[发明专利]一种相互嵌套拓扑管路类结构及整体成型方法

说明书

本发明提出一种相互嵌套拓扑管路类结构及整体成型方法，包括内部复合材料拓扑管路、外部复合材料壳体和在内部复合材料拓扑管路与外部复合材料壳体之间的维型芯材。本发明采用多步预压、一体固化的理念，配合维型芯模的灵活使用，解决了管路与外壳体为相互嵌套的一体式复杂结构的成型、脱模困难问题，保证了复合材料产品内部结构的整体性，极大的提高了制件的结构强度、外形面质量、产品制备的效率和环境适应性。

技术领域

本发明涉及一种相互嵌套拓扑管路类结构及整体成型方法，属于复合材料成型技术领域。

背景技术

相互嵌套复杂拓扑管路类结构广泛用于航空航天领域的进、排气管路系统以及石油、化工、电力等行业的输送管路系统。该结构相互嵌套复杂拓扑管路类结构由外部壳体和内部相互嵌套的复杂拓扑管路组成，如图1所示的典型结构，由外部壳体01和内部管路(单管路03和双管路02)组成。

相互嵌套复杂拓扑管路类结构以前采用金属材料成型，但金属材料成型的相互嵌套复杂拓扑管路类结构因存在材质重、环境适应性差等弊端，逐渐被具有轻质高强、耐腐蚀、使用寿命长等优异性能的复合材料代替。

目前对于这类复合材料相互嵌套复杂拓扑管路类结构，一方面可以采用传统工艺手段成型，但管路类结构十分复杂，产品脱模困难成为关键性的技术问题。另一方面采用3D打印技术成型，由于3D打印机技术使用的原材料非常有限，从而限制了打印相互嵌套复杂拓扑管路类结构对原材料的选择。另外，3D打印技术成型精度低，无法保证产品的成型质量。同时，3D打印技术效率低成本高也制约了3D打印技术在该结构产品上的应用。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术不足，提供一种相互嵌套复杂拓扑管路类结构及整体成型方法，解决了此类结构的复合材料成型困难问题。

本发明的技术解决方案：一种相互嵌套复杂拓扑管路类结构，包括内部复合材料拓扑管路、外部复合材料壳体和在内部复合材料拓扑管路和外部复合材料壳体之间的维型芯材，所述的相互嵌套复杂拓扑管路类结构通过内部的复合材料拓扑管路预制成型、维型芯材原位发泡和外部复合材料壳体共固化成型得到。

所述的维型芯材在预制成型的相互嵌套的内部复合材料拓扑管路外原位发泡，外部复合材料壳体的预浸料包覆在维型芯材外，相互嵌套的内部复合材料拓扑管路和外部复合材料壳体共同固化成型。

本发明通过内部复合材料拓扑管路预制成型、维型芯材原位发泡、外部复合材料壳体共固化成型，维型芯材原位发泡作为壳体成型的芯模，解决了管路与外壳体为相互嵌套的一体式复杂结构此类结构的成型、脱模困难问题，保证了复合材料产品内部结构的整体性。

一种相互嵌套复杂拓扑管路类结构整体成型方法，所述的相互嵌套复杂拓扑管路类结构包括内部复合材料拓扑管路和外部复合材料壳体，整体成型通过以下步骤实现：

第一步，内部复合材料拓扑管路预制件制备，

A1.1、制备内部复合材料拓扑管路中每个管路的可溶性芯模；

可溶性芯模制备为本领域公知技术，本领域技术人员根据内部复合材料拓扑管路中每一个管路的形状和预浸料成型工艺来确定可溶性芯模的形状和材料。

A1.2、根据步骤A1.1制备得到的可溶性芯模外，制备每一个管路的橡胶膨胀芯模；

为保证管路内壁质量，在可溶性芯模外再制备橡胶膨胀芯模，将可溶芯模放置到橡胶成型模内，橡胶模厚度控制在(5～7)mm,橡胶外型面应比管路主体内径小(0.5～0.7)mm。橡胶膨胀芯模采用硫化液体硅橡胶浇注成型，橡胶硫化完全后脱模得到，也可采用其他常规橡胶软模原料上浇注内部复杂管路橡胶膨胀芯模。

A1.3、制备预浸料；

根据所需制备的相互嵌套复杂拓扑管路来选择树脂及纤维种类，保证树脂的固化温度要低于橡胶软模的最高使用温度；