[发明专利]复合材料舱段、成型模具及复合材料梁的制备方法

说明书

本发明提供一种复合材料舱段、成型模具及复合材料梁的制备方法，包括上内筒、下内筒、上压板、下压板、上内分瓣、下内分瓣以及外分瓣；上内筒与下内筒相对应固定，在上内筒的外部固定连接上内分瓣，在下内筒的外部固定连接下内分瓣，上内分瓣与下内分瓣之间留有用于铺放复合材料舱段的T型环框的T型凹槽空隙，在上内分瓣与下内分瓣的外侧固定外分瓣，上内分瓣和下内分瓣与外分瓣之间留有用于成型复合材料舱段的空隙，上压板固定在上内筒的端面上并在外分瓣内侧。本发明能够解决传统T型环框和蒙皮二次装配工艺带来的胶接面脱粘、装配精度差和变形问题，可缩短生产周期，避免采用热压罐工艺制备的复合材料带来架桥、空洞、弥散性缺陷等内部质量问题。

技术领域

本发明复合材料壳体成型涉及技术领域，特别涉及一种复合材料舱段、成型模具及复合材料梁的制备方法。

背景技术

碳纤维增强热固性树脂以其高比强度、高比模量等优异的力学性能，被广泛应用在航空、航天等前沿技术领域。通常，碳纤维复合材料代替金属材料成为航天器的主要承载结构材料。复合材料壳体蒙皮内侧的加强筋、框等有利于提高壳体的整体或局部强度及刚度性能，并且可承担部分功能作用。

复合材料壳体的加强筋、框及蒙皮的一体成型技术是指各部分复合材料预浸料铺放后，整体升温、加压，共固化成型。复合材料壳体一体成型技术可避免二次胶接引起的脱粘问题和装配型面不匹配，导致的胶接后整舱变形问题，可有效的缩短生产周期。并且，筋、框与蒙皮共固化得到的复合材料壳体具有更优的力学性能及可靠性。碳纤维增强热固性树脂基复合材料通常采取金属对模加压工艺和热压罐加压工艺成型。虽然热压罐加压工艺具有使产品各部分受力均匀的特点，但是若产品厚度差别大，会导致产品型面尺寸精度差，故该工艺较难实现复杂结构产品的一体成型；而金属对模加压工艺采用尺寸控制的方式对产品加压，可有效保证产品尺寸精度，且可实现复杂结构产品的一体成型。但是，金属对模工艺通常需要较长的模具制造周期，和相对成熟的操作技术人员来保证产品的质量。

发明内容

本发明的目的是为了克服已有技术的缺陷，提出一种复合材料舱段、成型模具及复合材料梁的制备方法，能够解决传统T型环框和蒙皮二次装配工艺带来的胶接面脱粘、装配精度差和整舱变形问题，可显著缩短生产周期；同时，避免采用热压罐工艺制备复杂结构复合材料带来的架桥、空洞、弥散性缺陷等内部质量问题。

为实现上述目的，本发明采用以下具体技术方案：

本发明提供的复合材料舱段成型模具，包括上内筒、下内筒、上压板、下压板、上内分瓣、下内分瓣以及外分瓣；上内筒与下内筒相对应固定，在上内筒的外部固定连接上内分瓣，在下内筒的外部固定连接下内分瓣，上内分瓣与下内分瓣之间留有用于铺放复合材料舱段的T型环框的T型凹槽空隙，在上内分瓣与下内分瓣的外侧固定外分瓣，上内分瓣和下内分瓣与外分瓣之间留有用于成型复合材料舱段的空隙，上压板固定在上内筒的端面上并在外分瓣的内侧。

优选地，上内筒、下内筒的分割面在复合材料舱段成型模具所制备复合材料局部特征的中性面上。

优选地，上内分瓣与下内分瓣沿环向方向分为4～6瓣；外分瓣沿径向方向分为3～4块。

优选地，上内筒与下内筒的材料为铸钢，上压板、下压板、上内分瓣、下内分瓣以及外分瓣的材料为Q235或45号钢。

本发明提供的复合材料舱段，包括T型环框、蒙皮、加强区以及端框，蒙皮在复合材料舱段的外侧，在复合材料舱段的上、下两端面固定连接端框，T型环框在复合材料舱段的内部，T型环框包括T型环框翼板和T型环框腹板，T型环框翼板平行固定在蒙皮上，T型环框腹板垂直固定在T型环框翼板上。

本发明提供的复合材料梁的一体成型制备方法，包括如下步骤：

S1、制备复合材料预浸料，控制复合材料预浸料的纤维体积含量在54％～60％之间；

S2、将上内筒与上内分瓣组装，将下内筒与下内分瓣组装，分为上、下两部分；