纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料圓管的成型模具的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型提供一種纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料圓管的整體成型方法及成型模具，屬于復(fù)合材料制造技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料圓管廣泛的應(yīng)用于石油、船舶及航空航天等其他高性能、低重量要求的結(jié)構(gòu)中。纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料圓管構(gòu)件具有較高的比強(qiáng)度和比剛度、小線膨脹系數(shù)抗疲勞和阻尼性能良好等優(yōu)點(diǎn)。這些應(yīng)用主要包括可移動橋梁構(gòu)件，直升飛機(jī)中的支撐構(gòu)件和推拉桿及其它類似的飛行器結(jié)構(gòu)構(gòu)件，航天器及衛(wèi)星的天線支架、太陽能電池帆板支架以及未來大型空間站的結(jié)構(gòu)構(gòu)件等。其對于減小結(jié)構(gòu)自重、提高有效荷載具有重大意義。
[0003]纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料圓管的成型方法有很多種，如樹脂膜熔滲工藝(RFI)、樹脂傳遞模塑成型工藝(RTM)和熱壓罐成型工藝。
[0004]其中，RFI工藝對于樹脂體系的要求過于嚴(yán)格;其工藝方法對于形狀復(fù)雜的小型制件成型較為困難，如圓管結(jié)構(gòu);此外，RFI工藝中的樹脂用量不宜控制，不僅存在一定的浪費(fèi)現(xiàn)象，也需對多余樹脂進(jìn)行大量的清除工作。
[0005]傳統(tǒng)的熱壓罐法雖然能夠?qū)崿F(xiàn)結(jié)構(gòu)的整體成型，但因其加工成本過高而在實(shí)際應(yīng)用中受到了限制。
[0006]樹脂傳遞模塑成型工藝(RTM)作為一種低成本的液態(tài)整體成型方法，比較適合于纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料圓管的工業(yè)化生產(chǎn)。但是常見的一些利用RTM工藝制備的纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料圓管的整體性較差，圓管易產(chǎn)生分層、內(nèi)部多氣泡等缺陷，影響結(jié)構(gòu)的應(yīng)用，因此需采取一些措施加以改進(jìn)。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0007]本實(shí)用新型的目的在于提供一種工藝簡單、成本低廉，操作簡便的纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料圓管的整體成型方法，克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，解決纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料圓管成型過程中易產(chǎn)生分層、孔隙等內(nèi)部缺陷的問題。
[0008]本實(shí)用新型提供的纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料圓管的整體成型方法，主要包括以下步驟:
[0009]步驟一，按照設(shè)計(jì)的鋪層方案鋪設(shè)纖維布，纖維布層間采用定型劑定型;或根據(jù)設(shè)計(jì)要求采用編織成型或纏繞成型工藝制備復(fù)合材料圓管預(yù)制件；
[0010]步驟二，將復(fù)合材料圓管預(yù)制件放入模具之后，定位合摸；
[0011]步驟三，開始向模具內(nèi)注入樹脂填充預(yù)制件，同時(shí)實(shí)時(shí)監(jiān)測注射壓力，以保證注膠過程穩(wěn)定；
[0012]步驟四，觀察模具中預(yù)先設(shè)置的多個(gè)出膠口，當(dāng)其中一個(gè)或幾個(gè)出膠口出現(xiàn)膠液溢出現(xiàn)象，且溢出的膠液中無氣泡時(shí)，則加以封閉，當(dāng)最后一個(gè)敞開的出膠口出現(xiàn)膠液溢出時(shí)，則注膠完成；
[0013]步驟五，出膠口溢出膠液無氣泡時(shí)，封閉上述最后一個(gè)出膠口，進(jìn)行模腔保壓；
[0014]步驟六，保壓結(jié)束后，按照樹脂的固化工藝規(guī)程進(jìn)行升溫固化；
