一种非耐压复合材料构件的制造方法、构件和填充组件与流程

本发明属于复合材料非耐压结构，具体涉及一种非耐压复合材料构件的制造方法、构件和填充组件。

背景技术：

1、目前的发明方案对于非耐压复合材料结构部件的整体方案进行了说明，也说明该结构在水中装备类产品具有良好的适用性，具有良好的推广性，已查询相关发明方案中，金属框架均为焊接制备，在尺寸稳定性、变形、焊缝等问题，无法有效保障，比如舵叶发明中提出的连接轴杆，是将整体骨架焊接完成后，再进行装配进行的精准定位，从已知的工程经验来看，这些骨架的精度仅能做到毫米级别，在浮体材料装填、粘接过程，适配仍存在的缝隙使用粘接剂进行填充，这无疑降低了粘接强度，增加了实际重量，在这些发明方案中，未对该问题开展详细的考量和提出解决应对措施。因此，本发明方案基于金属骨架/浮体材料填充/复合材料蒙皮为核心的非耐压结构部件之下，提出具体的解决实际工程问题，其核心目的是解决金属骨架与浮体材料粘接性能差、适配困难的问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种非耐压复合材料构件的制造方法、构件和填充组件。

2、为达到上述目的，本发明是采用下述技术方案实现的：

3、第一方面，本发明提供了一种非耐压复合材料构件的制造方法，包括如下步骤：

4、步骤s1：制备金属框架，对金属框架表面进行清洁处理及界面改性处理；

5、步骤s2：根据金属框架结构确定需采用原位成型方式填充的随型区域和采用预制方式填充的预加工区域；

6、步骤s3：在所述随型区域设置维型工装，并向所述随型区域内填充处于可流动状态的随型浮体材料，使所述随型浮体材料与金属框架表面贴合并填充金属框架与浮体材料之间的装配间隙；

7、步骤s4：控制所述随型浮体材料在维型工装约束条件下发泡和/或固化并形成与金属框架轮廓相匹配的随型浮体材料部分；

8、步骤s5：将预加工浮体材料与所述随型浮体材料部分定位组装并粘接形成完整浮体填充体；

9、步骤s6：在所述完整浮体填充体外表面铺设复合材料蒙皮经固化成型获得非耐压复合材料构件。

10、进一步的，在步骤s1中，所述金属框架表面界面改性处理包括喷砂处理、化学粗化处理、阳极氧化处理、等离子活化处理中的一种或多种。

11、进一步的，在填充随型浮体材料前，所述金属框架表面设置粘接促进层，所述粘接促进层包括偶联剂层、底涂层、弹性过渡层或结构胶层中的至少一种。

12、粘接促进层，使用kh550硅烷偶联剂或其他底涂剂，将kh550喷涂在喷砂后的金属骨架表面，待干燥后，使用结构胶或与浮体材料同体系的粘接剂在表面制备粘接层，通过颜色识别等方式进行厚度控制，根据目前生产经验，胶层厚度不应大于1mm，应控制在0.5-1mm之间，为有效控制厚度，尝试使用喷射胶衣的形式制备该粘接层，通过调节喷射设备的压力和流速，控制成膜厚度，并且在死角、不平整位置有更佳效果。

13、进一步的，在步骤s3中，所述维型工装用于限定随型浮体材料发泡过程中的外部轮廓尺寸和局部密度分布；所述维型工装设置排气通道，用于排出随型浮体材料填充过程中产生的气体。

14、所述维型工装带有行程调节功能且前端呈锥型结构，用于压紧随型浮体材料，工装前端增加硅橡胶柔性层，退出工装时，可与浮体材料有效分离，加载部分可使用双反向螺杆，以及使用集成的行程机构加载，通常使用带有一定形成的气压缸或液压缸，浮体材料为非牛顿膏体，应选用慢速的高载荷设备。

15、进一步的，在步骤s4中，通过控制维型工装约束空间和浮体材料填充量，使形成的随型浮体材料密度误差不大于设计密度的±5%。

16、可根据结构设计，实现变密度浮体材料的制备，作为复合材料可设计性的特点，通过调整浮体材料原料中玻璃微珠的尺寸、添加比例等，进行密度的调节，同时能够调节浮体材料的力学性能，对整体产品的结构性、质心重量等特性进行更好的响应。

