[发明专利]一种适用于复合材料树脂传递模塑成型工艺的轻质芯模

说明书

技术领域

本发明属于树脂基复合材料液态成型技术，涉及一种适用于复合材料树脂传递模塑成型工艺的轻质芯模。

背景技术

碳纤维增强树脂基复合材料具有轻质、高比强度、高比模量、抗疲劳断裂性能好、耐腐蚀、便于大面积整体成形等独特的优点，已广泛应用于航空飞行器和发动机结构，成为航空装备的关键材料，其用量也已成为航空装备先进性的标志之一。

树脂转移模塑成型技术，简称RTM技术(Resin Transfer Molding)是近年来在航空、航天等领域广泛应用的一种液态成型复合材料制造技术。其原理是在刚性模具型腔内铺放按性能和结构要求设计好的干态纤维预成型体，然后采用注射设备将低粘度树脂注入到闭合模腔内，使树脂与纤维充分浸润，最后按照树脂的工艺规范进行升温固化，最后得到与模具型腔形状一致的复合材料零件。腔形结构是航空飞行器中常用的复合材料结构，如翼面、舵面等结构，特别适用于采用RTM技术整体成型，成型的零件具有结构整体性好，减重效果明显，承载能力强的优点。但采用RTM成型腔形结构时，需在预成型体腔体内部预先放置成型芯模，对预成型体形成支撑作用，通常采用的成型芯模为实心结构、空心腔体结构或隔框加强空心腔体结构。实心结构芯模重量较重，不但不易于搬运，而且较大的自重将对零件的合模和脱模过程造成困难，需设计专门的合模和脱模工具，否则会出现模具合模不到位或脱模时对零件造成损伤的不利情况；此外，实心芯模不适用于夹芯多腔结构的成型，过重的芯模将会压坏预制体内部的芯材；因此，实心芯模在采用RTM工艺成型零件时具有较大的局限性。另一种芯模结构空心腔体结构虽然重量较轻，但过薄的腔壁无法耐受较大的注射压力，长期使用易变形，而采用较厚的腔壁与实心芯模相比减重效果不明显，此外，空心腔体自身刚性不够也易在机械加工过程中产生无法调整的应力变形。第三种芯模结构为隔框加强空心腔体结构，虽然能够耐受较大的注射压力，长期使用耐用性也较好，但自重仍较重，而且大大增加了加工难度和加工成本。综上，采用实心芯模、空心芯模和隔框加强空心芯模在RTM工艺成型复合材料零件时均具有较大的局限性。

发明内容

本发明的目的是：针对传统树脂转移模塑成型腔形结构复合材料技术存在的不足，提出一种适用于复合材料树脂传递模塑成型工艺的轻质芯模。

本发明的技术解决方案是，芯模10由空心盒体8、发泡材料12和堵盖3和4组成，空心盒体8的一个面上开有两个通孔，一个通孔为导入孔5，另一个通孔为透气孔6，空心盒体8的壁厚为5mm～30mm，空心盒体8内置入发泡材料12；发泡材料12发泡后完全填充空心盒体8的内腔，发泡材料12的填充量由以下公式进行计算：

V1×D＝V2

其中V1为发泡材料12发泡前的体积，V2为空心盒体8的内腔体积，D为发泡材料12的发泡体积膨胀系数；

所述空心盒体8的材料为金属。

所述发泡材料12的耐压强度大于树脂传递模塑成型工艺施加的最大压力，发泡材料12的使用温度高于树脂传递模塑成型工艺中的固化温度。

所述空心盒体8的材料为铝、钢、铁、铜或其合金。

所述发泡材料12为聚氨酯、聚甲基丙烯酰亚胺、环氧树脂、聚乙烯、或聚丙烯发泡材料，常温下为液态或粉状固态。

制造如适用于复合材料树脂传递模塑成型工艺的轻质芯模的方法，包括如下步骤：

1)采用机械加工的方法加工空心盒体8；

2)根据空心盒体8的内腔体积计算得到发泡材料12的填充量，将发泡材料12由导入孔5倒入空心盒体8中；

3)根据所填充的发泡材料12的说明要求，对发泡材料12进行发泡处理，使发泡材料12完全填充满空心盒体8；

4)清理溢出空心盒体8的多余的发泡材料12；

5)将堵盖3和4分别塞紧空心盒体8上的导入孔5和透气孔6，采用焊接或螺纹连接将堵盖3和4和空心盒体8连接成整体并进行密封处理；

6)修整芯模10的整体外形，得到用于复合材料树脂传递模塑成型工艺的芯模10。

所述芯模10的数量随成型制件的结构变化增加或减少，芯模的形状随成型制件的结构形状变化而变化。

本发明的优点和有益效果是：

1、本发明所涉及的轻质芯模在采用RTM工艺成型腔形结构复合材料时起到在树脂注射和固化过程中承受注射压力和固化应力保持零件形状的作用；

2、本发明所涉及的轻质芯模既具有实心芯模的耐压性、耐用性好的特点，又具有空心芯模的减重效果，具有既轻便又耐用，工艺适用性好的优点；