軟模閉模纖維增強復(fù)合材料制品加工裝置及加工方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及纖維增強復(fù)合材料制品加工裝置及加工方法的改進(jìn)，尤其是一種對操作工人技術(shù)水平要求較低，且能夠生產(chǎn)出高強度、高表面質(zhì)量產(chǎn)品，初期投資較小的加工裝置及加工方法。
【背景技術(shù)】
[0002]纖維增強復(fù)合材料是將碳纖維、玻璃纖維或玄武巖纖維等高性能連續(xù)纖維浸漬于環(huán)氧樹脂、不飽和聚酯樹脂或乙烯基樹脂等形成整體復(fù)合材料。由于纖維增強復(fù)合材料具有如下特點:(1)比強度高，比模量大；(2)材料性能具有可設(shè)計性；(3)抗腐蝕性和耐久性能好；(4)熱膨脹系數(shù)與混凝土的相近。這些特點使得纖維增強復(fù)合材料能滿足現(xiàn)代結(jié)構(gòu)向大跨、高聳、重載、輕質(zhì)高強以及在惡劣條件下工作發(fā)展的需要，同時也能滿足現(xiàn)代建筑施工工業(yè)化發(fā)展的要求，因此被越來越廣泛地應(yīng)用于各種民用建筑、橋梁、公路、海洋、水工結(jié)構(gòu)以及地下結(jié)構(gòu)等領(lǐng)域中。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)中，纖維增強復(fù)合材料制品的成型工藝形式較多，主要有傳統(tǒng)手糊工藝、模壓工藝、RTM、拉擠工藝、纏繞工藝等。其中傳統(tǒng)手糊工藝需要操作工人先鋪一層纖維材料再刷一層膠液，然后再鋪一層纖維材料再刷一層膠液，如此逐層鋪刷，直至達(dá)到工藝要求，在逐層鋪刷的過程中，需要用刷子擠出氣泡，以免產(chǎn)品中有氣泡影響整體強度；采用傳統(tǒng)手糊工藝由于每層纖維材料是整張連續(xù)纖維，則所成型的產(chǎn)品強度高，但是手工操作無法實現(xiàn)自動化生產(chǎn)，生產(chǎn)效率低，對操作工人技術(shù)水平要求高，且產(chǎn)品表面質(zhì)量差。模壓工藝是采用模壓機(jī)成型，自動化程度高，但是初期設(shè)備投資大，且纖維材料必須是破碎狀，產(chǎn)品強度相對較低，對于低強度范圍的產(chǎn)品可以適用，但不適用高強度范圍產(chǎn)品以及小批量、多品種的產(chǎn)品生產(chǎn)。RTM工藝屬于半自動成型，其原材料成本高，尤其是導(dǎo)流網(wǎng)(通常30-50元/m2)耗材價格昂貴，生產(chǎn)效率相對較低；拉擠工藝通常適用于型材加工，纏繞工藝通常適用于圓筒狀產(chǎn)品加工，應(yīng)用范圍相對較窄。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明提出一種軟模閉模纖維增強復(fù)合材料制品加工裝置及加工方法，兼顧傳統(tǒng)手糊工藝強度高和模壓工藝自動化程度高的優(yōu)點，對操作工人技術(shù)水平要求較低，產(chǎn)品表面質(zhì)量高，初期投資較小。
[0005]為了達(dá)到上述技術(shù)目的，本發(fā)明所提出的軟模閉模纖維增強復(fù)合材料制品加工裝置的技術(shù)方案是:一種軟模閉模纖維增強復(fù)合材料制品加工裝置，包括模具固定架、加壓固定架、設(shè)置在加壓固定架上的多個加壓部件、上模具、下模具、震動裝置和電控系統(tǒng)；
所述模具固定架包括底座和支撐框架，所述支撐框架包括上橫梁，所述加壓固定架固設(shè)在所述上橫梁上；
多個所述加壓部件中，包括至少一個垂直于所述上模具的垂直加壓部件；
