一种蜂窝夹芯复合材料制件及其制备方法与流程

1.本技术涉及复合材料制件的制造领域，特别涉及一种蜂窝夹芯复合材料制件及其制备方法。


背景技术：

2.随着航空飞行器进一步减轻结构重量目标的提升，高强高模纤维预浸料及薄壁大芯格低密度蜂窝芯的使用越来越频繁，对蜂窝夹芯复材制件表面质量、特别是气动轮廓更是提出了更为严格的要求。
3.而蜂窝芯复材制件在成型过程中，普遍会因为蜂窝芯厚度收缩而导致蜂窝芯与蒙皮脱粘，进而出现蜂窝夹芯复合材料的表面质量差的现象。


技术实现要素：

4.本技术的主要目的是提供一种蜂窝夹芯复合材料制件及其制造方法，旨在解决现有技术所制备的蜂窝夹芯复合材料制件因为蜂窝芯厚度收缩而导致蜂窝芯与蒙皮脱粘，进而出现蜂窝夹芯复合材料的表面质量差的现象。
5.为实现上述目的，本技术提出了一种蜂窝夹芯复合材料制件的制备方法，包括以下步骤：
6.测量进罐前的蜂窝芯毛坯厚度，获得第一厚度d1；
7.将所述蜂窝芯毛坯进行第一次共胶接成型工艺处理，获得蜂窝芯；
8.测量所述蜂窝芯的厚度，获得第二厚度d2；
9.基于所述第一厚度d1和所述第二厚度d2，获得蜂窝芯理论厚度 δd；
10.基于所述蜂窝芯理论厚度 δd对所述蜂窝芯进行机加工，获得蜂窝芯零件；
11.对所述蜂窝芯零件进行第二次共胶接成型工艺处理，获得蜂窝夹芯复合材料制件。
12.可选地，所述基于所述第一厚度d1和所述第二厚度d2，获得蜂窝芯理论厚度 δd的步骤，包括：
13.基于所述第一厚度d1和所述第二厚度d2，获得蜂窝芯厚度压缩量δd；
14.基于所述蜂窝芯厚度压缩量δd和所述第一厚度d1，获得蜂窝芯理论厚度 δd。
15.可选地，所述蜂窝芯厚度压缩量δd的表达式为：
16.δd＝d1-d2
17.其中，δd表示蜂窝芯厚度压缩量，d1表示第一厚度，d2表示第二厚度。可选地，所述蜂窝芯理论厚度 δd的表达式为：
18. δd＝d1 δd
19.其中， δd表示蜂窝芯理论厚度，d1表示第一厚度，δd表示蜂窝芯厚度压缩量。
20.可选地，所述第一次共胶接成型工艺和所述第二次共胶接成型工艺的处理参数相同。
21.可选地，所述将所述蜂窝芯毛坯进行第一次共胶接成型工艺处理，获得蜂窝芯的步骤，包括：
22.将所述蜂窝芯毛坯的周边安放高度高于所述蜂窝芯毛坯的挡块，进行真空封袋，获得第一蜂窝芯毛坯；
23.将所述第一蜂窝芯毛坯进行第一次共胶接成型工艺处理，获得蜂窝芯。
24.可选地，所述挡块的高度高出所述蜂窝芯毛坯1～2mm。
25.可选地，所述对所述蜂窝芯零件进行第二次共胶接成型工艺处理，获得蜂窝夹芯复合材料制件的步骤，包括：
26.使用凹模具对第一上蒙皮进行固化，获得第二上蒙皮；
27.将第一下蒙皮进行固化后，获得第二下蒙皮；
28.将第二下蒙皮、蜂窝芯零件和第二上蒙皮的依次进行铺叠后，进行第二次共胶接成型工艺处理，获得蜂窝夹芯复合材料制件。
29.可选地，所述将下蒙皮、蜂窝芯零件和第二上蒙皮的依次进行铺叠后，进行第二次共胶接成型工艺处理，获得蜂窝夹芯复合材料制件的步骤，包括：
30.将蜂窝芯零件与第二上蒙皮的型腔面通过胶膜进行胶接，获得第一蜂窝芯零件预制件；
31.将所述蜂窝芯零件预制件与下蒙皮通过胶膜进行胶接，获得第二蜂窝芯零件预制件；
32.将所述第二蜂窝芯零件预制件固化后，脱模，获得蜂窝夹芯复合材料制件。
