一种成型复合材料结构耐高温高导热复合型芯模制备方法与流程

本发明涉及一种成型复合材料结构耐高温高导热复合型芯模制备方法，属于先进复合材料成型工艺领域。

背景技术：

1、纤维增强树脂复合材料具有轻质高强、耐疲劳、功能复合性优异、结构可设计性强、复杂工况载荷下尺寸稳定度高的优点。随着航空航天技术的发展，该种材料在航空航天领域的应用日益广泛。先进复合材料成型内筋网格闭腔结构由形状各异的网格和蒙皮一体成型，一方面能够保证纤维连续性，另一方面该结构形式有结构效率高，能够承载复杂载荷，常应用于卫星载荷承力结构。另外航空航天装备的小开口，大内腔异形金属结构件也有逐步被复合材料取代的趋势。

2、采用传统金属模具成型小开口、大内腔复合材料结构难以实现脱模，现有技术中常采用水溶性芯模成型该类型复合材料结构件。常见的水溶性芯模包括砂芯、盐芯、有机芯。一般砂芯模由非金属氧化物粉末如：二氧化硅、玻璃微珠等，以及水溶性胶如：pvp、pval或聚乙烯基吡咯烷酮胶液组成。然而水溶性胶液在140℃以上条件下易发生交联反应或与氧气反应生成难溶物，有机芯如黄糊精、尿素在高温下化学性能不稳定易产生污染物，无法用于高温成型的复合材料构件。盐芯材料在成型过程中与模具的温差和较差的加工性能无法保证芯模的表面质量，导致复材产品内表面状态不理想。另外上述水溶性芯模材料膨胀系数小，在固化成型时无法提供成型压力，需要设计复杂的外压模具，成型复杂结构件产品密实度低，模具成本高。同时常见水溶性芯模在潮湿环境下易吸水，在固化过程中产生水汽，影响产品质量，不宜长期存放。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，解决了现有水溶性芯模材料高温下易发生交联反应以及固化过程中胶液迁移与芯模材料混杂造成脱模困难的问题，同时提升了复合材料构件的密实度、内表面成型质量和洁净度。

2、本发明目的通过以下技术方案予以实现：

3、第一方面，本发明提供一种成型复合材料结构耐高温高导热复合型芯模制备方法，包括：

4、步骤一，取用耐高温可溶盐类干燥，加入改性填料后混合均匀，改性材料质量为盐类材料质量的10％～20％；

5、步骤二，加热盐芯材料至熔融状态，搅拌均匀后倒入模具，冷却后脱模得到盐芯坯料；

6、步骤三，对盐芯坯料机加工得到符合结构尺寸的盐内芯；

7、步骤四，将定位硅橡胶片铺贴在上述盐内芯表面，放入成型模具中；

8、步骤五，在液体硅橡胶中添加高导热改性填料，搅拌均匀后，浇注至成型模具中，常温固化形成硅橡胶皮芯，脱模后得到复合型芯模。

9、第二方面，本发明提供一种成型复合材料结构耐高温高导热复合型芯模制备方法，包括：

10、步骤一，取用耐高温可溶盐类干燥，加入改性填料后混合均匀，改性材料质量为盐类材料质量的10％～20％；

11、步骤二，加热盐芯材料至熔融状态，搅拌均匀后倒入模具，冷却后脱模得到盐芯坯料；模具采用芯模形状，盐芯坯料即为盐内芯；

12、步骤三，将定位硅橡胶片铺贴在上述盐内芯表面，放入成型模具中；

13、步骤四，在液体硅橡胶中添加高导热改性填料，搅拌均匀后，浇注至成型模具中，常温固化形成硅橡胶皮芯，脱模后得到复合型芯模。

14、本发明相比于现有技术具有如下有益效果：

15、(1)本发明方法弥补了盐芯表面质量差以及硅橡胶难以脱模的缺点，兼具了两种材料的优势，由盐内芯提供芯模刚度，光滑的硅橡胶皮芯一方面保证料片的铺覆性和产品内表面成型质量，另一方面在热成型过程中提供成型压力，提升复材产品的密实度。

