本發(fā)明涉及一種高壓浸漬成型復(fù)合材料桿件的成型方法，屬于復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件加工成型。

背景技術(shù)：

1、隨著航空航天事業(yè)的不斷發(fā)展，輕量化航天器的需求越來(lái)越大，而復(fù)合材料以其優(yōu)異的可設(shè)計(jì)性、高比強(qiáng)度和比模量等優(yōu)勢(shì)逐漸取代金屬材料應(yīng)用于各種航天器中，不僅降低發(fā)射成本，而且精簡(jiǎn)了有效載荷的使用空間。

2、目前衛(wèi)星航天器中的有效載荷系列的主承力結(jié)構(gòu)件復(fù)合材料桿件主要采用濕法纏繞或者卷管成型，該方法成型的復(fù)合材料桿件壓縮量大，含膠量難以控制精準(zhǔn)，在固化打壓時(shí)制品易出現(xiàn)纖維料的滑移和擠壓褶皺，導(dǎo)致主承力桿件纖維連續(xù)性差，壁厚偏單邊等問(wèn)題，進(jìn)而導(dǎo)致桿件表面機(jī)加工損傷多，纖維連續(xù)性缺失，有效的力學(xué)承載能力下降。

3、專利文獻(xiàn)cn104260367a公開了一種輕質(zhì)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)連接件的成型方法，在rtm模具中鋪疊多層碳纖維平紋織物，再將多層碳纖維平紋織物縫合，合模注入樹脂進(jìn)行固化形成制品，該方法為常規(guī)的rtm成型方法，成型的制品具有輕質(zhì)高強(qiáng)及熱穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，與同規(guī)格鋁合金相比減重效果明顯。但是該方案中所提到的成型方法制品表面對(duì)rtm成型模具依賴較大，必須通過(guò)模具限定外形輪廓，而且對(duì)于壁厚偏厚的制品，普通rtm成型制品孔隙率偏高，內(nèi)部缺陷偏多。

4、專利201210187197.5公開了復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件的浸漬成型方法，其由骨架件和編制纖維共同組成一個(gè)整體的與待加工的復(fù)合材料制件的形狀相同的預(yù)制件并浸漬成型，該方式不會(huì)產(chǎn)生層間變形和錯(cuò)位缺陷，增加了復(fù)合材料層間強(qiáng)度以及抗壓和抗彎強(qiáng)度，但其層間孔隙率較難控制，編制預(yù)制體極易出現(xiàn)浸膠不透和不均勻的情況，內(nèi)部缺陷偏多。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是：針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種高壓浸漬成型復(fù)合材料桿件的成型方法。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種高壓浸漬成型復(fù)合材料桿件的成型方法，包括如下步驟：

3、步驟s1、數(shù)控編程：按所需要的復(fù)合材料桿件的結(jié)構(gòu)和尺寸進(jìn)行數(shù)控編程；

4、步驟s2、定型骨架纏繞：將芯模放置在數(shù)控纏繞機(jī)上，以碳纖維浸漬低密度樹脂膠液后依據(jù)纏繞程序纏繞復(fù)合材料桿件骨架；

5、步驟s3、骨架預(yù)固化：將所述步驟s2形成的桿件骨架進(jìn)行預(yù)固化形成多孔結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料桿件骨架；

6、步驟s4、制袋：在骨架外表面包覆儲(chǔ)膠層，制作真空袋；

7、步驟s5、打壓固化：將復(fù)合材料桿件骨架進(jìn)行加熱抽真空，同時(shí)進(jìn)行打壓（即為所述的高壓浸漬）固化成型，形成桿件制品。

8、優(yōu)選地，所述步驟s1中，數(shù)控編程是根據(jù)桿件結(jié)構(gòu)按測(cè)地線纏繞線型進(jìn)行編程。這種編程方法不僅考慮了桿件的幾何形狀和尺寸規(guī)格，還涵蓋了表面粗糙度、公差等級(jí)等要求，以確保加工后的產(chǎn)品能準(zhǔn)確符合設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)?。

9、優(yōu)選地，所述步驟s2中，碳纖維選用縱向拉伸強(qiáng)度≥2000mpa且縱向拉伸模量≥130mpa的高強(qiáng)度碳纖維；樹脂膠液選用密度為0.9±0.015g/cm3左右的濕法纏繞用環(huán)氧樹脂，該密度下的樹脂膠液含有大量的揮發(fā)性溶劑，在加熱過(guò)程中使得骨架層間形成15%~25%的高孔隙率。

10、優(yōu)選地，所述步驟s3中，所述預(yù)固化的條件為：升溫速率1~2℃/min，升溫至120~140℃下保溫2~4h。

11、優(yōu)選地，所述步驟s4中的儲(chǔ)膠層為含膠量70wt%以上的高密度環(huán)氧樹脂層或環(huán)氧熱熔膠膜，所述儲(chǔ)膠層所用的膠液密度為1.1±0.1g/cm3。

12、優(yōu)選地，所述步驟s5中，所述打壓固化成型具體包括：

13、首先在110℃?-115℃保溫0.5-1h，保持真空表壓≤-0.095mpa，打壓0.2~0.5mpa；然后在170℃?-180℃保溫3-3.5h，保壓0.2~0.5mpa，隨后隨爐降至室溫出爐；這種抽真空打壓的方式不僅可以使得膠液在高壓情況下浸透高孔隙率骨架，同時(shí)可以使層間夾雜的空氣隨著真空環(huán)境排出，保證層間質(zhì)量。