[0015]步驟七，固化完畢后，將模具冷卻至室溫，之后打開模具，取出已經(jīng)固化成型的纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料圓管。
[0016]進(jìn)一步的，在步驟一中所述的鋪層方案指采用均衡對稱鋪層方案，且表面采用±45°鋪層，以滿足結(jié)構(gòu)表面的平滑度，具體的鋪層層數(shù)、角度、比例可根據(jù)設(shè)計(jì)指標(biāo)進(jìn)行設(shè)計(jì)；
[0017]所述編織成型工藝指機(jī)織、三維編織，所述纏繞工藝指多層纏繞工藝；
[0018]所述定型劑為一種高分子材料，其與用于制備纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料圓管的樹脂有相容性，使復(fù)合材料圓管預(yù)制件保持一定整體性，便于放入模具中；
[0019]所述纖維為碳纖維、玻璃纖維、Kevlar纖維、硼纖維或者植物纖維。
[0020]進(jìn)一步的，在步驟三中所述的樹脂為環(huán)氧樹脂、聚酰亞胺、熱塑性聚氨酯、聚酰胺、聚苯硫醚、聚芳醚酮或聚乙烯醇。
[0021]進(jìn)一步的，步驟六中所述的固化工藝規(guī)程是指對樹脂在整個(gè)固化工程中每種型號的樹脂對應(yīng)有的規(guī)程。
[0022]—種纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料圓管的成型模具，包括上蓋板1、圍框、型芯以及下蓋板6，所述圍框包圍在型芯外圍一周，所述上、下蓋板設(shè)置在型芯的兩端;在所述型芯整體呈圓柱狀，其上端設(shè)有一孔，該孔沿型芯的軸向設(shè)置，并且與型芯的外部相通;所述圍框上分布有若干出膠口 8，其內(nèi)表面與型芯間有間隙，該間隙與圓管管壁厚度大致相同；所述上蓋板I上與型芯上孔的對應(yīng)位置處設(shè)有注膠孔7，上、下蓋板與圍框間采用緊固件連接。
[0023]作為一種優(yōu)選，所述型芯包括頂端的副型芯3和下部的主型芯5，主、副型芯間并排相互挨著安裝，在副型芯3上設(shè)有通孔。
[0024]進(jìn)一步的，所述圍框包括對稱設(shè)置的左右兩個(gè)圍框，在左右圍框的相對面上，在其中一個(gè)圍框上設(shè)置有密封槽10，密封槽10內(nèi)填充有硅膠材料，并且，出膠口 8分布在整個(gè)圍框上。
[0025]本實(shí)用新型采用以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下技術(shù)效果:
[0026]1.該方法中的成型設(shè)備裝配簡單，清洗方便。使用不同尺寸的型芯可成型不同厚度的纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料圓管，利用效率高，且可選樹脂體系多樣，適用性廣。
[0027]2.成型模具為鋼結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡單，加工方便、成本低廉，模具可重復(fù)使用，且不易變形、使用年限長，保壓效果良好，保證了使用安全性。
[0028]3.該方法操作簡單、安全，適應(yīng)性廣、復(fù)合快捷，樹脂注射均勻、穩(wěn)定，成型過程中可通過壓力顯示儀觀察注膠壓力，便于控制注膠壓力、速度，以此保樹脂均勻、穩(wěn)定的注射，克服了成型過程中易產(chǎn)生的孔隙、干斑以及浸潤不均勻的現(xiàn)象。
[0029]4.預(yù)置的多個(gè)出膠口兼觀察口可以方便的監(jiān)控樹脂流動情況，克服了成型過程中易產(chǎn)生的孔隙、干斑以及浸潤不均勻的現(xiàn)象;并根據(jù)實(shí)際情況封堵或開放不同出膠口以保證預(yù)制件充分浸潤，使得成品質(zhì)量良好，整體性能優(yōu)異。
【附圖說明】
[0030]以下將結(jié)合附圖對本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明:
[0031]圖1是本實(shí)用新型方法的流程框圖；
[0032]圖2是本實(shí)用新型的成型模具結(jié)構(gòu)總體示意圖；
[0033]圖3是本實(shí)用新型的成型模具及復(fù)合材料預(yù)制件剖面示意圖；
[0034]圖4是本實(shí)用新型纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料圓管成型注膠裝置示意圖；
[0035]圖5是纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料圓管成型件示意圖；
[0036]圖中標(biāo)號名稱:1、上蓋板，2、左圍框，3、副型芯，4、右圍框，5、主型芯，6、下蓋板，7、注膠口，8、出膠口，9、圍框密封槽，10、蓋板密封槽，11、復(fù)合材料圓管預(yù)制件，12、支架，13、壓力顯示儀，14、螺旋加載裝置，15、壓力傳感