專利名稱：碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料網(wǎng)格結(jié)構(gòu)件成型模具及成型方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種復(fù)合材料網(wǎng)格結(jié)構(gòu)件成型模具及成型方法，具體涉及一 種碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料網(wǎng)格結(jié)構(gòu)件成型模具及成型方法。
背景技術(shù)：
隨著航天事業(yè)的發(fā)展，尤其是航天材料工藝水平的不斷提高，復(fù)合材料 網(wǎng)格結(jié)構(gòu)得到愈來愈廣泛的應(yīng)用。單向復(fù)合材料交叉制成的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)可以充 分發(fā)揮復(fù)合材料的優(yōu)越性，設(shè)計(jì)和制造工藝的不斷完善可望盡快降低制造成 本，有廣闊的發(fā)展前景和巨大的潛能。最為常見的成型網(wǎng)格的模具方法主要
是以下三種 一是軟模成型，該方法美國(guó)空軍飛力普實(shí)驗(yàn)室(USAF Phillips Laboratory)處于技術(shù)領(lǐng)先地位，并用于生產(chǎn)太陽能極板、整流罩和導(dǎo)彈適 配器。但是軟模成型的方法也有其缺點(diǎn)，產(chǎn)品表面光潔度差，筋條尺寸不穩(wěn) 定，產(chǎn)品固化后需要將軟模劈開，成本較高，同時(shí)對(duì)于筋條的高度/寬度比較 大的結(jié)構(gòu)將難以脫模。另一種網(wǎng)格成型方法是采用硬質(zhì)泡沬塑料開溝槽的模 具方案。與軟模法相似，纖維束和樹脂進(jìn)入泡沫溝槽從而形成網(wǎng)格結(jié)構(gòu)。泡 沫可以留在復(fù)合材料結(jié)構(gòu)中，起到保溫隔音的作用，也可以通過機(jī)械、化學(xué) 或熱破壞等方法除掉。這種方法的主要缺點(diǎn)在于，網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)纖維體積含量最 高為60%，因而導(dǎo)致筋條非節(jié)點(diǎn)部位纖維含量為節(jié)點(diǎn)處的50%，纖維體積 含量?jī)H為30%。在這種纖維體積含量下，網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的性能遠(yuǎn)低于鋪層成型復(fù) 合材料結(jié)構(gòu)。另一種方法是硬模法，如金屬模。其缺點(diǎn)在于纖維體積含量低， 筋條高度不能過高，勞動(dòng)強(qiáng)度大等。但優(yōu)點(diǎn)也十分明顯，即產(chǎn)品的尺寸穩(wěn)定 性好，精度高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料網(wǎng)格結(jié)構(gòu)件成 型模具，該模具可多次重復(fù)使用，成型產(chǎn)品的網(wǎng)格加強(qiáng)筋具有較高的尺寸精 度和位置精度，產(chǎn)品質(zhì)量一致性好；本發(fā)明還提供一種碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù) 合材料網(wǎng)格結(jié)構(gòu)件成型方法，其整體共固化成型有利于保證復(fù)合材料網(wǎng)格結(jié) 構(gòu)制品的整體性能和質(zhì)量的一致性，使結(jié)構(gòu)具有良好的剛性和承載能力。本發(fā)明所述的碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料網(wǎng)格結(jié)構(gòu)件成型模具，其由內(nèi) 層至外層依次為主體模、分瓣網(wǎng)格陽模、陰模；兩個(gè)端框壓環(huán)分別設(shè)置在主 體模和分瓣網(wǎng)格陽模組合體的上方及下方；所述的主體模為鋼材料制成；所 述的分瓣網(wǎng)格陽模、陰模均為鋁合金材料制成；所述的分瓣網(wǎng)格陽模在縱向 及環(huán)向分成若干瓣。
如上所述的一種碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料網(wǎng)格結(jié)構(gòu)件成型模具，其所 述的分瓣網(wǎng)格陽模在縱向網(wǎng)格加強(qiáng)筋兩端部處設(shè)有擴(kuò)展槽；所述的分瓣網(wǎng)格 陽模在網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)中心處劃窩，并在網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)的四個(gè)角處設(shè)有倒角；所述的劃 窩直徑O約為網(wǎng)格加強(qiáng)筋寬度，劃窩深度在1.5mm 2mm;所述的倒角的半 徑R采用如下公式計(jì)算
W J-
V 4-；r
公式中R為倒角的半徑；
