3膨胀，使得碳布膨胀，在预设温度下，碳布固化，形成内部型腔的支撑结构，外蒙皮1、内蒙皮2和填充材料在预设温度和压力下结合成为一整体。

作为一种优选的实施方式，在本实施例中，成型的复合材料为耐高温体系树脂(大于130℃)。

S5：待得产品热压完成后，对真空袋3抽真空.

作为一种优选的实施方式，将真空袋3一端暴露在内蒙皮2、外蒙皮1外部的开口部分通过密封条封闭或扎紧，将另一端的开口部分连接真空泵，使得真空袋3收缩，令真空袋3与构件分离，再该工况下，只要所要加工的型腔体积大于真空袋3收缩后的体积，即可按照该方法进行加工，能够防止如传统方法所用的芯模在抽出过程中断裂在产品内部。

S6：将真空袋3和真空外膜剥离内蒙皮2和外蒙皮1，得到具有狭小型腔的复合材料构件。

在本实施例用，真空袋3为ETFE和尼龙多层材质，使得真空袋3耐高温同时便于在加工后真空袋3与产品分离。

为了确保产品内部型腔的形状和通过性，所述真空袋3的周长和形状应当与产品设计的型腔的截面的周长和形状相同。为了便于加工，真空袋3的周长也可以大于型腔的截面周长。在成型过程中，真空袋3形成的微小褶皱不会对型腔的功能造成影响。同时根据需要，可以将真空袋3的两侧向内折叠，从而缩小真空袋3的有效周长。同时根据需要，如果构件设计的狭小型腔为异形，则管状的真空袋3可以根据所需形状选取相适应的形状，如型腔为蛇形，则真空袋3的长度方向可以设置为蛇形。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。