專利名稱：纖維增強(qiáng)六角蜂窩結(jié)構(gòu)芯材的一體化成型模具及成型方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種六角蜂窩芯材的一體化成型模具及成型方法。
背景技術(shù)：
六角蜂窩材料作為一類夾芯結(jié)構(gòu)芯材，具有輕質(zhì)及優(yōu)異的力學(xué)性能，其中鋁蜂窩及紙蜂窩已被廣泛的應(yīng)用于航空航天、建筑橋梁等各個(gè)領(lǐng)域。復(fù)合材料由于其本身的高比剛度和高比強(qiáng)度，當(dāng)作為這類六角蜂窩材料的母體材料時(shí)，形成的纖維增強(qiáng)復(fù)合蜂窩材料的力學(xué)性能會顯著提高，從而會擴(kuò)大工程應(yīng)用的選材范圍?，F(xiàn)有的成型方法致使復(fù)合材料六角蜂窩芯材的力學(xué)性能不高且成本偏高，影響其工程應(yīng)用，目前沒有提出這類纖維增強(qiáng)六角蜂窩的一體化成型工藝。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種纖維增強(qiáng)六角蜂窩結(jié)構(gòu)芯材的一體化成型模具及成型方法，以提高纖維增強(qiáng)六角蜂窩結(jié)構(gòu)芯材的力學(xué)性能，以實(shí)現(xiàn)快速低成本地制備出六角蜂窩結(jié)構(gòu)芯材。本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題采取的技術(shù)方案是本發(fā)明所述的纖維增強(qiáng)六角蜂窩結(jié)構(gòu)芯材的一體化成型模具包括下模具、上模具和若干條硅橡膠軟膜組件，下模具和上模具均為波紋型剛性模具，所述下模具的上端面以及上模具的下端面均呈連續(xù)梯形波紋狀，每個(gè)硅橡膠軟膜組件由硅橡膠軟膜以及與硅橡膠軟膜長度一致的下托片、上托片組成，每個(gè)硅橡膠軟膜的橫截面形狀為與下模具、上模具上的波紋形狀相吻合的正六邊形，下托片、上托片的橫截面形狀均為與硅橡膠軟膜形狀相吻合的等腰梯形，且下托片、上托片的截面高度均小于硅橡膠軟膜的兩個(gè)相對面之間的距離的一半，下托片、上托片分別扣蓋在每個(gè)硅橡膠軟膜的下端面及上端面上，使每個(gè)硅橡膠軟膜的上下四個(gè)棱角由上托片、下托片加固，硅橡膠軟膜位于下托片、上托片之間形成截面輪廓形狀為正六邊形的硅橡膠軟膜組件，若干個(gè)硅橡膠軟膜組件均布置于下模具(1)、上模具之間，下模具、上模具正對設(shè)置且二者的梯形波相差一個(gè)波形設(shè)置。利用上述一體化成型模具的纖維增強(qiáng)六角蜂窩結(jié)構(gòu)芯材的一體化成型方法，所述一體化成型方法的具體過程為步驟一在下模具的上端面上按照預(yù)設(shè)的角度[θ / θ 2/. . . / θ n]隨形鋪設(shè)η層纖維增強(qiáng)預(yù)浸料，形成纖維增強(qiáng)六角蜂窩結(jié)構(gòu)芯材的第一個(gè)連續(xù)梯形波紋狀纖維復(fù)合預(yù)浸料板；步驟二 將多條硅橡膠軟膜組件放置于第一個(gè)連續(xù)梯形波紋狀纖維復(fù)合預(yù)浸料板的凹槽中，使其恰好能夠配合，每個(gè)硅橡膠軟膜的上下四個(gè)棱角由上托片、下托片加固以保證成型形狀規(guī)則；步驟三在硅橡膠軟膜組件的上表面繼續(xù)隨形鋪放與步驟一中相同層數(shù)和鋪設(shè)角度的預(yù)浸料，然后重復(fù)步驟二和步驟三直至所需的尺寸；