a為縱向加強(qiáng)筋寬度； b為環(huán)向加強(qiáng)筋寬度； 本發(fā)明所述的碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料網(wǎng)格結(jié)構(gòu)件成型模具，其由內(nèi) 層至外層依次為主體模、硅橡膠網(wǎng)格陽模、陰模；兩個(gè)端框壓環(huán)分別設(shè)置在 主體模和硅橡膠網(wǎng)格陽模的組合體上方及下方；所述的主體模為鋼材料制 成；所述的硅橡膠網(wǎng)格模是由硅橡膠材料制成；所述的陰模為鋁合金材料制 成。
如上所述的一種碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料網(wǎng)格結(jié)構(gòu)件成型模具，其所 述的硅橡膠網(wǎng)格陽模在縱向網(wǎng)格加強(qiáng)筋兩端部處設(shè)有擴(kuò)展槽；所述的硅橡膠 網(wǎng)格陽模在網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)的四個(gè)角處設(shè)有倒角；所述的倒角的半徑R采用如下公 式計(jì)算
n
\| 4一冗
公式中R為倒角的半徑；
a為縱向加強(qiáng)筋寬度； b為環(huán)向加強(qiáng)筋寬度；
本發(fā)明所述的碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料網(wǎng)格結(jié)構(gòu)件成型方法，其按如
下步驟依次進(jìn)行(1) tr先將分瓣網(wǎng)格陽模固定到主體模上，然后在主體模上安裝法蘭;
(2) 將步驟(1)所得模具放置在纏繞機(jī)上，向模具外層的分瓣網(wǎng)格 陽模(2)的網(wǎng)格加強(qiáng)筋處纏繞碳纖維預(yù)浸絲；纏繞時(shí)取一根或幾根碳纖維 預(yù)浸絲，先依次纏繞各縱向網(wǎng)格加強(qiáng)筋，然后再纏繞各環(huán)向網(wǎng)格加強(qiáng)筋，以 此為-一個(gè)纏繞循環(huán)，如此循環(huán)，直至分瓣網(wǎng)格陽模的網(wǎng)格加強(qiáng)筋纏繞完畢；
(3) 對(duì)歩驟(2)所得纏繞完碳纖維預(yù)浸絲的模具進(jìn)行若干次吸膠壓實(shí) 處理，所述的吸膠壓實(shí)處理采用下述方法中的任意一種或兩種均采用；
所述的一種吸膠壓實(shí)處理方法為，將預(yù)先澆鑄好的硅橡膠網(wǎng)格嵌入步驟 (2)纏繞完碳纖維預(yù)浸絲的分瓣網(wǎng)格陽模的各網(wǎng)格加強(qiáng)筋中，用真空袋將 模具密封，抽真空，溫度在40 70。C，壓力在0.2 0.6Mpa，從而利用硅橡 膠對(duì)各網(wǎng)格加強(qiáng)筋傳遞壓力，實(shí)現(xiàn)將各網(wǎng)格加強(qiáng)筋處的多余的樹脂及揮發(fā)份 排出，并壓實(shí)碳纖維預(yù)浸絲；
所述的另一種吸膠壓實(shí)處理方法為，用真空袋將步驟(2)所得模具密 封，抽真空，溫度在40 7(TC，壓力在0.2 0.6Mpa，從而利用硅橡膠對(duì)各 網(wǎng)格加強(qiáng)筋傳遞壓力，實(shí)現(xiàn)將各網(wǎng)格加強(qiáng)筋處的多余的樹脂及揮發(fā)份排出， 并壓實(shí)碳纖維預(yù)浸絲；
(4) 向步驟(3)所得經(jīng)吸膠壓實(shí)處理后的模具表面鋪蒙皮，環(huán)向蒙皮 采用碳纖維預(yù)浸絲纏繞，其余位置蒙皮采用碳纖維無緯布鋪層；然后在模具 的上方及下方安裝端框壓環(huán)；
(5) 對(duì)步驟(4)所得鋪完蒙皮后的模具進(jìn)行若干次吸膠處理，吸膠處 理時(shí)將模具用真空袋包封，抽真空，溫度在40 70。C，壓力在0.2 0.6Mpa， 以排除多余的樹脂及揮發(fā)份；
(6) 向步驟(5)所得模具外安裝陰模，模具下方的端框壓環(huán)下安裝底 座；然后將模具在溫度為100—180。C，壓力為0.3 3.0MPa進(jìn)行固化；
(7) 對(duì)步驟(6)所得固化后的模具，先依次拆掉陰模、底座、兩個(gè)端 框壓環(huán)；再將主體模向上拔出，分瓣網(wǎng)格陽模向內(nèi)部拔出，最后得到纖維增 強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料網(wǎng)格結(jié)構(gòu)件。
如上所述的碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料網(wǎng)格結(jié)構(gòu)件成型方法，其所述的 碳纖維預(yù)浸絲纏繞根數(shù)采用如下公式進(jìn)行計(jì)算
<formula>formula see original document page 8</formula>公式中，"為碳纖維預(yù)浸絲根數(shù)； S為網(wǎng)格加強(qiáng)筋截面積；
":為'碳纖維l強(qiáng)樹iii復(fù)合桐:料中碳纖維重量百分含量；
