CN101691065A - 碳纤维复合材料假脚的成型工艺 - Google Patents

碳纤维复合材料假脚的成型工艺 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种碳纤维复合材料假脚的成型工艺，包括预浸料、裁剪、铺层、热成型、打磨和喷砂。预浸料包括单向碳纤维预浸料、3K碳纤维束编织布预浸料、树脂膜，然后把上述预浸料裁剪成所需形状。铺层环节尤为重要，把预浸料按铺层方式贴合在模具上形成预成型体，在铺层过程中设置中间层，单向碳纤维预浸料按不同方向交替铺层且关于中间层对称，用电熨斗把树脂膜均匀熔渗于预成型体中。在热成型环节中，类平板的部件采用模压成型，弧度较大的部件采用袋压成型。脱模后，对成型的假脚进行打磨和喷砂处理。使用本发明生产的复合材料假脚具有整体强度高、质量轻、耐疲劳、弹性好、与连接件配合好、几何结构匀称、热稳定性好、变形量小等优点。

Description

碳纤维复合材料假脚的成型工艺
技术领域
本发明涉及一种假脚的成型工艺，尤其是一种采用碳纤维复合材料假脚的成型工艺。
背景技术
对下肢截肢者来说，假脚的重量和功能，将直接影响截肢者的行走状况，从而在很大程度上决定了假肢的质量。尤其是对于年纪大、体力差，或因血液循环障碍而截肢的患者，如果假肢的重量过大，会引起残肢的受力过大，同时增加了健肢侧的负担，甚至因此而导致双腿截肢，带来不良的后果。所以，如何在保证假脚功能的基础上实现假脚的轻量化引起了研究者的广泛关注。
目前，国内生产的假肢脚板的内骨架一般采用木材、橡胶等制作，也有少数采用了碳纤维复合材料，其优点在于强度高、质量轻、刚性好，但是，假肢的特殊性要求假脚整体强度高、耐疲劳、与连接件配合好、几何结构匀称、变形量小，所以采用现行的假脚成型工艺很难制作。
发明内容
本发明为了解决上述技术问题，提供一种碳纤维复合材料假脚的成型工艺。
本发明的技术方案是：一种碳纤维复合材料假脚的成型工艺，具体步骤包括：
(1)预浸料
单向碳纤维预浸料的碳纤维含量100g/m2，含有酸酐类固化剂的环氧树脂含量20％-40％；3K碳纤维束编织布预浸料的碳纤维含量200g/m2，含有酸酐类固化剂的环氧树脂含量20％-45％；树脂膜的高弹性环氧树脂含量25g/m2-85g/m2；
(2)裁剪
把上述预浸料裁剪成双下板、U形前龙骨、U形后龙骨、上板的形状，裁剪公差设+3mm/-0mm；
(3)铺层
把预浸料按铺层方式分别贴合在假脚双下板、U形前龙骨、U形后龙骨以及上板所对应的模具上形成所对应的预成型体，在铺层过程中设置中间层，中间层位于预成型体的几何中间层，单向碳纤维预浸料以中间层为对称面，按不同方向交替铺层，用电熨斗把树脂膜均匀熔渗于预成型体中；
(4)热成型
类平板的假脚双下板、上板以及U形前龙骨采用模压成型；U形后龙骨采用袋压成型；
(5)打磨和喷砂
热成型完成后，冷却模具，脱模，对成型的假脚进行打磨，除去飞边和毛刺，对需要粘合的部位喷砂进行粗化处理。
铺层中对于弧度、应力集中的位置，局部增加碳纤维预浸料，并采用渐层方式铺层，达到局部补强的效果。
预成型体的两边最外层包3K碳纤维束编织布预浸料；
模压成型时，模具先预热40-90℃后，把脱模剂均匀涂在模具型腔表面及模具分型面上，并均要擦拭干净，成型温度80-150℃，给模具提供外压4-8MPa，成型时间2100s-3300s。
袋压成型时，模具预热30-60℃后，把脱模剂均匀涂在模具型腔表面及模具分型面上，把硅胶袋脱模剂均匀涂在硅胶袋上，而且均要擦拭干净，把U形后龙骨的预成型体放入模具中，合模；成型温度80-150℃，给模具提供外压4-8MPa，成型时间2100s-3300s。
本发明的有益效果在于，使用本发明的成型工艺，生产的复合材料假脚具有整体强度高、质量轻、耐疲劳、弹性好、与连接件配合好、几何结构匀称、热稳定性好、变形量小、寿命长等优点。
附图说明
图1是碳纤维复合材料假脚的结构主视图；
图2是图1的左视图；
图3是图1的俯视图；
图4是碳纤维复合材料假脚的结构立体图；
图5是本发明的单向碳纤维预浸料按不同方向交替铺层且关于中间层对称的示意图；
图6是本发明的渐层方式铺层的示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例来进一步说明本发明。
本发明的工艺包括预浸料、裁剪、铺层(或称贴模)、热成型、打磨和喷砂。
预浸料：包括以下材料：
单向碳纤维预浸料：碳纤维含量100g/m2，含有酸酐类固化剂的环氧树脂含量20％-40％。
3K碳纤维束编织布预浸料：碳纤维含量200g/m2，含有酸酐类固化剂的环氧树脂含量20％45％。
树脂膜：环氧树脂的高弹性改性体(例如：高弹性环氧树脂GF-630型)，其含量为25g/m2-85g/m2，以酸酐类固化剂作固化剂，以三乙胺作促进剂。
裁剪工艺：把以上预浸料按需要裁剪成双下板1、U形前龙骨2、U形后龙骨3、上板4的形状，裁剪公差设为+3mm/-0mm。(图1)
铺层(或称贴模)环节尤为重要：把所述预浸料按铺层方式分别贴合在假脚双下板、U形前龙骨、U形后龙骨以及上板所对应的模具上形成所对应的预成型体，如图5所示，在上述铺层过程中设计中间层，中间层(图上以+90°表示)位于预成型体的几何中间层，单向碳纤维预浸料按不同方向交替铺层且关于中间层对称；铺层层数按假脚各部件厚度而定；对于如图1至图4所示位置5、6、7，在铺层过程中局部增加碳纤维预浸料，采用如图6所示的渐层方式铺层，达到局部补强的效果；两边最外层为3K碳纤维束编织布预浸料，作为外观材料；用电熨斗把树脂膜均匀熔渗于预成型体中。
在热成型环节中，类平板的假脚双下板、上板以及弧度较小的U形前龙骨采用模压成型，模具预热40-90℃后，把脱模剂均匀涂在模具型腔表面及模具分型面上，而且均要擦拭干净，把双下板、上板以及U形前龙骨的预成型体放入模具中，合模。成型温度为80-150℃，给模具提供外压为4-8MPa，成型时间为2100s-3300s；弧度较大的U形后龙骨采用袋压成型，模具预热30-60℃后，把脱模剂均匀涂在模具型腔表面及模具分型面上，把硅胶袋专用脱模剂均匀涂在硅胶袋上，而且均要擦拭干净，把U形后龙骨的预成型体放入模具中，合模。成型温度为80-150℃，给模具提供外压为4-8MPa，成型时间为2100s-3300s，以3300s为例，内压：0-150s为0MPa，151-350s为缓慢脉冲加压0.5-0.9MPa，351-3300s为保压1.5-2.0MPa。
成型时间完成后，模具进行冷却，脱模，对成型的假脚进行打磨，除去飞边和毛刺，对需要粘合的部位喷砂进行粗化处理。

