本發(fā)明涉及一種復(fù)合材料支撐結(jié)構(gòu)及其制備方法，特別是一種碳纖維蜂窩芯支撐結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：

隨著航天技術(shù)的發(fā)展，對(duì)航天器某些載荷在太空中的穩(wěn)定性要求越來(lái)越高，例如天線反射面要求在高低溫環(huán)境下保持良好的穩(wěn)定性，而且口徑尺寸在不斷加大。目前航天器產(chǎn)品結(jié)構(gòu)板中大多應(yīng)用鋁蜂窩芯為支撐結(jié)構(gòu)，鋁蜂窩芯在高低溫循環(huán)環(huán)境中，變形較大，不能夠滿足在高低溫環(huán)境下高穩(wěn)定性的要求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的技術(shù)解決問(wèn)題是：克服現(xiàn)有技術(shù)不足，提供一種高低溫環(huán)境中能夠保持良好穩(wěn)定性的碳纖維蜂窩芯支撐結(jié)構(gòu)及其制備方法

本發(fā)明的技術(shù)解決方案是：一種碳纖維蜂窩芯支撐結(jié)構(gòu)，由多個(gè)結(jié)構(gòu)相同、尺寸相同、壁厚相同的蜂窩芯格依次排列、固化而成；所述蜂窩芯格為截面為正六邊形的空心柱體，所述蜂窩芯格的6個(gè)壁的材料均為碳纖維增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料。

進(jìn)一步的，所述碳纖維增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料中，樹(shù)脂含量為30％-34％。

進(jìn)一步的，所述碳纖維增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料為無(wú)緯布預(yù)浸料。

一種上述碳纖維蜂窩芯支撐結(jié)構(gòu)的制備方法，包括如下步驟：

A)、制備蜂窩芯格軟模成型模具：根據(jù)所述蜂窩芯格的尺寸制備蜂窩芯格軟模成型模具；

B)、制備蜂窩芯格軟模：根據(jù)所述碳纖維蜂窩芯支撐結(jié)構(gòu)所需的蜂窩芯格數(shù)量，使用蜂窩芯格軟模成型模具制備相應(yīng)數(shù)量的蜂窩芯格軟模；

C)、鋪層：在每個(gè)蜂窩芯格軟模上鋪設(shè)碳纖維增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料層；

D)、排列：

D1)、在蜂窩芯固化底板上粘貼一層不透氣的氟布；

D2)、將鋪設(shè)有碳纖維增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料層的蜂窩芯格軟模按碳纖維蜂窩芯支撐結(jié)構(gòu)的蜂窩芯格的排列次序放置到所述氟布上，并用檔條對(duì)排列的窩芯格軟模四周固定；

E)、固化成型：將步驟D)中排列的窩芯格軟模以及粘貼有不透氣的氟布蜂窩芯格的固化底板和擋條置入真空袋封裝后在熱壓罐內(nèi)固化成型；

F)、脫模：固化成型后，將排列的窩芯格軟模以及粘貼有不透氣的氟布蜂窩芯格的固化底板和擋條從熱壓罐中取出后進(jìn)行脫模，制成碳纖維蜂窩芯支撐結(jié)構(gòu)。

進(jìn)一步的，步驟F)后，對(duì)脫模后的碳纖維蜂窩芯支撐結(jié)構(gòu)上下兩個(gè)表面進(jìn)行機(jī)加。

進(jìn)一步的，所述步驟A)中制備的蜂窩芯格軟模成型模具包括兩個(gè)結(jié)構(gòu)相同的半模，兩個(gè)半模合并構(gòu)成蜂窩芯格軟模成型模具。

進(jìn)一步的，所述步驟C)中，在每個(gè)蜂窩芯格軟模上鋪設(shè)的碳纖維增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料層為無(wú)緯布預(yù)浸料。

進(jìn)一步的，所述步驟C)中，在每個(gè)蜂窩芯格軟模上鋪設(shè)碳纖維增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料層時(shí)，以正六邊形的空心柱體中心采用[+60°/0°/-60°]鋪層方式對(duì)稱鋪設(shè)多層，0°為垂直于六邊形方向。

進(jìn)一步的，所述步驟C)中，在每個(gè)蜂窩芯格軟模上鋪設(shè)碳纖維增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料層時(shí)，以正六邊形的空心柱體中心對(duì)稱鋪設(shè)3層。

進(jìn)一步的，所述步驟E)中，固化成型包括如下步驟：

E1)、室溫時(shí)，對(duì)熱壓罐抽真空；

E2)、抽真空5-10分鐘后開(kāi)始加熱；

E3)、溫度升至80～85℃時(shí)，隨著溫度升高逐級(jí)加壓，當(dāng)溫度達(dá)到165～170℃時(shí)，壓力達(dá)到0.7～0.8MPa；

E4)、保持165～170℃，0.7～0.8MPa的狀態(tài)110～120min后，自然降溫，當(dāng)溫度降到50℃以下時(shí)，卸去壓力，將熱壓罐與大氣接通。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)在于：

(1)本發(fā)明的碳纖維蜂窩芯支撐結(jié)構(gòu)，在高低溫環(huán)境中有良好的尺寸穩(wěn)定性，進(jìn)而能夠保證載荷的高穩(wěn)定性；

(2)本發(fā)明的碳纖維蜂窩芯支撐結(jié)構(gòu)及其制備方法，采用一次性共固化成型，具有較小的內(nèi)應(yīng)力及較高的強(qiáng)度和剛度，同時(shí)外形尺寸可以按實(shí)際要求無(wú)限擴(kuò)大；