巧'為碳纖維預(yù)浸絲線密度。 如上所述的碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料網(wǎng)格結(jié)構(gòu)件成型方法，其在步驟 (2)所述的纏繞各縱向網(wǎng)格加強(qiáng)筋時(shí)，當(dāng)纏繞至縱向網(wǎng)格加強(qiáng)筋兩端部的 擴(kuò)展槽處，碳纖維預(yù)浸絲向兩側(cè)均勻散開、連續(xù)延伸至端框表面；在步驟(4) 所述的在縱向網(wǎng)格加強(qiáng)筋端部處鋪蒙皮時(shí)，碳纖維無緯布為變厚度鋪層，從 而在網(wǎng)格加強(qiáng)筋、蒙皮、端框之間形成一個(gè)過渡區(qū)。
本發(fā)明所述的碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料網(wǎng)格結(jié)構(gòu)件成型方法，其按如 下步驟依次進(jìn)行
(1) 首先將硅橡膠網(wǎng)格模固定到主體模上，然后在主體模上安裝法蘭;
(2) 將步驟(1)所得模具放置在纏繞機(jī)上，向模具外層的硅橡膠網(wǎng) 格模的網(wǎng)格加強(qiáng)筋處纏繞碳纖維預(yù)浸絲；纏繞時(shí)取一根或幾根碳纖維預(yù)浸 絲，先依次纏繞各縱向網(wǎng)格加強(qiáng)筋，然后再纏繞各環(huán)向網(wǎng)格加強(qiáng)筋，以此為 一個(gè)纏繞循環(huán)，如此循環(huán)，直至硅橡膠網(wǎng)格模的網(wǎng)格加強(qiáng)筋纏繞完畢；
(3) 向步驟(2)所得纏繞完碳纖維預(yù)浸絲的模具表面鋪蒙皮，環(huán)向蒙 皮采用碳纖維預(yù)浸絲纏繞，其余位置蒙皮采用碳纖維無緯布鋪層；然后在模 具的上方及下方安裝端框壓環(huán)；
(4) 對(duì)步驟(3)所得鋪完蒙皮后的模具進(jìn)行若干次吸膠處理，吸膠處 理時(shí)將模具用真空袋包封，抽真空，溫度在40 70。C，壓力在0.2 0.6Mpa， 以排除多余的樹脂及揮發(fā)份；
(5) 向步驟(4)所得模具外安裝陰模，模具下方的端框壓環(huán)下安裝底 座；然后將模具在溫度為100—180。C，壓力為0.3 3.0MPa進(jìn)行固化；
(6) 對(duì)步驟(5)所得固化后的模具，先依次拆掉陰模、底座、兩個(gè)端 框壓環(huán)；再將主體模向上拔出，硅橡膠網(wǎng)格模向內(nèi)部拔出，最后得到纖維增 強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料網(wǎng)格結(jié)構(gòu)件。
如上所述的碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料網(wǎng)格結(jié)構(gòu)件成型方法，其所述的 碳纖維預(yù)浸絲纏繞根數(shù)釆用如下公式進(jìn)行計(jì)算
9<formula>formula see original document page 10</formula>
公式中，"為碳纖維預(yù)浸絲根數(shù)； S為網(wǎng)格加強(qiáng)筋截面積； P為碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料的密度； W/為碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料中碳纖維重量百分含量； 巧為碳纖維預(yù)浸絲線密度。 如上所述的碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料網(wǎng)格結(jié)構(gòu)件成型方法，其在步驟 (2)所述的纏繞各縱向網(wǎng)格加強(qiáng)筋時(shí)，當(dāng)纏繞至縱向網(wǎng)格加強(qiáng)筋兩端部的 擴(kuò)展槽處，碳纖維預(yù)浸絲向兩側(cè)均勻散開、連續(xù)延伸至端框表面；在步驟(3) 所述的在縱向網(wǎng)格加強(qiáng)筋端部處鋪蒙皮時(shí)，碳纖維無緯布為變厚度鋪層，從 而在網(wǎng)格加強(qiáng)筋、蒙皮、端框之間形成一個(gè)過渡區(qū)。
本發(fā)明的效果在于本發(fā)明所述的碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料網(wǎng)格結(jié)構(gòu) 件成型模具，適用于成型筋條尺寸較大的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，可以有效解決大尺寸加 強(qiáng)筋網(wǎng)格結(jié)構(gòu)不易加壓和脫模困難的問題。本發(fā)明模具可多次重復(fù)使用，成 型產(chǎn)品的網(wǎng)格加強(qiáng)筋具有較高的尺寸精度和位置精度，產(chǎn)品質(zhì)量一致性好， 利于產(chǎn)品的后期裝配。采用的分瓣網(wǎng)格陽模，適用于高性能網(wǎng)格結(jié)構(gòu)產(chǎn)品的 成型；其分瓣形式解決了網(wǎng)格結(jié)構(gòu)難于脫模的問題。采用的硅橡膠網(wǎng)格模， 利用硅橡膠的柔軟、易于變形的特點(diǎn)，有效的解決了對(duì)網(wǎng)格加強(qiáng)筋的壓力施 加和脫模的問題；產(chǎn)品密實(shí)度高，不易產(chǎn)生缺陷；適用于三角形網(wǎng)格等復(fù)雜 的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)制品；模具成本相對(duì)較低。在網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)處模具劃窩并進(jìn)行倒角，