17、进一步的，所述预加工浮体材料与随型浮体材料之间设置相互配合的定位结构，以实现装配定位和粘接定位。

18、随型浮体材料部分是依靠维型工装前端锥形面进行确认的，固化成型后，锥形面可以作为定位，与后面的预制浮体材料块进行定位，定位配合间隙应控制在1-1.5mm之间，锥形面的优势在于可以在随型浮体材料加载时形成定向的流动，可有效排除气泡及保障产品一致性，可以在锥形面中心位置设计圆形销孔，用于与后面的预制浮体材料块进行定位配合。

19、进一步的，所述随型浮体材料和预加工浮体材料分别为聚氨酯浮力材料、环氧浮力材料、空心微球复合浮力材料中的一种或多种。

20、需要满足的条件，是在常温环境下可以实现固化，并且固化过程中不会发生较大的尺寸收缩。浮力材料应尽量使用同种树脂体系，并且与外部复合材料蒙皮保持一致。

21、进一步的，预加工浮体材料与随型浮体材料之间采用结构胶粘接、树脂共固化连接或机械锁固与胶接结合连接。

22、可使用锥面定位，或在锥面中增加定位孔用于定位，两者之间定位间隙应满足1-1.5mm之间，配合满足要求后，应对两者分别进行打磨粗糙，使用粘接剂涂覆在两者的粘接面，并通过加载工装进行加载。

23、第二方面，本发明提供了一种非耐压复合材料构件，包括：

24、金属框架；

25、设置于所述金属框架内部的浮体填充体；

26、包覆于所述浮体填充体外侧的复合材料蒙皮；

27、其中，所述浮体填充体包括与金属框架贴合设置的随型浮体材料部分以及与所述随型浮体材料部分连接的预加工浮体材料部分。

28、第三方面，本发明提供了一种用于非耐压复合材料构件制造的浮体填充组件，包括：

29、金属框架；

30、与所述金属框架直接贴合固化的随型浮体材料部分；

31、与所述随型浮体材料部分连接的预加工浮体材料部分；

32、其中，所述随型浮体材料部分用于补偿金属框架制造误差并形成与金属框架相匹配的填充界面。

33、与现有技术相比，本发明所达到的有益效果：本发明提供的非耐压复合材料构件的制造方法、构件和填充组件，针对现有非耐压复合材料构件制造过程中金属框架因焊接变形、焊缝堆积及加工误差导致的浮体材料适配困难、界面缝隙较大、粘接强度下降及结构增重等问题，提出了一种结合随型浮体材料与预加工浮体材料的协同填充制造方法。通过在金属框架与预加工浮体材料之间引入可流动的随型浮体材料，使其在未固化状态下能够充分填充金属框架表面及局部间隙，并在维型工装约束下形成与金属框架实际轮廓相匹配的界面层，从而有效补偿金属框架制造误差，显著降低传统浮体材料装配过程中大量修配和间隙填胶的工作量，提高浮体材料与金属框架之间的贴合程度及界面结合质量。同时，通过对金属框架表面进行界面改性处理和设置粘接促进层，可进一步提高金属框架与浮体材料之间的粘接强度和长期服役可靠性。

34、此外，本发明采用“随型浮体材料原位成型+预加工浮体材料快速装配”的组合工艺路线，在保证界面精确适配和结构完整性的同时，大幅减少整体浮体材料的现场成型工作量，兼顾制造效率与成型质量。与传统完全依赖预加工浮体材料修配装配的方式相比，本发明能够有效减小粘接层厚度，降低胶粘剂用量和结构重量，改善载荷传递连续性，提高构件整体强度、刚度及耐久性能。该方法适用于导流罩、方向舵、整流罩、浮力模块及其他采用“金属框架—浮体材料—复合材料蒙皮”构型的水下装备非耐压复合材料构件制造，具有良好的工程适用性、推广价值及产业化应用前景。