所述上模具位于所述加壓部件的下方，其包括薄壁剛性模具殼體和包覆在薄壁剛性模具殼體下表面上的柔性內(nèi)襯層，所述薄壁剛性模具殼體與所述加壓部件相接觸且固連于所述垂直加壓部件，其在所述加壓部件的壓力作用下具有彈性變形能力；
所述下模具為剛性模具，其固定在所述底座上；
所述震動裝置設(shè)置在所述下模具的一側(cè)。
[0006]所述薄壁剛性模具殼體材質(zhì)為玻璃鋼，其厚度范圍為l_2mm，所述柔性內(nèi)襯層的材質(zhì)為耐有機(jī)溶劑腐蝕的彈性材料，其厚度范圍為3~5mm ;所述下模具的材質(zhì)為玻璃鋼，其厚度范圍為5-20mm。
[0007]所述垂直加壓部件對應(yīng)所述上模具的中心部位，多個所述加壓部件中，除所述垂直加壓部件外，還包括側(cè)部加壓部件，所述側(cè)部加壓部件分布在所述垂直加壓部件的外側(cè)，對應(yīng)所述上模具的側(cè)部。
[0008]所述側(cè)部加壓部件向外傾斜設(shè)置。
[0009]所述底座獨立設(shè)置，其下方設(shè)置有頂升機(jī)構(gòu)。
[0010]所述底座具有行走輪。
[0011]本發(fā)明還提出了一種基于上述軟模閉模纖維增強復(fù)合材料制品加工裝置的軟模閉模纖維增強復(fù)合材料制品加工方法，包括如下步驟:
1)垂直加壓部件啟動，帶動上模具向上運動至開模位置，在下模具內(nèi)鋪設(shè)與模腔形狀相適配的至少一張纖維增強復(fù)合材料，然后向下模具內(nèi)置入膠液，膠液的質(zhì)量依纖維增強復(fù)合材料種類和質(zhì)量而定；
2)啟動震動裝置震動下模具，使膠液對纖維增強復(fù)合材料進(jìn)行充分浸潤；
3)垂直加壓部件帶動上模具向下運動進(jìn)行合模并進(jìn)行加壓，然后由中心向外圍間隔時間t開啟側(cè)部加壓部件對上模具進(jìn)行加壓排出材料內(nèi)的氣體，當(dāng)達(dá)到預(yù)定壓力時，保壓至制品固化成型，停止加壓；
4)模具開模、脫模、切割處理。
[0012]所述纖維增強復(fù)合材料可以為玻璃纖維、碳纖維或玄武巖纖維；在步驟1)中，當(dāng)所述纖維增強復(fù)合材料為玻璃纖維氈時，膠液質(zhì)量為玻璃纖維氈重量的60%_70%，當(dāng)所述纖維增強復(fù)合材料為玻璃纖維方格布時，膠液質(zhì)量為玻璃纖維方格布重量的1.5-2倍；當(dāng)所述纖維增強復(fù)合材料為碳纖維布時，膠液質(zhì)量為碳纖維布質(zhì)量的2-3倍；當(dāng)所述纖維增強復(fù)合材料為玄武巖纖維布時，膠液質(zhì)量為玄武巖纖維布質(zhì)量的1-1.5倍。
[0013]所述膠液的組分及重量份為不飽和聚酯樹脂100份、促進(jìn)劑0.5-2份，固化劑0.5?2份。
[0014]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點和積極效果:1、本發(fā)明軟模閉模纖維增強復(fù)合材料制品加工裝置及加工方法可以和自動化設(shè)備配合實現(xiàn)生產(chǎn)過程的半自動化，相比傳統(tǒng)手糊工藝，大大提高生產(chǎn)效率；2、上模具采用薄壁剛性模具外殼和柔性內(nèi)襯層的配合形式，下模具為剛性模具，在成型過程中，剛性的下模具可以在震動裝置的作用下使膠液對纖維增強復(fù)合材料進(jìn)行充分浸潤，上模具的薄壁剛性模具外殼既可以保證制品定型，又能與柔性內(nèi)襯層一起在加壓部件的加壓作用下發(fā)生彈性變形可以將加壓力傳遞至成型材料內(nèi)，以實現(xiàn)自動排出材料內(nèi)部氣體的作用，從而避免了傳統(tǒng)手糊工藝使用大量人工排出氣泡的工序，且可以實現(xiàn)布置纖維增強復(fù)合材料和放置膠液的分步進(jìn)行，無