一种纤维增强树脂基复合材料机翼的整体成型方法

摘要

一种纤维增强树脂基复合材料机翼的整体成型方法，它有八大步骤：一、确定纤维增强树脂基复合材料机翼的结构设计方案；二、确定模具方案；三、制备石蜡芯模；四、在石蜡芯模上套上气囊，并按照设计的铺层方案在套有气囊的石蜡芯模上铺覆预浸料；五、将铺覆好的纤维增强树脂基复合材料机翼放入模具内并定位合模；六、对气囊进行充气加压，按照树脂的固化工艺规程进行升温固化；七、固化完成后冷却至室温，取出含有石蜡的纤维增强树脂基复合材料机翼；步骤八、将纤维增强树脂基复合材料机翼加热使石蜡融化后取出气囊，最终得到纤维增强树脂基复合材料机翼。本发明实现了复合材料机翼的整体成型，成型质量高、工艺简单、成本低，满足工业生产的需要。

说明书

技术领域

本发明提供一种纤维增强树脂基复合材料机翼的整体成型方法，属于复合材料制造技术 领域。

背景技术

机翼是飞机升力的主要提供者，其表面承受着巨大的气动载荷。为了满足机翼强度要求， 传统的飞机机翼由蒙皮、翼肋、桁条以及大梁等诸多金属部件装配而成，因而结构重量较大， 不利于飞机的减重设计。相比而言，复合材料比强度高、比刚度大，且易于实现整体成型， 近年来被日益广泛的应用到航空结构设计中。树脂传递模塑成型工艺（RTM）可以制备空心 复合材料结构，是一种成熟的低成本复合材料整体成型制备技术，但是对于尺寸较大的薄壁 结构(比如机翼蒙皮)成型比较困难，容易在成型过程中产生缺陷；热压罐法可以制备一些大 的复合材料结构，成型质量也非常高，但成本非常高。因此，如何低成本、高质量的整体成 型纤维增强树脂基复合材料机翼是工程中亟需解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种纤维增强树脂基复合材料机翼的整体成型方法，以解以传统 纤维增强树脂基复合材料机翼整体成型时的高成型质量和低成本不能兼顾的问题。

本发明所采用的技术方案如下：

本发明一种纤维增强树脂基复合材料机翼的整体成型方法，其步骤如下：

步骤一、确定纤维增强树脂基复合材料机翼的结构设计方案。

步骤二、根据纤维增强树脂基复合材料机翼的结构设计方案确定模具方案，包括制备石 蜡芯模的模具和纤维增强树脂基复合材料机翼的模具。

步骤三、制备石蜡芯模。

步骤四、在石蜡芯模上套上气囊，并按照设计的铺层方案在套有气囊的石蜡芯模上铺覆 预浸料。

步骤五、将铺覆好的纤维增强树脂基复合材料机翼放入模具内，然后定位合模。

步骤六、对气囊进行充气加压，压力范围在0.1～0.8MPa，按照树脂的固化工艺规程进行 升温固化。

步骤七、固化完成后冷却至室温，取出含有石蜡的纤维增强树脂基复合材料机翼。

步骤八、将纤维增强树脂基复合材料机翼温度加热到石蜡的熔点以上、复合材料机翼的 长期使用温度范围以下，将石蜡融化后取出气囊，最终得到纤维增强树脂基复合材料机翼。

其中，在步骤一中所述的“结构设计方案”需要根据技术指标进行设计，纤维增强树脂 基复合材料机翼的结构由一个或多个腔体组成，并且每个腔体可以根据需要设计成等截面的 或变截面的，每个腔体的横截面形状可以是梯形、平行四边形、三角形、变弧度的封闭轮廓 形状，总而言之每个腔体的形状可以是任意的，纤维增强树脂基复合材料机翼局部有或无加 强筋条和加强肋。

其中，在步骤三中所述的“石蜡芯模”的材料为石蜡，石蜡的熔点必须低于纤维增强树 脂基复合材料机翼的长期使用温度。

其中，在步骤四中所述的“气囊”是一端封闭另一端设有气囊进气口的囊体，由高分子 材料制成，长期使用温度范围高于所选用于制备纤维增强树脂基复合材料机翼的树脂的最高 固化温度，能够承受最大的压力大于1MPa；在步骤四中所述的“设计的铺层方案”通常是均 衡对称的铺层方案，具体的铺层层数、铺层角度和铺层比例要根据需要实现的指标进行设计； 在步骤四中所述的“预浸料”是指使用树脂在严格控制的条件下浸渍纤维布，制成树脂与纤 维布的组合体，是制造复合材料的中间材料。在步骤四中所述的“预浸料”的纤维布可以是 碳纤维、玻璃纤维、Kevlar纤维、硼纤维和植物纤维的一种，“预浸料”的树脂可以是环氧树 脂、聚酰亚胺、热塑性聚氨酯、聚酰胺、聚苯硫醚、聚芳醚酮和聚乙烯醇中的一种。