16、(2)本发明硅橡胶皮芯起到物理隔离盐芯和树脂的作用，防止固化过程中树脂迁移与盐芯产生难溶多余物，保证结构内腔的洁净度。

17、(3)本发明可通过在硅橡胶中可添加高导热改性填料来调节硅橡胶的热膨胀和导热性能。

18、(4)本发明的成型方法制得的复合型芯模有效地解决了现有水溶性芯模制备高温型复合材料小开口、闭腔结构件成型质量差和脱模困难的问题。芯模复合结构形式巧妙地结合了盐类芯模耐高温、高强速溶与硅橡胶热膨胀性能优异的特点；同时根据需求，通过添加改性填料可以调控盐内芯的力学、加工性能和密度，以及皮芯的热膨胀系数、导热性能，复合型芯模能够在较潮湿环境中长期保存。采用本发明制成的复合型芯模成型的复合材料结构件纤维体积分数含量为60±5％，孔隙率≤1％，复合材料构件成型温度可达210℃。

技术特征：

1.一种成型复合材料结构耐高温高导热复合型芯模制备方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的成型复合材料结构耐高温高导热复合型芯模制备方法，其特征在于，步骤一种改性填料采用微米级玻璃微珠、氧化铝粉末、二氧化硅中的一种或几种组合。

3.根据权利要求1所述的成型复合材料结构耐高温高导热复合型芯模制备方法，其特征在于，步骤一中耐高温可溶盐类采用硝酸钾/氯化钾盐类，或氯化钠/硫酸钠盐类。

4.根据权利要求3所述的成型复合材料结构耐高温高导热复合型芯模制备方法，其特征在于，步骤一中，按质量分数2:1取用硝酸钾、氯化钾固体盐干燥。

5.根据权利要求1所述的成型复合材料结构耐高温高导热复合型芯模制备方法，其特征在于，步骤五中液体硅橡胶中添加改性填料采用石墨或金属粉末。

6.一种成型复合材料结构耐高温高导热复合型芯模制备方法，其特征在于，包括：

7.根据权利要求6所述的成型复合材料结构耐高温高导热复合型芯模制备方法，其特征在于，步骤一种改性填料采用微米级玻璃微珠、氧化铝粉末、二氧化硅中的一种或几种组合。

8.根据权利要求7所述的成型复合材料结构耐高温高导热复合型芯模制备方法，其特征在于，步骤一中耐高温可溶盐类采用硝酸钾/氯化钾盐类，或氯化钠/硫酸钠盐类。

9.根据权利要求8所述的成型复合材料结构耐高温高导热复合型芯模制备方法，其特征在于，步骤一中，按质量分数2:1取用硝酸钾、氯化钾固体盐干燥。

10.根据权利要求6所述的成型复合材料结构耐高温高导热复合型芯模制备方法，其特征在于，步骤四中液体硅橡胶中添加改性填料采用石墨或金属粉末。

技术总结本发明提供了一种成型复合材料结构耐高温高导热复合型芯模制备方法，属于芯模材料制备技术领域，本发明包括如下步骤：先将硝酸钾、氯化钾和填料按比例干燥混合均匀，在钢制坩埚中熔融后浇注在模具中冷却得到盐芯坯；采用机加工手段得到复合型芯模内芯；在芯模表面铺贴一定厚度硅橡胶定位片，放入硅橡胶浇注模具中；将石墨或铝粉与液体硅橡胶混合均匀后，浇注至成型模具中，硅橡胶皮芯固化后脱模得到复合型芯模。采用本发明制作的芯模兼具良好的加工、脱模性能和结构强度，耐温性能优异达210℃，可用于辅助高温固化成型复合材料闭腔构件。同时，复合型芯模的热膨胀系数和物理性能可以根据使用情况调节。技术研发人员：章轩,王昊,宁凌锌,王宇飞,梁莹,郭成建,吴义韬受保护的技术使用者：上海航天精密机械研究所技术研发日：技术公布日：2024/7/15