需如傳統(tǒng)手糊工藝需逐層鋪刷，大大提高了生產(chǎn)效率并降低了對操作人員技術(shù)水平的要求；3、采用本發(fā)明加工裝置及加工方法，纖維增強材料也為整張材料，則所成型的產(chǎn)品強度高；4、相對于現(xiàn)有RTM工藝則不使用導(dǎo)流網(wǎng)、真空栗等裝置，就可以實現(xiàn)產(chǎn)品內(nèi)部無空腔、密實無缺陷，產(chǎn)品表面光滑平整；不需要開鋼模、投資油壓機(jī)，初期投資規(guī)模較小，可以靈活安排生產(chǎn)。
【附圖說明】
[0015]圖1為本發(fā)明軟模閉模纖維增強復(fù)合材料制品加工裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0016]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實施方式】作進(jìn)一步詳細(xì)地說明。
[0017]參照圖1，本實施例一種軟模閉模纖維增強復(fù)合材料制品加工裝置，包括模具固定架10、加壓固定架20、設(shè)置在加壓固定架20上的多個加壓部件30、上模具40、下模具50、震動裝置60和電控系統(tǒng)70，圖中A為制品；模具固定架10包括底座11和支撐框架12，支撐框架12包括上橫梁121，加壓固定架20固設(shè)在上橫梁121上；多個加壓部件30中，包括至少一個垂直于上模具40的垂直加壓部件31 ;上模具40位于加壓部件30的下方，其包括薄壁剛性模具殼體41和包覆在薄壁剛性模具殼體41下表面上的柔性內(nèi)襯層42，薄壁剛性模具殼體41與加壓部件30相接觸且固連于垂直加壓部件31，其在加壓部件30的加壓壓力作用下具有一定的彈性形變能力；而下模具50為剛性模具，其固定在底座11上；震動裝置60設(shè)置在下模具50的一側(cè)，在纖維增強復(fù)合材料制品加工成型過程中在下模具50內(nèi)充填纖維增強復(fù)合材料和膠液時震動下模具50，使膠液充分浸潤纖維增強復(fù)合材料。
[0018]其中，對于上模具40來說，其薄壁剛性模具殼體41是在保證其能與剛性的下模具50配合定型制品的基礎(chǔ)上，要求其還能夠在加壓部件30的加壓壓力作用下有一定的彈性形變能力，進(jìn)而可以將壓力通過柔性內(nèi)襯層42傳遞給纖維材料和膠液，柔性內(nèi)襯層42的彈性形變能力較強，則通過薄壁剛性模具殼體41與柔性內(nèi)襯層42的配合，可以使膠液在加壓部件30的加壓壓力下充分并均勻地浸潤纖維增強復(fù)合材料。進(jìn)一步地，薄壁剛性模具殼體41的材質(zhì)優(yōu)選玻璃鋼(纖維強化塑料)，其厚度范圍為l_2mm，玻璃鋼質(zhì)輕而硬，機(jī)械強度高，可承受可承受彎曲、壓縮和剪切應(yīng)力，在其厚度較薄時仍能保證較高的機(jī)械強度，不會由于其在加壓部件30的加壓壓力下的變形影響其對制品的定型能力；當(dāng)然，薄壁剛性模具殼體41也可以選用其他薄壁鋼材，以能夠保證制品定型且能在加壓部件30的加壓壓力下具有一定的彈性變形能力即可。對于柔性內(nèi)襯層42，其材質(zhì)為耐有機(jī)溶劑腐蝕的彈性材料，比如硅橡膠等，其厚度范圍為3~5mm其通過粘接的方式固設(shè)在剛性模具殼體41上，或者通過其他固定方式固定，本實施例對此不作具體限制。下模具50的材質(zhì)為玻璃鋼或者其他鋼材，其厚度范圍為5-20mm，其作用在于配合上模具40對產(chǎn)品進(jìn)行定型。
[0019]進(jìn)一步地，垂直加壓部件31對應(yīng)上模具40的中心部位，多個加壓部件30中，除垂直加壓部件31外，還包括側(cè)部加壓部件32，側(cè)部加壓部件32位于垂