步驟四再次鋪設(shè)纖維增強(qiáng)預(yù)浸料，最后將同樣的波紋型剛性模具上模具放置于預(yù)浸料表面的凹槽中，使其完全配合，形成一個(gè)組合體；步驟五將步驟四所形成的組合體的上下兩端利用剛性夾具進(jìn)行夾緊，利用硅橡膠軟膜自身彈性來傳遞夾具的夾緊力，使相鄰兩個(gè)連續(xù)梯形波紋狀纖維復(fù)合預(yù)浸料板的梯形上底粘接在一起，并將所述組合體周圍四邊緊固，然后將所述組合體的溫度從室溫升到 120°C 130°C保溫至少2小時(shí)固化成型，待其重新冷卻至室溫后取出下模具和上模具，再將硅橡膠軟膜組件抽出，即得纖維復(fù)合材料蜂窩芯材。本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明采用一體化制備纖維增強(qiáng)復(fù)合材料六角蜂窩芯材，能夠一次成型復(fù)合材料蜂窩芯材，極大提高了纖維增強(qiáng)六角蜂窩結(jié)構(gòu)芯材的力學(xué)性能，通過對硅橡膠軟膜增加托片使得到的蜂窩芯材形狀規(guī)則，而且成型壓力均勻，模具成本較低且制備快速。這類纖維增強(qiáng)復(fù)合材料六角蜂窩其力學(xué)性能將遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出現(xiàn)有的金屬蜂窩和紙蜂窩材料。本發(fā)明所提出的制備工藝簡單且快速，無材料浪費(fèi)，適合于大面積成型和工程應(yīng)用，由于本發(fā)明所述的復(fù)合材料六角蜂窩芯材的質(zhì)量非常輕，在航空及航天領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。對利用本發(fā)明方法所制備的纖維增強(qiáng)六角蜂窩結(jié)構(gòu)芯材進(jìn)行基本力學(xué)性能試驗(yàn)， 如彎曲性能、平壓性能和剪切性能，試驗(yàn)結(jié)果如表1所示。現(xiàn)有通用的蜂窩夾芯板在相當(dāng)密度的下的平壓和剪切性能(室溫)如表2和表3所示。通過表1與表2和3的比較，可看出利用本發(fā)明方法制備的纖維增強(qiáng)六角蜂窩芯材的力學(xué)性能明顯優(yōu)于芳綸紙基和鋁蜂窩夾芯板。表1是本發(fā)明所得的纖維增強(qiáng)六角蜂窩芯材的力學(xué)性能表，表2是鋁蜂窩芯材的力學(xué)性能表，表3為芳綸紙基蜂窩夾芯板力學(xué)性能表。表 權(quán)利要求
1.一種纖維增強(qiáng)六角蜂窩結(jié)構(gòu)芯材的一體化成型模具，其特征在于所述成型模具包括下模具(1)、上模具(2)和若干條硅橡膠軟膜組件(3)，下模具(1)和上模具(2)均為波紋型剛性模具，所述下模具(1)的上端面以及上模具(2)的下端面均呈連續(xù)梯形波紋狀，每個(gè)硅橡膠軟膜組件(3)由硅橡膠軟膜(3-1)以及與硅橡膠軟膜長度一致的下托片(3-2)、 上托片(3-3)組成，每個(gè)硅橡膠軟膜(3-1)的橫截面形狀為與下模具(1)、上模具(2)上的波紋形狀相吻合的正六邊形，下托片(3-2)、上托片(3-3)的橫截面形狀均為與硅橡膠軟膜 (3-1)形狀相吻合的等腰梯形，且下托片(3-2)、上托片(3-3)的截面高度均小于硅橡膠軟膜(3-1)的兩個(gè)相對面之間的距離(H)的一半，下托片(3-2)、上托片(3-3)分別扣蓋在每個(gè)硅橡膠軟膜(3-1)的下端面及上端面上，使每個(gè)硅橡膠軟膜(3-1)的上下四個(gè)棱角由上托片(3-3)、下托片(3-2)加固，硅橡膠軟膜(3-1)位于下托片(3-2)、上托片(3_3)之間形成截面輪廓形狀為正六邊形的硅橡膠軟膜組件(3)，若干個(gè)硅橡膠軟膜組件(3)均布置于下模具(1)、上模具(2)之間，下模具(1)、上模具(2)正對設(shè)置且二者的梯形波相差一個(gè)波形設(shè)置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的纖維增強(qiáng)六角蜂窩結(jié)構(gòu)芯材的一體化成型模具，其特征在于下托片(3-2)、上托片(3-3)的截面高度為硅橡膠軟膜(3-1)的兩個(gè)相對面之間的距離 H的四分之一。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的纖維增強(qiáng)六角蜂窩結(jié)構(gòu)芯材的一體化成型模具，其特征在于所述下托片(3-2)、上托片(3-3)由鐵片制成。
