[发明专利]一种大尺寸复合材料筒体的非热压罐成型方法

说明书

本发明公开了一种大尺寸复合材料筒体的非热压罐成型方法，包括：装配成型模具；将用于目标筒体成型的复合材料预浸料铺覆在芯模的外表面，随后安装阴模，使阴模和芯模组合形成目标筒体的成型模腔；芯模受热膨胀，挤压复合材料预浸料铺层，使其厚度与目标筒体的设计厚度相等，随后进行固化处理；得到目标筒体产品。通过大膨胀系数金属材料制备芯模，使成型腔的厚度在筒体设计厚度的基础上有所增大，可以在铺设复合材料预浸料时额外铺设多层预浸料，随着芯模受热膨胀，成型模腔的厚度被压缩，复合材料预浸料铺层的厚度被压缩至与筒体设计厚度相等，使得筒体在保持设计厚度的前提下，增大成型时的层间压力，也增大产品的纤维体积分数，提升力学性能。

技术领域

本发明涉及复合材料成型技术领域，具体是一种大尺寸复合材料筒体的非热压罐成型方法。

背景技术

先进树脂基复合材料具有较高的比强度和比刚度、可设计性强、优异的耐腐蚀、便于大面积整体成型的独特优点，使之成为高新设备中不可或缺的战略材料。复合材料在高新设备上的大量应用可有效提高性能、减轻结构重量、降低运营成本、增强市场竞争力。目前，现有技术中复合材料成型方法从高成本的热压罐成型工艺正逐渐向低成本的树脂传递模塑(Resin TransferMolding，RTM)整体成型技术转化。

RTM工艺具有闭模成型的工艺特点，制件的内外表面均由模具型面控制，因此制件的外形尺寸精度高，通过合理的铺层优化以及成型模具设计可以实现复杂结构制件的整体化制造，有效提高结构减重效率、降低复合材料制件的制造及装配成本。但是现有技术中RTM工艺采用的模具尺寸都是根据所需成型的筒体对应设计的，即模具内型腔的厚度与筒体厚度相等。如采用干纤维织物铺层后注胶制备，由于干纤维织物铺层体松散，为了能将织物铺层体塞进阴模，不得不降低铺层数，也就是降低了目标制品的纤维体积分数；如采用预浸料铺层，纤维体积分数会有所提高，但固化成型时无法层间加压，可能会带来疏松、空隙等缺陷影响制品性能。而大多使用场景中对筒体的厚度、力学性能等又有硬性要求，例如火箭舱段等。

发明内容

针对上述现有技术中复合材料筒体的高力学性能要求与低成本要求不能兼顾的问题，本发明提供一种大尺寸复合材料筒体的非热压罐成型方法，使得筒体在保持低成本的前提下，大大提升其力学性能。

为实现上述目的，本发明提供一种大尺寸复合材料筒体的非热压罐成型方法，包括如下步骤：

步骤1，装配成型模具，所述成型模具包括阴模与芯模，其中，所述阴模为由近零膨胀材料制备，所述芯模为由大膨胀系数金属材料制成的刚性模具；

步骤2，成型模具表面处理和检测完成后，将用于大尺寸复合材料筒体成型的复合材料预浸料铺覆在芯模的外表面，随后安装阴模，使阴模与芯模组合形成目标筒体的成型模腔，包覆所有的复合材料预浸料铺层，其中，由于芯模外形尺寸较目标产品內形尺寸有所缩减，所述复合材料预浸料铺层的初始厚度大于大尺寸复合材料筒体的设计厚度；

步骤3，加热芯模使芯模受热膨胀，挤压复合材料预浸料铺层，使其厚度与大尺寸复合材料筒体的设计厚度相等，随后进行固化处理，使大尺寸复合材料筒体成型；

步骤4，拆除阴模与芯模，得到大尺寸复合材料筒体产品。

在其中一个实施例中，所述芯模为中空结构，其外形尺寸较目标筒体的内腔尺寸有所缩小，且所述芯模内部预置加热工装。

在其中一个实施例中，所述阴模由殷瓦合金或碳纤维复合材料制成。

在其中一个实施例中，所述芯模由钢、铁或铝制成。

在其中一个实施例中，所述大尺寸复合材料筒体为圆筒结构或锥形筒或棱形筒结构。

在其中一个实施例中，步骤2中，将用于大尺寸复合材料筒体成型的复合材料预浸料逐层铺覆在芯模的外表面，各层预浸料的铺层过程中，均通过铺贴工具赶出空气，防止复材层之间出现孔隙缺陷。