(3)本發(fā)明的碳纖維蜂窩芯支撐結(jié)構(gòu)及其制備方法，控制預(yù)浸料的含膠量(樹(shù)脂含量)，將含膠量控制在30％-34％，有利于蜂窩芯的對(duì)稱程度，以及在空間環(huán)境試驗(yàn)中形變的一致性；

(4)本發(fā)明的碳纖維蜂窩芯支撐結(jié)構(gòu)及其制備方法，采用在升溫過(guò)程中加壓點(diǎn)提前到80～85℃，并逐級(jí)加壓，保證固化前的樹(shù)脂均勻流動(dòng)，減少由于升溫造成的變形；溫度至165～170℃時(shí)加全壓，保證蜂窩芯側(cè)壁的緊密貼合；泄壓點(diǎn)降低至50℃，減小產(chǎn)品降溫時(shí)的變形。

附圖說(shuō)明：

圖1為本發(fā)明碳纖維蜂窩芯支撐結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明碳纖維蜂窩芯支撐結(jié)構(gòu)的蜂窩芯格的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明碳纖維蜂窩芯支撐結(jié)構(gòu)的蜂窩芯格軟模成型模具的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本發(fā)明碳纖維蜂窩芯支撐結(jié)構(gòu)的蜂窩芯格軟模的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為本發(fā)明碳纖維蜂窩芯支撐結(jié)構(gòu)的制備方法的流程圖。

具體實(shí)施方式

一種碳纖維蜂窩芯支撐結(jié)構(gòu)，由多個(gè)結(jié)構(gòu)相同、尺寸相同、壁厚相同的蜂窩芯格依次排列、固化而成；所述的碳纖維蜂窩芯格的尺寸大小和壁厚根據(jù)所述蜂窩芯承載要求和使用工況來(lái)進(jìn)行計(jì)算確定；所述蜂窩芯格為截面為正六邊形的空心柱體，所述蜂窩芯格的6個(gè)壁的材料均為樹(shù)脂含量為30％-34％的無(wú)緯布預(yù)浸料。

優(yōu)選的，所述蜂窩芯格邊長(zhǎng)為10-20mm，優(yōu)選15mm。

優(yōu)選的，所述蜂窩芯格邊長(zhǎng)為10mm，壁厚為0.08mm。

優(yōu)選的，所述蜂窩芯格邊長(zhǎng)為20mm，壁厚為0.15mm。

所述的碳纖維蜂窩芯支撐結(jié)構(gòu)的制備方法，包括如下步驟：

A)、根據(jù)單個(gè)蜂窩芯格的尺寸大小設(shè)計(jì)制備蜂窩芯格軟模成型模具，并設(shè)計(jì)制造蜂窩芯的固化底板及四周檔條等輔助工裝；所述蜂窩芯格軟模成型模具包括兩個(gè)結(jié)構(gòu)相同的半模，兩個(gè)半模合并構(gòu)成蜂窩芯格軟模成型模具。

B)、制備蜂窩芯格軟模：根據(jù)所述碳纖維蜂窩芯支撐結(jié)構(gòu)所需的蜂窩芯格數(shù)量，使用蜂窩芯格軟模成型模具制備相應(yīng)數(shù)量的蜂窩芯格軟模，以用于蜂窩芯格的鋪層。

C)、鋪層：在每個(gè)蜂窩芯格軟模上以正六邊形的空心柱體中心采用[+60°/0°/-60°]鋪層方式對(duì)稱鋪設(shè)3層無(wú)緯布預(yù)浸料層。

D)、排列：

D1)、清理蜂窩芯固化底板后在蜂窩芯格固化底板上粘貼一層不透氣的氟布；

D2)、將鋪設(shè)有碳纖維增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料層的蜂窩芯格軟模按碳纖維蜂窩芯支撐結(jié)構(gòu)的蜂窩芯格的排列次序放置到所述氟布上，并用檔條對(duì)排列的窩芯格軟模四周固定。

E)、固化成型：所述的碳纖維蜂窩芯采用升溫后軟模膨脹加壓的方式固化；將步驟D)中排列的窩芯格軟模以及粘貼有不透氣的氟布蜂窩芯格的固化底板和擋條置入真空袋封裝后在熱壓罐內(nèi)固化成型；所述固化成型包括如下步驟：

E1)、室溫時(shí)，對(duì)熱壓罐抽真空；

E2)、抽真空5-10分鐘后開(kāi)始加熱；

E3)、溫度升至80～85℃時(shí)，隨著溫度升高逐級(jí)加壓，當(dāng)溫度達(dá)到165～170℃時(shí)，壓力達(dá)到0.7～0.8MPa；

E4)、保持165～170℃，0.7～0.8MPa的狀態(tài)110～120min后，自然降溫，當(dāng)溫度降到50℃以下時(shí)，卸去壓力，將熱壓罐與大氣接通。

F)、脫模：固化成型后，將排列的窩芯格軟模以及粘貼有不透氣的氟布蜂窩芯格的固化底板和擋條從熱壓罐中取出后進(jìn)行脫模。

G)、機(jī)加：對(duì)脫模后的碳纖維蜂窩芯支撐結(jié)構(gòu)上下兩個(gè)表面進(jìn)行機(jī)加，保證兩個(gè)表面的平面度及平行度滿足要求，，制成碳纖維蜂窩芯支撐結(jié)構(gòu)。所述的碳纖維蜂窩芯上下表面的機(jī)加需注意保護(hù)碳纖維蜂窩芯的表面，避免分層等缺陷。

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