33.此外，为实现上述目的，本技术还提出了一种蜂窝夹芯复合材料制件，其特征在于，由上述制备方法制备而得。
34.现有技术中通过基于经验值对蜂窝芯的厚度进行评估，并按照所评估的厚度进行机加工，但在后续工艺中会通过施压一定压力对其进行成型，而这个过程中，蜂窝芯会出现厚度压缩，此时蜂窝芯则与蒙皮极易出现脱粘的现象，最终导致所制备的蜂窝夹芯复合材料制件表面质量差。与现有技术相比，为克服上述技术缺陷，本技术则是对蜂窝芯通过预实验测定其准确的理论厚度，并按照此理论厚度进行机加工，从而避免了后续成型过程中由于蜂窝芯厚度压缩而导致的脱粘现象。
附图说明
35.为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
36.图1为典型复合材料蜂窝夹芯结构示意图；
37.图2为上蒙皮的铺层会嵌入蜂窝芯格内导致蒙皮下陷问题结构示意图；
38.图3为蜂窝芯单独进罐封袋示意图；
39.图4为上蒙皮铺叠成型示意图；
40.图5为蜂窝芯安装至上蒙皮型腔示意图；
41.图6为蜂窝芯与上蒙皮组合结构安装至下蒙皮组装封袋示意图；
42.其中，1-第二下蒙皮，2-板芯胶膜，3-蜂窝芯零件，4-第二上蒙皮，5-板板胶膜，6-隔离膜，7-透气毡，8-真空袋，9-成型模，10-腻子条，11-挡块。
43.本技术目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
44.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
45.蜂窝夹芯复合材料具有质量轻、耐腐蚀、比强度高、比刚度高、抗弯刚度好及可整体成型等诸多优异的特性，在现代航空飞行器的壁板及舵面结构中得到了越来越广泛的应用。复合材料蜂窝夹芯结构通过包括上蒙皮、胶膜、蜂窝芯、胶膜及下蒙皮几部分，如图1所示。随着航空飞行器进一步减轻结构重量目标的提升，高强高模纤维预浸料及薄壁大芯格低密度蜂窝芯的使用越来越频繁，对蜂窝夹芯复材制件表面质量、特别是气动轮廓更是提出了更为严格的要求，然而大芯格蜂窝芯的应用往往会给蜂窝芯上蒙皮带来表面质量问题，如蜂窝芯收缩引起的铺层皱褶和大芯格壁之间的蒙皮下陷，即如图2所示。因此本技术采用二次胶接工艺，获得表面质量均较好的上蒙皮和下蒙皮，即通过预先将上蒙皮和下蒙皮分别先固化后再与蜂窝芯进行胶接的方式，有效避免了因蜂窝芯芯格较大而引起的蒙皮表面质量问题。
46.与此同时，为了避免在二次胶接工艺过程中，反复进罐导致的制造周期长，而带来的制造成本大幅提升；同时为了避免因蜂窝芯厚度收缩而带来的蒙皮脱粘现象，本技术在进罐之前，就想通过试验模拟测定，对蜂窝芯的理论厚度进行了测量，进而在蜂窝芯成型时，厚度收缩后刚好与蒙皮贴合，从而增加了其胶接性。
47.本技术提供了一种蜂窝夹芯复合材料制件的制备方法，包括以下步骤：
48.测量进罐前的蜂窝芯毛坯厚度，获得第一厚度d1；
49.将所述蜂窝芯毛坯进行第一次共胶接成型工艺处理，获得蜂窝芯；
50.测量所述蜂窝芯的厚度，获得第二厚度d2；
51.基于所述第一厚度d1和所述第二厚度d2，获得蜂窝芯理论厚度 δd；
52.基于所述蜂窝芯理论厚度 δd对所述蜂窝芯进行机加工，获得蜂窝芯零件；
53.对所述蜂窝芯零件进行第二次共胶接成型工艺处理，获得蜂窝夹芯复合材料制件。
