[发明专利]一种复合材料结构件的成型方法

说明书

本发明公开了一种复合材料结构件的成型方法，包括密封制袋、振动处理、微波固化和结构件整体脱模；振动处理是将完成封袋的材料固定在振动支撑座上，并与物料平台同步振动；微波固化利用模具支撑架和支撑轴对硅橡胶模具进行支撑，并用微波对预成型体各表面均匀微波辐射成型；最后利用酸碱腐蚀配合人工拆解将硅橡胶模具从成型后的结构件中取出。本发明的成型方法通过振动处理结合微波固化复合材料，可实现复合材料结构件的快速、低成本、高性能成型；本发明突破热压罐成型工艺对制件尺寸的限制，降低制造成本；成型后的结构件力学性能优良、孔隙率低，其性能与质量可达到与热压罐固化后相同的水平。

技术领域

本发明涉及复合材料技术领域，特别地，涉及一种复合材料结构件的成型方法。

背景技术

热压罐工艺是目前用于固化成型航空航天用高性能树脂基复合材料的最常用工艺，利用热压罐内部的高温压缩气体产生压力对复合材料预浸料进行加热、加压以完成固化成型。但是在加热固化时，热量由材料外部向内部传递时，会在材料内部产生温度分布不均，进而使得固化程度不均匀，在材料内部产生较大的内应力，影响制件的成形质量。同时，由于热压罐结构复杂、系统庞大，属于高压压力容器，因此投资建造所需要的费用较高；不仅如此，其生产效率低且能耗巨大，设备制造和运行成本高昂等一些缺点，限制了热压罐成型工艺的发展甚至成为制约复合材料广泛应用的瓶颈。

鉴于上述问题，国内外针对复合材料微波固化的设备研发方面开展了大量研究，并取得了一定的成果。例如，发明专利201410295387.8中提出了一种微波-压力固化复合材料的温度均匀分布方法，将复合材料置于多边形腔体中，通过微波在腔体内发生多次反射后入射至材料表面和内部，同时使气体压力通过压力容器提供后作用到材料表面。发明专利201610030557.9中提出了一种微波加热装置及方法，在微波腔内放置吸波材料，由屏蔽微波区和透过微波区组成的微波局部屏蔽件覆盖在吸波材料外表面，进而针对复合材料制件的局部进行优先加热和固化。申请号为201410780220.0的申请文件中提出了一种成型装置，在微波加热复合材料过程中对复合材料制件的上下表面施加均衡的液体压力，有效压实复合材料制件。发明专利201610025303.8中提出了一种复合能场加热装置，包括微波加热装置和热压罐，通过微波加热装置向微波腔内发送微波，通过热压罐提供的高压压实复合材料制件；发明专利201410471231.0、201410471234.4和201510109343.6等也公开了使用热压罐与微波结合用于加热固化复合材料的技术。但是用上述技术及装置对复合材料进行加热固化时，并没有降低固化压力对复合材料的影响，甚至还引入了高压场，不仅没有发挥出微波固化工艺节能环保的优势，同时还因为微波-高压场的同时存在增加了工艺的安全隐患。

低温推进剂贮箱是航天运载器动力系统和结构系统的关键部件，在经历了铝镁合金阶段、铝铜合金阶段、铝锂合金阶段之后，复合材料凭借在重量和成本方面的巨大优势，大型复合材料低温贮箱已成为世界航天工业的发展趋势。传统的金属材料贮箱是通过将成型后的金属瓜瓣、壁板等结构通过焊接制造完成，而由于热固性复合材料的不可焊接性，此种制造方式已不适用于复合材料贮箱的制造过程。为了解决该问题，以美国宇航局(NASA)为首的多个航天机构提出了复合材料低温推进剂贮箱的整体成型思路。金属模具由于具有高强度，高刚度以及加工性好等优点，是目前复合材料固化成型使用最多的模具。而在复合材料近似封闭形面结构件的成型过程中，由于金属模具其热膨胀系数与复合材料的热膨胀系数高度不匹配，使得最终成型的复合材料制件内部产生严重的残余应力，难以保证结构件的成型精度，且金属组合式模具密度高质量大难以在成型后拆分脱模，故不适用于复合材料贮箱这种近似封闭形面结构件的整体成型。

发明内容

本发明的目的在于提供一种复合材料结构件的成型方法，以解决航天领域复合材料结构件(贮箱类)的大尺寸、变曲率、弱刚性等特点带来的成型困难的问题。