4.利用上述權(quán)利要求1、2或3所述的一體化成型模具的纖維增強(qiáng)六角蜂窩結(jié)構(gòu)芯材的一體化成型方法，其特征在于所述一體化成型方法的具體過程為步驟一在下模具(1)的上端面上按照預(yù)設(shè)的角度[θ / θ 2/. . . / θ n]隨形鋪設(shè)η層纖維增強(qiáng)預(yù)浸料，形成纖維增強(qiáng)六角蜂窩結(jié)構(gòu)芯材的第一個(gè)連續(xù)梯形波紋狀纖維復(fù)合預(yù)浸料板⑷；步驟二 將多條硅橡膠軟膜組件(3)放置于第一個(gè)連續(xù)梯形波紋狀纖維復(fù)合預(yù)浸料板的凹槽中，使其恰好能夠配合，每個(gè)硅橡膠軟膜(3-1)的上下四個(gè)棱角由上托片(3-3)、下托片(3-2)加固以保證成型形狀規(guī)則；步驟三在硅橡膠軟膜組件(3)的上表面繼續(xù)隨形鋪放與步驟一中相同層數(shù)和鋪設(shè)角度的預(yù)浸料，然后重復(fù)步驟二和步驟三直至所需的尺寸；步驟四再次鋪設(shè)纖維增強(qiáng)預(yù)浸料，最后將同樣的波紋型剛性模具上模具(2)放置于預(yù)浸料表面的凹槽中，使其完全配合，形成一個(gè)組合體；步驟五將步驟四所形成的組合體的上下兩端利用剛性夾具進(jìn)行夾緊，利用硅橡膠軟膜(3-1)自身彈性來傳遞夾具的夾緊力，使相鄰兩個(gè)連續(xù)梯形波紋狀纖維復(fù)合預(yù)浸料板的梯形上底粘接在一起，并將所述組合體周圍四邊緊固，然后將所述組合體的溫度從室溫升到120°C 130°C保溫至少2小時(shí)固化成型，待其重新冷卻至室溫后取出下模具(1)和上模具(2)，再將硅橡膠軟膜組件(3)抽出，即得纖維復(fù)合材料蜂窩芯材。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的纖維增強(qiáng)六角蜂窩結(jié)構(gòu)芯材的一體化成型方法，其特征在于在步驟五中，所述夾具的夾緊力為0. 4Mpa-0. 6Mpa。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的纖維增強(qiáng)六角蜂窩結(jié)構(gòu)芯材的一體化成型方法，其特征在于在步驟五中，所述組合體的溫度從室溫升到125°C。
全文摘要
纖維增強(qiáng)六角蜂窩結(jié)構(gòu)芯材的一體化成型模具及成型方法，它涉及一種六角蜂窩芯材的一體化成型模具及成型方法，為了提高纖維增強(qiáng)六角蜂窩結(jié)構(gòu)芯材的力學(xué)性能和實(shí)現(xiàn)快速低成本地制備出六角蜂窩結(jié)構(gòu)芯材。所述下模具的上端面以及上模具的下端面均呈連續(xù)梯形波紋狀，每個(gè)硅橡膠軟膜組件由硅橡膠軟膜以及與硅橡膠軟膜長度一致的下托片、上托片組成。在下模具上鋪設(shè)n層纖維增強(qiáng)預(yù)浸料；將多條硅橡膠軟膜組件放置于第一個(gè)連續(xù)梯形波紋狀纖維復(fù)合預(yù)浸料板的凹槽中；在硅橡膠軟膜組件的上表面繼續(xù)隨形鋪放與步驟一中相同層數(shù)和鋪設(shè)角度的預(yù)浸料直至所需的尺寸；再次鋪設(shè)纖維增強(qiáng)預(yù)浸料；固化成型。六角蜂窩結(jié)構(gòu)芯材應(yīng)用于航空及航天領(lǐng)域。
文檔編號B29C70/30GK102343680SQ20111030403
公開日2012年2月8日 申請日期2011年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月29日
發(fā)明者吳林志, 殷莎 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)