54.本技术对蜂窝芯通过预实验测定其准确的理论厚度，并按照此理论厚度进行机加工，即通过预先保留了蜂窝芯厚度方向的压缩量，避免了后续成型过程中由于蜂窝芯厚度压缩而导致的脱粘现象，从而实现了共胶接时热压罐压力能够均匀地传递到上蒙皮、蜂窝芯和下蒙皮之间，形成良好的胶接质量。而现有技术中通常是根据经验对蜂窝芯的理论厚度进行评估，并按照所评估的理论厚度对其进行机加工，但在后续工艺中会通过施压一定压力对其进行成型，而这个过程中，蜂窝芯会出现厚度压缩，此时蜂窝芯则与上蒙皮极易出现脱粘的现象，最终导致所制备的蜂窝夹芯复合材料制件表面质量差。
55.在本技术的一些可选实施方式中，为了更准确地对所述蜂窝芯的理论厚度进行实
验测定，本技术还引入了蜂窝芯厚度压缩量的概念，即所述基于所述第一厚度d1和所述第二厚度d2，获得蜂窝芯理论厚度 δd的步骤，包括：
56.基于所述第一厚度d1和所述第二厚度d2，获得蜂窝芯厚度压缩量δd；
57.基于所述蜂窝芯厚度压缩量δd和所述第一厚度d1，获得蜂窝芯理论厚度 δd。
58.在本技术的一些可选实施方式中，为了更准确地对所述蜂窝芯厚度压缩量进行实验测定，本技术对所述蜂窝芯厚度压缩量δd的表达式进行了限定，即所述蜂窝芯厚度压缩量δd的表达式为：
59.δd＝d1-d2
60.其中，δd表示蜂窝芯厚度压缩量，d1表示第一厚度，d2表示第二厚度。
61.在本技术的一些可选实施方式中，为了更准确地对所述蜂窝芯理论厚度进行实验测定，本技术对所述蜂窝芯理论厚度 δd的表达式进行了限定，即所述蜂窝芯理论厚度 δd的表达式为：
62. δd＝d1 δd
63.其中， δd表示蜂窝芯理论厚度，d1表示第一厚度，δd表示蜂窝芯厚度压缩量。
64.为了缩小实验所测定的蜂窝芯理论厚度与实际加工时蜂窝芯厚度之间的误差，在本技术的一些可实施方式中，所述第一次共胶接成型工艺和所述第二次共胶接成型工艺的处理参数相同。
65.在本技术一些可选实施方式中，所述第一次共胶接成型工艺和所述第二次共胶接成型工艺的处理参数不做特殊限定，可根据实际应用的预浸料树脂体系材料进行调整，如：当所述预浸料树脂为gw3052/ba9916时，所用胶膜为j-116，其对应的共胶接成型工艺的处理参数为真空度为-33kpa～-40kpa，罐压为3
±
0.2bar；以2℃/min的升温速率升至180℃，处理时间为120min后，以3℃/min的降温速率降至60℃以下。
66.作为本技术的一些可选实施方式，为了防止蜂窝芯在后续固化时边缘塌陷，所述将所述蜂窝芯毛坯进行第一次共胶接成型工艺处理，获得蜂窝芯的步骤，包括：
67.将所述蜂窝芯毛坯的周边安放高度高于所述蜂窝芯毛坯的挡块，获得第一蜂窝芯毛坯；
68.将所述第一蜂窝芯毛坯进行第一次共胶接成型工艺处理，获得蜂窝芯。
69.作为本技术的一些可选方式，为了防止蜂窝芯在后续固化时边缘塌陷，本技术对所述挡块的高度作出了具体限定，即所述挡块的高度高出所述蜂窝芯毛坯1～2mm。如图3所示，在将蜂窝芯进行成型工装上封袋时，为防止蜂窝芯固化时边缘塌陷，蜂窝芯周边安放了挡块，且挡块高度高出蜂窝芯1～2mm。在蜂窝芯周边安放挡块后，再依次放置无孔隔离膜、透气毡和真空袋，并将真空袋上方放置腻子条，施加-33～-40kpa真空进行密封。
70.作为本技术的一些可选方式，所述对所述蜂窝芯零件进行第二次共胶接成型工艺处理，获得蜂窝夹芯复合材料制件的步骤，包括：