增加體積，解決了網(wǎng)格加強(qiáng)筋連續(xù)交叉的問題。本發(fā)明所述的碳纖維增強(qiáng)樹 脂基復(fù)合材料網(wǎng)格結(jié)構(gòu)件成型方法，整體共固化成型有利于保證復(fù)合材料網(wǎng) 格結(jié)構(gòu)制品的整體性能和質(zhì)量的一致性，使結(jié)構(gòu)具有良好的剛性和承載能 力。本發(fā)明成型方法可實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)合材料網(wǎng)格結(jié)構(gòu)制品的加壓固化，最終保證 在熱壓固化后的網(wǎng)格加強(qiáng)筋和蒙皮具有一定的纖維體積含量和較低的空隙 率，同時(shí)保證網(wǎng)格加強(qiáng)筋與蒙皮界面的粘接質(zhì)量。由于蒙皮和網(wǎng)格加強(qiáng)筋條 為纏繞成型，纏繞張力作為預(yù)緊力，可以有效地約束硅橡膠對(duì)復(fù)合材料產(chǎn)生 的壓力。利用硅橡膠模傳遞壓力吸膠，有效地保證了網(wǎng)格加強(qiáng)筋條的含膠量 和密度，確保了復(fù)雜網(wǎng)格結(jié)構(gòu)具有較高的纖維體積含量和較低的孔隙率；蒙 皮、網(wǎng)格加強(qiáng)筋、端框形成的過渡區(qū)變厚度鋪層，網(wǎng)格加強(qiáng)筋條在擴(kuò)展槽處連續(xù)延仲，有效解決了網(wǎng)格加強(qiáng)筋、蒙皮、端框的過渡問題，實(shí)現(xiàn)了復(fù)合材 料網(wǎng)格結(jié)構(gòu)產(chǎn)品的整體共固化成型。


圖1為實(shí)施例1所述的碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料網(wǎng)格結(jié)構(gòu)件成型模具 結(jié)構(gòu)示意圖2為圖1中I部分端框處放大圖； 圖3為圖1中分瓣網(wǎng)格陽模示剖視圖； 圖4為圖1中分瓣網(wǎng)格陽模局部展開圖； 圖5為圖3中擴(kuò)展槽放大圖； 圖6為圖3中網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)放大圖7為實(shí)施例2所述的碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料網(wǎng)格結(jié)構(gòu)件成型模具 結(jié)構(gòu)示意圖中l(wèi).主體模；2.分瓣網(wǎng)格陽模；3.網(wǎng)格產(chǎn)品；4.端框；5.底座；6.端 框壓環(huán)；7.法蘭；8.陰模；9.硅橡膠網(wǎng)格模；IO.擴(kuò)展槽；ll.網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)；12. 劃窩；13.倒角；14.網(wǎng)格加強(qiáng)筋；15.蒙皮。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1
如圖1所示，本發(fā)明所述的碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料網(wǎng)格結(jié)構(gòu)件成型 模具，其由內(nèi)層至外層依次為主體模l、分瓣網(wǎng)格陽模2、陰模8;兩個(gè)端框 壓環(huán)6分別設(shè)置在主體模1和分瓣網(wǎng)格陽模2組合體的上方及下方；所述的 主體模l為鋼制成；所述的分瓣網(wǎng)格陽模2、陰模8均為鋁合金制成。如圖 3及圖4所示，分瓣網(wǎng)格陽模2在縱向及環(huán)向分成若干瓣。
如圖5所示，分瓣網(wǎng)格陽模2在縱向網(wǎng)格加強(qiáng)筋兩端部處設(shè)有擴(kuò)展槽10。 如圖6所示，分瓣網(wǎng)格陽模2在網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)11中心處劃窩12，并在網(wǎng)格 節(jié)點(diǎn)11的四個(gè)角處設(shè)有倒角13;所述的劃窩直徑O約為網(wǎng)格加強(qiáng)筋寬度， 劃窩深度在1.5mm 2mm;所述的倒角的半徑R采用如下公式計(jì)算
W J-
\| 4一；r
公式中R為倒角的半徑；
a為縱向加強(qiáng)筋寬度； b為環(huán)向加強(qiáng)筋寬度。木發(fā)明所述的碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料網(wǎng)格結(jié)構(gòu)件成型方法，其采用 上述模具，按照如下歩驟依次進(jìn)行
