水溶性芯模性能和应用研究

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1、制造技术研究航天制造技术水溶性芯模性能和应用研究张芳殷永霞谭放（北京空间机电研究所，北京100076）摘要：采用热压注成型工艺制备了一种新型水溶性芯模材料，研究了其密度、力学性能和水溶性能等，分析了影响该芯模材料力学性能的因素。结果表明，当固体填料石英砂为150目左右时，可获得性能最优的水溶性芯模。并将所制得的水溶性芯模成功地用于树脂基复合材料结构件的制造中。关键词：水溶性芯模；力学性能；树脂基复合材料；石英砂TheStudyofPropertiesandApplicationoftheWaterSolubleCo

2、reToolingZhangFangYinYongxiaTanFang(BingjingInstituteofSpaceMechanics&Electricity,Beijing100076)Abstract：Thehotpressurecastingtechnologyisusedtopreparethewatersolublecore.Thedensity,mechanicspropertiesandwater-solubilityarestudied,andtheresultsshowthatwhenquar

3、tzsandis150item,theobtainedwatersolublecoreshadhighstrength.Thewatersolublecoreissuccessfullyusedtomanufacturingacompositestructurewithtypicalfeatures.Keywords：watersolublecoretooling；mechanicsproperties；polymermatrixcomposite；quartzsand1引言力和固化温度要求并仍可保持原有形状，最后

4、使用水[2]等溶剂使其溃散脱模获得产品的一种芯模材料。因复合材料具有许多优良的性能，例如，可以实现此，研制一种综合性能良好的水溶性芯模用于制造各复杂异型的几何形状的制造，减少结构件零件的数种复杂异型的复合材料结构件具有非常重要的意义。目，简化制造成型的工序，减少产品的质量和降低生本文以某种型号的胶粘剂和固体填料石英砂作为原产成本，而且具有比强度和比刚度高、疲劳寿命长等材料，制备了一种综合性能良好的新型水溶性芯模材[1]结构效率高的优点，因此广泛应用于航空航天领域。料，能够满足复合材料结构件成型的要求。一般来说，金属

5、模具是复合材料成型制造中主要使用的模具，但对于一些结构复杂的复合材料产品，如复2水溶性芯模的制备杂封闭型腔结构、中空内凸结构、出口小内腔大或者[2，3]不允许有拔模斜度的制件，如果采用传统的金属2.1主要原料与实验仪器模具，就需要将模具多块组合而成或者必要时将复合主要原料：石英砂，细度（150目、90目和50材料产品分割成多块分别制造然后粘接在一起，这样目）；某种型号的水溶性胶粘剂。不仅使制造过程复杂化而且影响着产品的强度性能实验仪器：鼓风干燥箱；万能材料试验机；自制指标。这时，水溶性芯模材料便应运而生。模具。水溶

6、性芯模材料是用水溶性胶粘剂将一种或几2.2水溶性芯模的制备种固体填料按照一定的比例粘接在一起，并根据使用根据芯模材料预混料流动性，水溶性芯模的成型要求制备成具有一定形状，在使用时满足产品成型压制备方法可分为浇注成型和热压注成型。预混料流动作者简介：张芳（1987-），在读硕士，飞行器设计专业；研究方向：复合材料成型。收稿日期：2012-10-2953制造技术研究2012年12月第6期性能较好的可采用浇注成型，若流动性能较差则可采文主要对水溶性芯模的密度、强度、加工性能和水溶[4]用热压注成型。根据本文所选用的水溶性

7、芯模材料解性能等进行了测试分析，其中强度性能按照的特点，成型制备的方法为热压注成型，其成型工艺GB/T17671—1999进行测试。流程图如图1所示。根据水溶性芯模的形状尺寸大小3.1水溶性芯模的密度及分析准备成型母模，将石英砂和水溶性胶粘剂按照一定比在干燥的状态下，准确称量水溶性芯模试样的质例混合后在金属母模中预成型捣实，然后放入烘箱中量，其中试件的尺寸为40mm×40mm×160mm，数量加热固化，其中固化温度为135℃，固化时间随着芯为12件。通过分析计算其密度如表1所示。模尺寸的增大而延长，固化完成后脱模即

8、可。由表1可知，水溶性芯模的密度变化范围为331.47～1.55g/cm，其平均密度为1.511g/cm，可见其成型模具的材料配制预成型捣实加热固化脱模准备密度小，质量轻，在复合材料结构件的成型制备中便图1水溶性芯模的成型工艺流程图于操作。通过分析计算，芯模密度的标准偏差为0.0288，离散系数为1.89%。芯模的密度具有一定的3水溶性芯模的性能[5，6]分