71.使用凹模具对第一上蒙皮进行固化，获得第二上蒙皮；
72.将第一下蒙皮进行固化后，获得第二下蒙皮；
73.将第二下蒙皮、蜂窝芯零件和第二上蒙皮的依次进行铺叠后，进行第二次共胶接成型工艺处理，获得蜂窝夹芯复合材料制件。
74.作为本技术的一些可选方式，为保证上蒙皮的成型效果，所述上蒙皮在凹模具表
面上进行铺叠并进行固化，如图4所示，所述成型模置于最底层，再依次铺叠上蒙皮、隔离膜、透气毡后，用真空袋进行封装固化。作为本技术的一些可选方式，所述蜂窝芯零件和第二上蒙皮之间铺叠有一层板芯胶膜用于胶接二者，并且如图5所示，所述蜂窝芯零件安装在上蒙皮型腔内。所述板芯胶膜为上蒙皮、下蒙皮与蜂窝芯之间胶接所用胶膜。
75.作为本技术的一些可选方式，为保证下蒙皮与蜂窝芯的胶接效果，所述下蒙皮在与蜂窝芯零件进行胶接前，也是先进行成型，在用板板胶膜将下蒙皮与蜂窝芯板板区域进行胶接，用板芯胶膜将下蒙皮与蜂窝芯板芯区域进行胶接，再进行封装，具体的铺叠结构如图6所示。所述板板胶膜为上蒙皮和下蒙皮胶接所用胶膜。
76.作为本技术的一些可选方式，所述上蒙皮、下蒙皮在与蜂窝芯胶接前，需相对胶接面进行处理，如打磨、吹砂或可剥布处理。
77.相较于现有技术中采用先对蜂窝芯与下蒙皮进行胶接后固化，再铺叠未固化的上蒙皮；本技术则是先用凹模具将上蒙皮进行固化后，再按照下蒙皮、蜂窝芯和已固化上蒙皮的顺序进行铺叠，这样所成型制件的蜂窝芯与上蒙皮、下蒙皮的贴合度都较高，且本技术在一开始就根据试验对蜂窝芯的理论厚度进行了测定，避免了后续因蜂窝芯厚度收缩而导致蜂窝芯与上蒙皮、下蒙皮脱粘的现象出现；由于本技术通过对蜂窝芯的理论厚度预先测定并结合将上蒙皮和下蒙皮分别先固化后再与蜂窝芯进行胶接的技术手段，保证了最终所获得蜂窝夹芯复合材料制件的气动型面，从而保证了将所述制件应用于飞机领域时，飞机飞行的稳定性和操纵性。
78.作为本技术的一些可选实施方式，为了适用于大芯格蜂窝芯，避免大芯格蜂窝芯出现芯格壁无法支撑上蒙皮而引起的表面质量差的问题，本技术将上述方法与二次胶接工艺进行结合，即所述将下蒙皮、蜂窝芯零件和第二上蒙皮的依次进行铺叠后，进行第二次共胶接成型工艺处理，获得蜂窝夹芯复合材料制件的步骤，包括：
79.将蜂窝芯零件与第二上蒙皮的型腔面通过胶膜进行胶接，获得第一蜂窝芯零件预制件；
80.将所述蜂窝芯零件预制件与下蒙皮通过胶膜进行胶接，获得第二蜂窝芯零件预制件；
81.将所述第二蜂窝芯零件预制件固化后，脱模，获得蜂窝夹芯复合材料制件。
82.相较于现有技术所制得的蜂窝夹芯复合材料制件，本技术所述方法制得的蜂窝夹芯复合材料制件由于通过二次胶接工艺获得了胶接性较好的上蒙皮、下蒙皮；并通过预先将蜂窝芯上蒙皮和下蒙皮分别进行固化后再与蜂窝芯进行胶接的方式，有效避免了因大芯格蜂窝芯出现芯格壁无法支撑上蒙皮而引起的表面质量差的问题；为了避免出现由于蜂窝芯厚度收缩而导致的蜂窝芯与上蒙皮、下蒙皮脱粘现象的出现，本技术还在成型之前通过实验对蜂窝芯的理论厚度进行了测定。基于此，本技术还通过了一种蜂窝夹芯复合材料制件，由上述制备方法制备而得。
83.以上所述仅为本技术的可选实施例，并非因此限制本技术的专利范围，凡是在本技术的发明构思下，利用本技术说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本技术的专利保护范围内。