(1) 如圖1所示，首先將分瓣網(wǎng)格陽模2固定到主體模1上，然后在 主體模1上安裝法蘭7。
(2) 將步驟(1)所得模具放置在纏繞機(jī)上，向模具外層的分瓣網(wǎng)格陽 模2的網(wǎng)格加強(qiáng)筋處纏繞碳纖維預(yù)浸絲。
碳纖維預(yù)浸絲纏繞根數(shù)采用如下公式進(jìn)行計(jì)算
公式中，"為碳纖維預(yù)浸絲根數(shù)；
S為網(wǎng)格加強(qiáng)筋截面積；
P為碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料的密度；
為碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料中碳纖維重量百分含量；
^為碳纖維預(yù)浸絲線密度； 纏繞時(shí)取一根或幾根碳纖維預(yù)浸絲，先依次纏繞各縱向網(wǎng)格加強(qiáng)筋，然 后再纏繞各環(huán)向網(wǎng)格加強(qiáng)筋，以此為一個(gè)纏繞循環(huán)，如此循環(huán)，直至分瓣網(wǎng) 格陽模2的網(wǎng)格加強(qiáng)筋纏繞完畢。如圖5所示，在纏繞各縱向網(wǎng)格加強(qiáng)筋時(shí)， 當(dāng)纏繞至縱向網(wǎng)格加強(qiáng)筋兩端部的擴(kuò)展槽10處，碳纖維預(yù)浸絲向兩側(cè)均勻 散開、連續(xù)延伸至端框表面。
(3) 對(duì)步驟(2)所得纏繞完碳纖維預(yù)浸絲的模具進(jìn)行若千次吸膠壓實(shí) 處理，所述的吸膠壓實(shí)處理采用下述方法中的任意一種或兩種均采用。
所述的一種吸膠壓實(shí)處理方法為，將預(yù)先澆鑄好的硅橡膠網(wǎng)格嵌入步驟 (2)纏繞完碳纖維預(yù)浸絲的分瓣網(wǎng)格陽模2的各網(wǎng)格加強(qiáng)筋中，用真空袋 將模具密封，抽真空，溫度在40 7(TC，壓力在0.2 0.6Mpa，從而利用硅 橡膠對(duì)各網(wǎng)格加強(qiáng)筋傳遞壓力，實(shí)現(xiàn)將各網(wǎng)格加強(qiáng)筋處的多余的樹脂及揮發(fā) 份排出，并壓實(shí)碳纖維預(yù)浸絲；
所述的另一種吸膠壓實(shí)處理方法為，用真空袋將步驟(2)所得模具密 封，抽真空，溫度在40 7(TC，壓力在0.2 0.6Mpa，從而利用硅橡膠對(duì)各 網(wǎng)格加強(qiáng)筋傳遞壓力，實(shí)現(xiàn)將各網(wǎng)格加強(qiáng)筋處的多余的樹脂及揮發(fā)份排出， 并壓實(shí)碳纖維預(yù)浸絲。
(4) 向步驟(3)所得經(jīng)吸膠壓實(shí)處理后的模具表面鋪蒙皮，環(huán)向蒙皮釆用碳纖維預(yù)浸絲纏繞，其余位置蒙皮采用碳纖維無緯布鋪層；然后在模具 的上方及下方安裝端框壓環(huán)6;如圖2所示，在縱向網(wǎng)格加強(qiáng)筋端部處鋪蒙 皮時(shí)，碳纖維無緯布為變厚度鋪層，從而在網(wǎng)格加強(qiáng)筋14、蒙皮15、端框4
之間形成一個(gè)過渡區(qū)。
(5) 對(duì)歩驟(4)所得鋪完蒙皮后的模具進(jìn)行若干次吸膠處理，吸膠處 理時(shí)將模具用真空袋包封，抽真空，溫度在40 70。C，壓力在0.2 0.6Mpa， 以排除多余的樹脂及揮發(fā)份。
(6) 向步驟(5)所得模具外安裝陰模8，模具下方的端框壓環(huán)6下安 裝底座5;然后將模具在溫度為100—18(TC，壓力為0.3 3.0MPa進(jìn)行固化。
(7) 對(duì)步驟(6)所得固化后的模具，先依次拆掉陰模8、底座5、兩 個(gè)端框壓環(huán)6;再將主體模l向上拔出，分瓣網(wǎng)格陽模2向內(nèi)部拔出，最后 得到纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料網(wǎng)格結(jié)構(gòu)件。
實(shí)施例2
如圖7所示，碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料網(wǎng)格結(jié)構(gòu)件成型模具，其由內(nèi) 層至外層依次為主體模l、硅橡膠網(wǎng)格陽模9、陰模8;兩個(gè)端框壓環(huán)6分別 設(shè)置在主體模1和硅橡膠網(wǎng)格陽模9的組合體上方及下方；所述的主體模1 為鋼制成；所述的硅橡膠網(wǎng)格模是由硅橡膠材料制成；所述的陰模8為鋁合 金制成。
硅橡膠網(wǎng)格陽模9在縱向網(wǎng)格加強(qiáng)筋兩端部處設(shè)有擴(kuò)展槽。硅橡膠網(wǎng)格 陽模9在網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)的四個(gè)角處設(shè)有倒角；所述的倒角的半徑R采用如下公式
計(jì)算
V 4-7T
公式中R為倒角的半徑；
a為縱向加強(qiáng)筋寬度；
b為環(huán)向加強(qiáng)筋寬度；