Claims (5)

1.一种碳纤维复合材料假脚的成型工艺，其特征在于：具体步骤包括：
(一)预浸料
单向碳纤维预浸料的碳纤维含量100g/m2，含有酸酐类固化剂的环氧树脂含量20％-40％；3K碳纤维束编织布预浸料的碳纤维含量200g/m2，含有酸酐类固化剂的环氧树脂含量20％-45％；树脂膜的高弹性环氧树脂含量25g/m2-85g/m2；
(二)裁剪
把上述预浸料裁剪成双下板(1)、U形前龙骨(2)、U形后龙骨(3)、上板(4)的形状，裁剪公差为+3mm/-0mm；
(三)铺层
把预浸料按铺层方式分别贴合在假脚双下板(1)、U形前龙骨(2)、U形后龙骨(3)以及上板(4)所对应的模具上形成所对应的预成型体，在铺层过程中设置中间层，中间层位于预成型体的几何中间层，单向碳纤维预浸料以中间层为对称面，按不同方向交替铺层，用电熨斗把树脂膜均匀熔渗于预成型体中；
(四)热成型
类平板的假脚双下板(1)、上板(4)以及U形前龙骨(2)采用模压成型；U形后龙骨(3)采用袋压成型；
(五)打磨和喷砂
热成型完成后，冷却模具，脱模，对成型的假脚进行打磨，除去飞边和毛刺，对需要粘合的部位喷砂进行粗化处理。
2.根据权利要求1所述的碳纤维复合材料假脚的成型工艺，其特征在于：铺层中对于弧度、应力集中的位置，局部增加碳纤维预浸料，并采用渐层方式铺层，达到局部补强的效果。
3.根据权利要求1所述的碳纤维复合材料假脚的成型工艺，其特征在于：预成型体的两边最外层包3K碳纤维束编织布预浸料。
4.根据权利要求1所述的碳纤维复合材料假脚的成型工艺，其特征在于：模压成型时，模具先预热40-90℃后，把脱模剂均匀涂在模具型腔表面及模具分型面上，并均要擦拭干净，成型温度80-150℃，给模具提供外压4-8MPa，成型时间2100s-3300s。
5.根据权利要求1所述的碳纤维复合材料假脚的成型工艺，其特征在于：袋压成型时，模具预热30-60℃后，把脱模剂均匀涂在模具型腔表面及模具分型面上，把硅胶袋脱模剂均匀涂在硅胶袋上，而且均要擦拭干净，把U形后龙骨的预成型体放入模具中，合模；成型温度80-150℃，给模具提供外压4-8MPa，成型时间2100s-3300s。
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