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CN110103483B - 一种蜂窝芯拼接方法 - Google Patents

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刘志杰
杨晶晶
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Chengdu Aircraft Industrial Group Co Ltd
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Abstract

本发明提供一种蜂窝芯拼接方法，包括整体拼接方法和胶接剂梯形分布；整体拼接方法是在复合材料上、下面板之间放置所有需要拼接的复合材料和蜂窝组件，中间插入胶接剂，一次性进罐完成热压固化；梯形密度胶接剂是指根据两边材料的热膨胀系数和界面温度分布情况，将胶接剂密度设置为相应梯形分布，缓解拼接界面热应力导致的蜂窝开裂或变形问题。本发明针对大数量、多种类蜂窝和复合材料拼接形成蜂窝夹芯结构时出现的周期长、热膨胀应力问题等，能够缩短大数量、多种类蜂窝夹芯结构的制造周期，并且缓解了热膨胀系数不匹配导致的变形和蜂窝开裂等问题。

Description

一种蜂窝芯拼接方法
技术领域
本发明涉及复合材料领域，具体涉及一种蜂窝芯拼接方法。
背景技术
蜂窝和复合材料均具有较高的比强度，由蜂窝和复合材料形成的蜂窝夹芯结构在航空航天领域得到了广泛的应用。随着航空航天领域对蜂窝夹芯结构功能多样性需求的提高，蜂窝夹层结构向着蜂窝和复合材料组件数量更多，种类更多的方向发展。
目前，蜂窝芯拼接方法主要为以蜂窝为中心，用胶接剂将复合材料、蜂窝与该蜂窝进行拼接，然后高温固化成一个新的整体。以该整体为中心，再通过胶接剂与复合材料构件、蜂窝进行拼接，形成一个新的整体，如此循环从而完成蜂窝和复合材料的拼接。该方法主要存在以下两个问题：1）针对由数量较多的蜂窝和复合材料组件形成的蜂窝夹层结构，需要进行多次拼接，增加固化周期。且反复加热固化会影响蜂窝与复合材料的拼接性能和使用寿命。2）针对多种类蜂窝和复合材料组件形成的蜂窝夹层结构，不同材料在拼接过程中会因为热膨胀系数不匹配而导致蜂窝开裂，导致整体报废。
查阅相关技术和文献发现，专利（专利号CN103589349）公开了一种蜂窝芯拼接方法。该方法主要内容为：在蜂窝夹芯板的蜂窝芯组件或蜂窝芯与边框骨架之间插入满足要求的条状发泡胶，随后在热压制板高温下完成拼接。该方法无法解决大数量和多种类蜂窝夹层结构周期长、蜂窝芯开裂问题。
发明内容
本发明的目的是针对大数量和多种类蜂窝和复合材料拼接时出现的周期长以及不同材料之间因为热膨胀系数不匹配产生的蜂窝开裂、脱粘等问题，提出了一种蜂窝芯拼接方法，缩短成型周期并降低由于热膨胀不匹配带来的蜂窝开裂等问题。
本发明提出的一种蜂窝芯拼接方法，包括以下步骤：
步骤一：在工装上安放下面板，并在下面板上先后放置无孔隔离膜和带孔隔离膜；
步骤二：在下面板上放置所有蜂窝和复合材料组件；
步骤三：在蜂窝之间或者蜂窝与复合材料组件之间插入胶接剂；
所述胶接剂厚度不大于组件拼接间隙的1/2，在拼接界面设置胶接剂层数为2层；在热膨胀系数高的组件一侧胶接剂进行满铺叠，热膨胀系数高的组件长度为L，在热膨胀系数低的组件侧胶接剂长度为：
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE002
(1)
其中，
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE004
、
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE006
分别为高热膨胀系数和低热膨胀系数的组件在胶接剂固化时的温度值；
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE008
和
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE010
分别为高热膨胀系数和低热膨胀系数组件的热膨胀系数；
步骤四：在周围放置防压塌辅助工装，并放置带孔隔离膜、无孔隔离膜和上面板；
步骤五：将整体进行真空袋封装，送入热压设备按照胶接工艺参数进行热压固化。
所述在拼接界面设置的2层胶接剂之间还设置有中间层，中间层的胶接剂长度为
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE012
(2)
其中，n表示胶接剂层数，i表示从高热膨胀系数组件向低热膨胀系数组件方向的第i层。
所述胶接剂可分段放置，其中：组件两端的胶接剂长度不小于L/8，各段胶接剂间隙不长于0.5mm。
所述各段胶接剂的间隙与另一层的间隙不重合。
所述胶接剂为发泡胶或胶膜。
本发明的技术思路包括整体拼接方法和梯形密度胶接剂设计方法两个方面:
整体拼接方法指在复合材料上、下面板之间放置所有需要拼接的复合材料和蜂窝组件，中间插入胶接剂，一次性进罐完成热压固化。
梯形密度胶接剂是指根据两边材料的热膨胀系数和界面温度分布情况，将胶接剂密度设置为相应梯形分布，缓解拼接界面热应力导致的蜂窝开裂或变形问题。
本发明的有益效果是：
针对大数量、多种类蜂窝和复合材料拼接形成蜂窝夹芯结构时出现的周期长、热膨胀应力问题等，本发明中提出整体胶接所有蜂窝和复合材料制件的方法，并设计了一种梯形密度分布的胶接剂胶接方法。本设计方案能够缩短大数量、多种类蜂窝夹芯结构的制造周期，并且缓解了热膨胀系数不匹配导致的变形和蜂窝开裂等问题。
附图说明
图1是复合材料胶接组装示意图。
图2是复合材料胶接剂放置示意图。
图中：1-真空袋、2-复合材料面板、3-无孔隔离膜、4-防塌工装、5-蜂窝、5a~5b-蜂窝、6-有孔隔离膜、7-发泡胶、8-工装。
具体实施方式
下面结合附图和实例对本发明作进一步的说明：
如图1-2所示。
实施例1
本发明的一种蜂窝芯拼接方法，包括以下步骤：
步骤一：在工装上安放下面板，并在下面板上先后放置无孔隔离膜和带孔隔离膜；
步骤二：在下面板上放置所有蜂窝和复合材料组件；
步骤三：在蜂窝之间或者蜂窝与复合材料组件之间插入胶接剂；
所述胶接剂厚度不大于组件拼接间隙的1/2，在拼接界面设置胶接剂层数为2层；在热膨胀系数高的组件一侧胶接剂进行满铺叠，热膨胀系数高的组件长度为L，在热膨胀系数低的组件侧胶接剂长度为：
Figure DEST_PATH_IMAGE002A
(1)
其中，
Figure 720944DEST_PATH_IMAGE004
、
Figure 169243DEST_PATH_IMAGE006
分别为高热膨胀系数和低热膨胀系数的组件在胶接剂固化时的温度值；
Figure 948980DEST_PATH_IMAGE008
和
Figure 140927DEST_PATH_IMAGE010
分别为高热膨胀系数和低热膨胀系数组件的热膨胀系数；
步骤四：在周围放置防压塌辅助工装，并放置带孔隔离膜、无孔隔离膜和上面板；
步骤五：将整体进行真空袋封装，送入热压设备按照胶接工艺参数进行热压固化。
实施例2
一种蜂窝芯拼接方法，其关键是在拼接的不同种蜂窝6之间放置梯形密度的发泡胶7，具体实施方式为：
步骤一：在工装8上安放复合材料面板2，定位后再先后放置无孔隔离膜3和有孔隔离膜6；
步骤二：在有孔隔离膜6上放置需要拼接的蜂窝5；
步骤三：在蜂窝5a跟5b之间插入发泡胶7。发泡胶7分为三层，每一层宽度为拼接间隙宽度的1/3。
其中蜂窝6a的胶接界面完全铺放一层发泡胶7，
蜂窝5b胶接界面铺放的发泡胶7截面如图2所示，共分为三段，对称排布，上段发泡胶7截面长度为：
Figure DEST_PATH_IMAGE014
（其中，其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE016
、
Figure DEST_PATH_IMAGE018
分别为蜂窝6a跟6b在固化时的温度值；
Figure DEST_PATH_IMAGE020
和
Figure DEST_PATH_IMAGE022
分别为蜂窝5a跟5b热膨胀系数，且
Figure DEST_PATH_IMAGE020A
＞
Figure DEST_PATH_IMAGE022A
，L为蜂窝5a上发泡胶7截面长度。）中间段发泡胶7截面长度为：
Figure DEST_PATH_IMAGE024
。中间层发泡胶7分为两段，每段发泡胶7截面长度为
Figure DEST_PATH_IMAGE026
。
所有发泡胶7分段之间间隙小于0.5mm, 各段蜂窝均要保证与前后两层发泡胶搭接。
步骤四：在周围放置防压塌辅助工装4，并放置有孔隔离膜6、无孔隔离膜3和复合材料面板2；
步骤五：进行真空袋1封装，送入热压设备按照胶接工艺参数进行热压固化。当升温固化时，发泡胶7膨胀，各段发泡胶7之间的间隙被填充，发泡胶7根据间隙分布形成梯形密度分布。
以上仅是本发明的具体应用范例，对本发明的保护范围不构成任何限制。凡采用等同变换或是等效替换而形成的技术方案，均落在本发明权利保护范围之内。