本發(fā)明所述的碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料網(wǎng)格結(jié)構(gòu)件成型方法，其采用
上述模具，按如下步驟依次進(jìn)行
(1) 首先將硅橡膠網(wǎng)格模9固定到主體模l上，然后在主體模l上安
裝法蘭7;
(2) 將步驟(l)所得模具放置在纏繞機(jī)上，向模具外層的硅橡膠網(wǎng)
13格模9的網(wǎng)格加強(qiáng)筋處纏繞碳纖維預(yù)浸絲。
碳纖維預(yù)浸絲纏繞根數(shù)采用如下公式進(jìn)行計(jì)算
M = 5* X /7 X附,//7,
公式中，"為碳纖維預(yù)浸絲根數(shù)； S為網(wǎng)格加強(qiáng)筋截面積； P為碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料的密度； W/為碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料中碳纖維重量百分含量； ^為碳纖維預(yù)浸絲線密度； 纏繞時(shí)取一根或幾根碳纖維預(yù)浸絲，先依次纏繞各縱向網(wǎng)格加強(qiáng)筋，然 后再纏繞各環(huán)向網(wǎng)格加強(qiáng)筋，以此為一個(gè)纏繞循環(huán)，如此循環(huán)，直至硅橡膠 網(wǎng)格模9的網(wǎng)格加強(qiáng)筋纏繞完畢；在纏繞各縱向網(wǎng)格加強(qiáng)筋時(shí)，當(dāng)纏繞至縱 向網(wǎng)格加強(qiáng)筋兩端部的擴(kuò)展槽處，碳纖維預(yù)浸絲向兩側(cè)均勻散開、連續(xù)延伸 至端框表面。
(3) 向步驟(2)所得纏繞完碳纖維預(yù)浸絲的模具表面鋪蒙皮，環(huán)向蒙 皮采用碳纖維預(yù)浸絲纏繞，其余位置蒙皮采用碳纖維無緯布鋪層；然后在模 具的上方及下方安裝端框壓環(huán)6;在縱向網(wǎng)格加強(qiáng)筋端部處鋪蒙皮時(shí)，碳纖 維無緯布為變厚度鋪層，從而在網(wǎng)格加強(qiáng)筋14、蒙皮15、端框4之間形成 一個(gè)過渡區(qū)。
(4) 對(duì)步驟(3)所得鋪完蒙皮后的模具進(jìn)行若干次吸膠處理，吸膠處 理時(shí)將模具用真空袋包封，抽真空，溫度在40 70。C，壓力在0.2 0.6Mpa，
以排除多余的樹脂及揮發(fā)份。
(5) 向步驟(4)所得模具外安裝陰模8，模具下方的端框壓環(huán)6下安 裝底座5;然后將模具在溫度為100—180。C，壓力為0.3 3.0MPa進(jìn)行固化。
(6) 對(duì)步驟(5)所得固化后的模具，先依次拆掉陰模8、底座5、兩 個(gè)端框壓環(huán)6;再將主體模l向上拔出，硅橡膠網(wǎng)格模9向內(nèi)部拔出，最后 得到纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料網(wǎng)格結(jié)構(gòu)件。
權(quán)利要求
1. 一種碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料網(wǎng)格結(jié)構(gòu)件成型模具，其特征在于它由內(nèi)層至外層依次為主體模(1)、分瓣網(wǎng)格陽模(2)、陰模(8)；兩個(gè)端框壓環(huán)(6)分別設(shè)置在主體模(1)和分瓣網(wǎng)格陽模(2)組合體的上方及下方；所述的主體模(1)為鋼材料制成；所述的分瓣網(wǎng)格陽模(2)、陰模(8)均為鋁合金材料制成；所述的分瓣網(wǎng)格陽模(2)在縱向及環(huán)向分成若干瓣。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料網(wǎng)格結(jié)構(gòu)件 成型模具，其特征在于所述的分瓣網(wǎng)格陽模(2)在縱向網(wǎng)格加強(qiáng)筋兩端 部處設(shè)有擴(kuò)展槽(10);所述的分瓣網(wǎng)格陽模(2)在網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)(11)中心處 劃窩(12)，并在網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)(11)的四個(gè)角處設(shè)有倒角(13);所述的劃窩 直徑O約為網(wǎng)格加強(qiáng)筋寬度，劃窩深度在1.5mm 2mm;所述的倒角的半徑 R采用如下公式計(jì)算W《1/-公式中R為倒角的半徑；a為縱向加強(qiáng)筋寬度； b為環(huán)向加強(qiáng)筋寬度；