其中，在步骤六中所述的“固化工艺规程”是指对树脂在整个固化过程中相关工艺参数 的规定，每种型号的树脂都对应有与之相匹配的固化工艺规程。

本发明一种纤维增强树脂基复合材料机翼的整体成型方法，有益效果是能够实现复合材 料机翼的整体成型，且该方法具有成型质量高、工艺简单、成本低的特点，能够满足工业生 产的需要。

附图说明

图1是本发明所述方法的流程框图。

图2作纤维增强树脂基复合材料机翼所需要的石蜡芯模及气囊示意图。

图3纤维增强树脂基复合材料机翼成型过程加压原理示意图

图2中：1.石蜡芯模，2.气囊，3.气囊进气口；

图3中：4.纤维增强树脂基复合材料机翼，5.模具。

具体实施方式

下面结合附图和实施实例对本发明做出进一步的说明。

本发明的流程图如图1所示，首先确定纤维增强树脂基复合材料机翼的结构设计方案， 然后根据纤维增强树脂基复合材料翼盒的结构设计方案确定模具方案，利用准备好的模具制 备石蜡芯模，在石蜡芯模上套上气囊，并按照设计的铺层方案在套有气囊的石蜡芯模上铺覆 预浸料，将铺覆好的纤维增强树脂基复合材料机翼放入模具内，然后定位合模，对气囊进行 充气加压，按照树脂固化工艺规程进行升温固化，固化完成后冷却至室温，取出含有石蜡的 纤维增强树脂基复合材料机翼，最后将纤维增强树脂基复合材料机翼温度加热到石蜡的熔点 以上、复合材料机翼的长期使用温度范围以下，将石蜡融化后取出气囊，得到纤维增强树脂 基复合材料机翼。本发明的具体实施步骤如下：

步骤一、确定纤维增强树脂基复合材料机翼的结构设计方案。

其中，在步骤一中所述的“结构设计方案”需要根据技术指标进行设计，纤维增强树脂 基复合材料机翼的结构由一个或多个腔体组成，并且每个腔体可以根据需要设计成等截面的 或变截面的，每个腔体的横截面形状可以是梯形、平行四边形、三角形、变弧度的封闭轮廓 形状，总而言之每个腔体的形状可以是任意的，纤维增强树脂基复合材料机翼局部有或无加 强筋条和加强肋。

步骤二、根据纤维增强树脂基复合材料机翼的结构设计方案确定模具方案，包括制备石 蜡芯模的模具和纤维增强树脂基复合材料机翼的模具5。

步骤三、制备石蜡芯模1。

其中，在步骤三中所述的“石蜡芯模”1的材料为石蜡，石蜡的熔点必须低于纤维增强 树脂基复合材料机翼的长期使用温度。

步骤四、在石蜡芯模1上套上气囊2，并按照设计的铺层方案在套有气囊2的石蜡芯模1 上铺覆预浸料，如图2所示。

其中，在步骤四中所述的“气囊”2是一端封闭另一端设有气囊进气口3的囊体，由高 分子材料制成，长期使用温度范围高于所选用于制备纤维增强树脂基复合材料机翼的树脂的 最高固化温度，能够承受最大的压力大于1MPa；在步骤四中所述的“设计的铺层方案”通常 是均衡对称的铺层方案，具体的铺层层数、铺层角度和铺层比例要根据需要实现的指标进行 设计；在步骤四中所述的“预浸料”是指使用树脂在严格控制的条件下浸渍纤维布，制成树 脂与纤维布的组合体，是制造复合材料的中间材料；在步骤四中所述的“预浸料”的纤维布 可以是碳纤维、玻璃纤维、Kevlar纤维、硼纤维和植物纤维中的一种，“预浸料”的树脂可以 是环氧树脂、聚酰亚胺、热塑性聚氨酯、聚酰胺、聚苯硫醚、聚芳醚酮和聚乙烯醇中的一种。

步骤五、将铺覆好的纤维增强树脂基复合材料机翼4放入模具5内，然后定位合模。

步骤六、对气囊进行充气加压，压力范围在0.1～0.8MPa，按照树脂的固化工艺规程进行 升温固化。加压原理如图3所示，对气囊2充气，气囊2的压力传递给纤维增强树脂基复合材料 机翼4，通过模具5限定纤维增强树脂基复合材料机翼4的外形。

其中，在步骤六中所述的“固化工艺规程”是指对树脂在整个固化过程中相关工艺参数 的规定，每种型号的树脂都对应有与之相匹配的固化工艺规程。

步骤七、固化完成后冷却至室温，取出含有石蜡的纤维增强树脂基复合材料机翼4。

步骤八、将纤维增强树脂基复合材料机翼温度加热到石蜡的熔点以上、复合材料机翼的 长期使用温度范围以下，将石蜡融化后取出气囊2，最终得到纤维增强树脂基复合材料机翼4。