Claims (5)

1.一种蜂窝芯拼接方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：在工装上安放下面板，并在下面板上先后放置无孔隔离膜和带孔隔离膜；
步骤二：在下面板的无孔隔离膜和带孔隔离膜上放置所有蜂窝和复合材料组件；
步骤三：在蜂窝之间或者蜂窝与复合材料组件之间插入胶接剂；
所述胶接剂厚度不大于组件拼接间隙的1/2，在拼接界面设置胶接剂层数为2层；在热膨胀系数高的组件一侧胶接剂进行满铺叠，热膨胀系数高的组件长度为L，在热膨胀系数低的组件侧胶接剂长度为：
Figure DEST_PATH_IMAGE002
(1)
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE004
、
Figure DEST_PATH_IMAGE006
分别为高热膨胀系数和低热膨胀系数的组件在胶接剂固化时的温度值；
Figure DEST_PATH_IMAGE008
和
Figure DEST_PATH_IMAGE010
分别为高热膨胀系数和低热膨胀系数组件的热膨胀系数；
步骤四：在周围放置防压塌辅助工装，并放置带孔隔离膜、无孔隔离膜和上面板；
步骤五：将整体进行真空袋封装，送入热压设备按照胶接工艺参数进行热压固化。
2.根据权利要求1所述一种蜂窝芯拼接方法，其特征在于，所述在拼接界面设置的2层胶接剂之间还设置有中间层，中间层的胶接剂长度为
Figure DEST_PATH_IMAGE012
(2)
其中，n表示胶接剂层数，i表示从高热膨胀系数组件向低热膨胀系数组件方向的第i层。
3.根据权利要求1或2所述一种蜂窝芯拼接方法，其特征在于，所述胶接剂可分段放置，其中：组件两端的胶接剂长度不小于L/8，各段胶接剂间隙不长于0.5mm。
4.根据权利要求2所述一种蜂窝芯拼接方法，其特征在于，所述各段胶接剂的间隙与另一层的间隙不重合。
5.根据权利要求2所述一种蜂窝芯拼接方法，其特征在于，所述胶接剂为发泡胶或胶膜。
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