3. —種碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料網(wǎng)格結(jié)構(gòu)件成型模具，其特征在于-它由內(nèi)層至外層依次為主體模(l)、硅橡膠網(wǎng)格陽模(9)、陰模(8);兩 個(gè)端框壓環(huán)(6)分別設(shè)置在主體模(l)和硅橡膠網(wǎng)格陽模(9)的組合體 上方及下方；所述的主體模(l)為鋼材料制成；所述的硅橡膠網(wǎng)格模是由 硅橡膠材料制成；所述的陰模(8)為鋁合金材料制成。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料網(wǎng)格結(jié)構(gòu)件 成型模具，其特征在于所述的硅橡膠網(wǎng)格陽模(9)在縱向網(wǎng)格加強(qiáng)筋兩 端部處設(shè)有擴(kuò)展槽(10);所述的硅橡膠網(wǎng)格陽模(9)在網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)的四個(gè)角 處設(shè)有倒角；所述的倒角的半徑R采用如下公式計(jì)算\[4 —7T
5. —種碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料網(wǎng)格結(jié)構(gòu)件成型方法，其特征在于: 該方法按如下步驟依次進(jìn)行(1) 首先將分瓣網(wǎng)格陽模(2)固定到主體模(1)上，然后在主體模(1) 上安裝法蘭(7);(2) 將歩驟(1)所得模具放置在纏繞機(jī)上，向模具外層的分瓣網(wǎng)格 陽模(2)的網(wǎng)格加強(qiáng)筋處纏繞碳纖維預(yù)浸絲；纏繞時(shí)取一根或幾根碳纖維 預(yù)浸絲，先依次纏繞各縱向網(wǎng)格加強(qiáng)筋，然后再纏繞各環(huán)向網(wǎng)格加強(qiáng)筋，以 此為一個(gè)纏繞循環(huán)，如此循環(huán)，直至分瓣網(wǎng)格陽模(2)的網(wǎng)格加強(qiáng)筋纏繞 完畢；(3) 對(duì)步驟(2)所得纏繞完碳纖維預(yù)浸絲的模具進(jìn)行若干次吸膠壓實(shí) 處理，所述的吸膠壓實(shí)處理采用下述方法中的任意一種或兩種均采用；所述的一種吸膠壓實(shí)處理方法為，將預(yù)先澆鑄好的硅橡膠網(wǎng)格嵌入步驟(2) 纏繞完碳纖維預(yù)浸絲的分瓣網(wǎng)格陽模(2)的各網(wǎng)格加強(qiáng)筋中，用真空 袋將模具密封，抽真空，溫度在40 70。C，壓力在0.2 0.6Mpa，從而利用 硅橡膠對(duì)各網(wǎng)格加強(qiáng)筋傳遞壓力，實(shí)現(xiàn)將各網(wǎng)格加強(qiáng)筋處的多余的樹脂及揮 發(fā)份排出，并壓實(shí)碳纖維預(yù)浸絲；所述的另一種吸膠壓實(shí)處理方法為，用真空袋將步驟(2)所得模具密 封，抽真空，溫度在40 7(TC，壓力在0.2 0.6Mpa，從而利用硅橡膠對(duì)各 網(wǎng)格加強(qiáng)筋傳遞壓力，實(shí)現(xiàn)將各網(wǎng)格加強(qiáng)筋處的多余的樹脂及揮發(fā)份排出， 并壓實(shí)碳纖維預(yù)浸絲；(4) 向步驟(3)所得經(jīng)吸膠壓實(shí)處理后的模具表面鋪蒙皮，環(huán)向蒙皮 采用碳纖維預(yù)浸絲纏繞，其余位置蒙皮采用碳纖維無緯布鋪層；然后在模具 的上方及下方安裝端框壓環(huán)(6);(5) 對(duì)步驟(4)所得鋪完蒙皮后的模具進(jìn)行若干次吸膠處理，吸膠處 理時(shí)將模具用真空袋包封，抽真空，溫度在40 7(TC，壓力在0.2 0.6Mpa， 以排除多余的樹脂及揮發(fā)份；(6) 向步驟(5)所得模具外安裝陰模(8)，模具下方的端框壓環(huán)(6) 下安裝底座(5);然后將模具在溫度為100—18(TC，壓力為0.3 3.0MPa進(jìn) 行固化；(7) 對(duì)歩驟(6)所得固化后的模具，先依次拆掉陰模(8)、底座(5)、 兩個(gè)端框壓環(huán)(6);再將主體模(1)向上拔出，分瓣網(wǎng)格陽模(2)向內(nèi)部拔出，最后得到纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料網(wǎng)格結(jié)構(gòu)件。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料網(wǎng)格結(jié)構(gòu)件成型方法，其特征在于所述的碳纖維預(yù)浸絲纏繞根數(shù)采用如下公式進(jìn)行計(jì)算/2 二 X /9 X 公式中，"為碳纖維預(yù)浸絲根數(shù)； S為網(wǎng)格加強(qiáng)筋截面積； P為碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料的密度； ^為碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料中碳纖維重量百分含量； ^為碳纖維預(yù)浸絲線密度。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料網(wǎng)格結(jié)構(gòu)件 成型方法，其特征在于在歩驟(2)所述的纏繞各縱向網(wǎng)格加強(qiáng)筋時(shí)，當(dāng) 纏繞至縱向網(wǎng)格加強(qiáng)筋兩端部的擴(kuò)展槽(10)處，碳纖維預(yù)浸絲向兩側(cè)均勻 散開、連續(xù)延伸至端框表面；在步驟(4)所述的在縱向網(wǎng)格加強(qiáng)筋端部處 鋪蒙皮時(shí)，碳纖維無緯布為變厚度鋪層，從而在網(wǎng)格加強(qiáng)筋(14)、蒙皮(15)、 端框(4)之間形成一個(gè)過渡區(qū)。