14、優(yōu)選地，所述打壓固化成型過(guò)程中升溫和降溫的速率設(shè)置為0.3-0.5℃/min。

15、優(yōu)選地，所述步驟s5之后還包括無(wú)損探傷步驟：拆除桿件制品外表面輔料，取出桿件進(jìn)行超聲無(wú)損探傷。

16、本發(fā)明中，使用超聲檢測(cè)設(shè)備進(jìn)行超聲a掃，無(wú)損探傷標(biāo)準(zhǔn)符合gjb2895-97中的ａ級(jí)要求。

17、本發(fā)明還提供了上述成型方法所獲得的復(fù)合材料桿件。

18、本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下有益效果：

19、1、本發(fā)明選用低密度樹脂膠液浸漬纖維纏繞并進(jìn)行預(yù)固化形成三維立體結(jié)構(gòu)高孔隙率骨架，便于復(fù)合材料桿件定型和注膠通道的形成，整體可設(shè)計(jì)性強(qiáng)；本發(fā)明通過(guò)低密度膠液纏繞在常壓下形成預(yù)成型骨架的方法，將制品在較低的溫度下進(jìn)行預(yù)定型，后續(xù)在注膠或壓膠固化過(guò)程中外形尺寸基本固定。

20、2、多孔結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料桿件骨架無(wú)壓縮量和褶皺，后續(xù)打壓注膠過(guò)程中樹脂同時(shí)沿著纖維方向和孔隙方向滲透，同時(shí)因骨架已定型，無(wú)需進(jìn)行額外機(jī)加工和修整，不產(chǎn)生因加工而造成的纖維連續(xù)性損傷和壁厚偏單邊問(wèn)題；且相比常規(guī)濕法纏繞制品，減少了較大的纖維壓縮量形成的纖維褶皺、探傷不良問(wèn)題。

21、3、高密度膠液或熱熔法膠膜高壓浸漬相較于濕法纏繞成型減少了丙酮等揮發(fā)分敞晾時(shí)間，縮短了一半成型周期，大幅度提高生產(chǎn)效率。

技術(shù)特征：

1.一種高壓浸漬成型復(fù)合材料桿件的成型方法，其特征在于，包括如下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高壓浸漬成型復(fù)合材料桿件的成型方法，其特征在于，所述步驟s1中，數(shù)控編程是根據(jù)桿件結(jié)構(gòu)按測(cè)地線纏繞線型進(jìn)行編程?。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高壓浸漬成型復(fù)合材料桿件的成型方法，其特征在于，所述步驟s2中，碳纖維選用縱向拉伸強(qiáng)度≥2000mpa且縱向拉伸模量≥130mpa的高強(qiáng)度碳纖維；樹脂膠液選用濕法纏繞用環(huán)氧樹脂，膠液密度為0.9±0.015g/cm3。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種高壓浸漬成型復(fù)合材料桿件的成型方法，其特征在于，所述步驟s3中，所述預(yù)固化的條件為：升溫速率1~2℃/min，升溫至120~140℃下保溫2~4h。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高壓浸漬成型復(fù)合材料桿件的成型方法，其特征在于，所述步驟s4中的儲(chǔ)膠層為含膠量70%以上的高密度環(huán)氧樹脂層或環(huán)氧熱熔膠膜，所述儲(chǔ)膠層所用的膠液密度為1.1±0.1g/cm3。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高壓浸漬成型復(fù)合材料桿件的成型方法，其特征在于，所述步驟s5中，所述打壓固化成型具體包括：

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種高壓浸漬成型復(fù)合材料桿件的成型方法，其特征在于，所述打壓固化成型過(guò)程中升溫和降溫的速率設(shè)置為0.3-0.5℃/min。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高壓浸漬成型復(fù)合材料桿件的成型方法，其特征在于，所述步驟s5之后還包括無(wú)損探傷步驟：拆除桿件制品外表面輔料，取出桿件進(jìn)行超聲無(wú)損探傷。

9.權(quán)利要求1~8中任意一項(xiàng)所述的成型方法所獲得的復(fù)合材料桿件。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種高壓浸漬成型復(fù)合材料桿件的制造方法。該制造方法包括：數(shù)控纏繞機(jī)編程；復(fù)合材料桿件骨架纏繞；低密度纏繞桿件進(jìn)行預(yù)固化形成高孔隙率的多孔結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料桿件骨架；在預(yù)固化的骨架外包覆儲(chǔ)膠層，制袋抽真空形成負(fù)壓腔體；升溫打壓將高密度膠液擠壓至桿件骨架的高密度型腔中，同步在真空環(huán)境下排除骨架孔隙內(nèi)氣體，固化形成制品；無(wú)損探傷。本發(fā)明通過(guò)低密度膠液纏繞在常壓下形成預(yù)成型骨架的方法，將制品在較低的溫度下進(jìn)行預(yù)定型，后續(xù)在注膠或壓膠固化過(guò)程中外形尺寸基本固定，相比常規(guī)濕法纏繞制品，減少了較大的纖維壓縮量形成的纖維褶皺、探傷不良問(wèn)題，同時(shí)減少了濕法纏繞圓桿類制品表面修整量大甚至壁偏單邊問(wèn)題。

技術(shù)研發(fā)人員：王緒超,吳義韜,趙鑫,杭孝東,胡艷志,馬志魁,穆龍飛,王旭,張二慶,徐海明
受保護(hù)的技術(shù)使用者：上海閎約復(fù)合材料科技發(fā)展有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/2