8. —種碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料網(wǎng)格結(jié)構(gòu)件成型方法，其特征在于: 該方法按如下步驟依次進(jìn)行(1) 首先將硅橡膠網(wǎng)格模(9)固定到主體模(1)上，然后在主體模(1)上安裝法蘭(7);(2) 將步驟(1)所得模具放置在纏繞機(jī)上，向模具外層的硅橡膠網(wǎng) 格模(9)的網(wǎng)格加強(qiáng)筋處纏繞碳纖維預(yù)浸絲；纏繞時(shí)取一根或幾根碳纖維預(yù)浸絲，先依次纏繞各縱向網(wǎng)格加強(qiáng)筋，然后再纏繞各環(huán)向網(wǎng)格加強(qiáng)筋，以此為一個(gè)纏繞循環(huán)，如此循環(huán)，直至硅橡膠網(wǎng)格模(9)的網(wǎng)格加強(qiáng)筋纏繞 完畢；(3) 向步驟(2)所得纏繞完碳纖維預(yù)浸絲的模具表面鋪蒙皮，環(huán)向蒙 皮采用碳纖維預(yù)浸絲纏繞，其余位置蒙皮采用碳纖維無緯布鋪層；然后在模 具的上方及下方安裝端框壓環(huán)(6);(4) 對(duì)步驟(3)所得鋪完蒙皮后的模具進(jìn)行若干次吸膠處理，吸膠處 理時(shí)將模具用真空袋包封，抽真空，溫度在40 7(TC，壓力在0.2 0.6Mpa， 以排除多余的樹脂及揮發(fā)份；(5) 向步驟(4)所得模具外安裝陰模(8)，模具下方的端框壓環(huán)(6)下安裝底座(5);然后將模具在溫度為1:00—180。C，壓力為0.3 3.0MPa進(jìn) 行固化；(6)對(duì)歩驟(5)所得固化后的模具，先依次拆掉陰模(8)、底座(5)、 兩個(gè)端框壓環(huán)(6);再將主體模(1)向上拔出，硅橡膠網(wǎng)格模(9)向內(nèi) 部拔出，最后得到纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料網(wǎng)格結(jié)構(gòu)件。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料網(wǎng)格結(jié)構(gòu)件成型 方法，其特征在于所述的碳纖維預(yù)浸絲纏繞根數(shù)采用如下公式進(jìn)行計(jì)算公式中，"為碳纖維預(yù)浸絲根數(shù)；S為網(wǎng)格加強(qiáng)筋截面積；^為碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料的密度；W,為碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料中碳纖維重量百分含量；^為碳纖維預(yù)浸絲線密度。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料網(wǎng)格結(jié)構(gòu)件 成型方法，其特征在于在步驟(2)所述的纏繞各縱向網(wǎng)格加強(qiáng)筋時(shí)，當(dāng) 纏繞至縱向網(wǎng)格加強(qiáng)筋兩端部的擴(kuò)展槽(10)處，碳纖維預(yù)浸絲向兩側(cè)均勻 散開、連續(xù)延伸至端框表面；在步驟(3)所述的在縱向網(wǎng)格加強(qiáng)筋端部處 鋪蒙皮時(shí)，碳纖維無緯布為變厚度鋪層，從而在網(wǎng)格加強(qiáng)筋(14)、蒙皮(15)、 端框(4)之間形成一個(gè)過渡區(qū)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料網(wǎng)格結(jié)構(gòu)件成型模具及成型方法。本發(fā)明所述的碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料網(wǎng)格結(jié)構(gòu)件成型模具，其由內(nèi)層至外層依次為主體模、分瓣網(wǎng)格陽模、陰模；兩個(gè)端框壓環(huán)分別設(shè)置在主體模和分瓣網(wǎng)格陽模組合體的上方及下方。該模具可多次重復(fù)使用，成型產(chǎn)品的網(wǎng)格加強(qiáng)筋具有較高的尺寸精度和位置精度，產(chǎn)品質(zhì)量一致性好。本發(fā)明所述的碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料網(wǎng)格結(jié)構(gòu)件成型方法，其整體共固化成型有利于保證復(fù)合材料網(wǎng)格結(jié)構(gòu)制品的整體性能和質(zhì)量的一致性，使結(jié)構(gòu)具有良好的剛性和承載能力。
文檔編號(hào)B29C70/54GK101450533SQ200710195829
公開日2009年6月10日 申請(qǐng)日期2007年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月30日
發(fā)明者黨旭佞, 孫宏杰, 煊 李, 蔣元興 申請(qǐng)人:航天材料及工藝研究所