CN102320144A - 碳纤维复合材料一体化多通接头的制作模具以及制备方法 - Google Patents

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本发明公开了一种碳纤维复合材料一体化多通接头的制作模具以及制备方法，碳纤维复合材料一体化多通接头的制作模具，根据一体化多通接头具体的要求进行制作，包括阳模和阴模，阳模采用硅胶，阴模采用钢，并且在一体化多通接头的截面突变处，设有倒角，倒角处填充碳纤维丝。本发明采用硅胶阳模和钢制阴模相结合的模具，有效提高了模具对碳纤维复合材料制件的压力，提高了碳纤维复合材料制件的质量。而且，本发明采用倒角填充技术，减小了接头在形状突变处的应力集中现象，有效的提高了接头的承载能力。

Description

碳纤维复合材料一体化多通接头的制作模具以及制备方法
技术领域
本发明提供一种碳纤维复合材料一体化多通接头的制作模具以及制备方法，属于复合材料空间桁架技术领域。
背景技术
针对近期的研究热点平流层浮空器，其大型轻质碳纤维复合材料桁架结构的连接已成为瓶颈技术，一般金属连接件重量大、金属接头和碳纤维杆件之间的连接离散性大，碳纤维和金属接头之间的电腐蚀影响了结构的使用时间等问题的出现，需要研究一种轻质、高效的碳纤维复合材料连接件解决上述问题。
现有的碳纤维复合材料连接件一般采用三维编织RTM工艺，但是由于一体化接头形状复杂，目前三维编织预制件均采用人工编织，效率极低，费用极高，不适用于大型桁架结构的连接件制作。研究一种高效、低成本、承载能力强的连接件对平流层浮空器的发展具有重要意义。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述问题，提出一种碳纤维复合材料一体化多通接头的制作模具以及制备方法，采用碳纤维铺层技术、阴阳模模压技术、硅橡胶增压技术和倒角填充技术相结合的方法，制作碳纤维复合材料一体化接头，本方法工艺相对简单，成品质量较高，多个模具同时操作效率较高，适合于浮空器大型桁架结构的连接件制作。
碳纤维复合材料一体化多通接头的制作模具，根据一体化多通接头具体的要求进行制作，包括阳模和阴模，阳模采用硅胶，阴模采用钢，并且在一体化多通接头的截面突变处，设有倒角，倒角处填充碳纤维丝。
碳纤维复合材料一体化多通接头的制备方法，包括以下几个步骤：
步骤一：根据碳纤维复合材料一体化多通接头设计要求，制作模具，模具包括阴模和阳模；
阳模采用硅胶制成，阴模采用钢；在碳纤维复合材料一体化接头的截面突变处，制作倒角；
步骤二：根据碳纤维复合材料一体化接头的铺层要求，准备碳纤维预浸布；
步骤三：对所有阴模和阳模进行加热至50-60℃，并在两者表面均匀涂抹脱模剂；
步骤四：按照复合材料接头的铺层要求先在阳模表面卷铺碳纤维预浸布，再在阴模内部铺设碳纤维预浸布；
步骤五：在模具倒角处填充碳纤维预浸丝，单丝的截面规格长为0.8mm-1mm，宽为0.8mm-1mm，碳纤维预浸丝填充满倒角；
步骤六：拼装模具，并用螺栓固定加压，压力根据具体的碳纤维复合材料一体化接头设计要求制定；
步骤七：根据碳纤维预浸布的固化要求，对碳纤维复合材料一体化接头预成型件进行加热固化；
步骤八：固化完成后进行脱模，先脱阴模，再脱阳模，脱模时注意保持碳纤维复合材料一体化接头的完好，避免损坏；
步骤九：打磨修正脱模后的产品，进行表面处理，得到成品。
本发明的优点在于：
(1)本发明为浮空器桁架结构的连接件制作提供了一种新的方法，本方法工艺相对简单，成品质量较好，操作效率较高；
(2)本发明采用硅胶阳模和钢制阴模相结合的模具，有效提高了模具对碳纤维复合材料制件的压力，提高了碳纤维复合材料制件的质量；
(3)本发明采用倒角填充技术，减小了接头在形状突变处的应力集中现象，有效的提高了接头的承载能力；
(4)本发明方法制作的碳纤维复合材料一体化接头提高了桁架结构的承载能力、整体刚度和稳定性。
附图说明
图1是本发明的方法流程图；
图2是本发明实施例中的碳纤维复合材料一体化接头；
图3是本发明实施例中的模具的结构示意图；
图4是本发明实施例中的阴模整体图；
图5是本发明实施例中的阴模分解图；
图6是本发明实施例中的阳模整体图；
图7是本发明实施例中的阳模分解图；
图8是本发明实施例中的阴模铺设底布；
图9是本发明实施例中的阴模安装第一个阳模；
图10是本发明实施例中的阴模安装所有阳模；
图11是本发明实施例中的阴模铺设顶布；
图12是本发明实施例中的模具整体紧固。
图中：
1-主套筒    2-斜套筒    3-直套筒
4-阴模      5-阳模      401-阴模
402-下阴模  403-左阴模  404-右阴模
501-主杆阳模502-斜杆阳模503-隔框杆阳模
具体实施方式
下面将结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。
本发明的碳纤维复合材料一体化多通接头的制作模具，包括阳模和阴模，根据一体化多通接头具体的要求进行制作，其中阳模采用硅胶，阴模采用钢，并且在一体化多通接头的截面突变处，设有倒角，倒角处填充碳纤维丝。
本发明中硅胶阳模和钢制阴模相结合的模具，有效提高了模具对碳纤维复合材料制件的压力，提高了碳纤维复合材料制件的质量。采用倒角填充技术，减小了接头在形状突变处的应力集中现象，有效的提高了接头的承载能力。
本发明的碳纤维复合材料一体化多通接头的制备方法，如图1所示，包括以下几个步骤：
步骤一：根据碳纤维复合材料一体化多通接头设计要求，制作模具，模具包括阴模和阳模；
阳模采用硅胶制成，阴模采用钢，硅胶的热膨胀系数大于阴模的材料钢，因此采用硅胶能提高制作过程中模具对碳纤维制品的压力，提高制品的质量。
在碳纤维复合材料一体化接头的截面突变处，制作倒角，减小局部应力，但是由于倒角处碳纤维布的厚度变化较大，因此倒角处需要填充碳纤维丝，提高接头的强度与承载能力，减小局部应力。
步骤二：根据碳纤维复合材料一体化接头的铺层要求，准备碳纤维预浸布；
步骤三：对所有阴模和阳模进行加热至50-60℃，并在两者表面均匀涂抹脱模剂；
步骤四：按照复合材料接头的铺层要求先在阳模表面卷铺碳纤维预浸布，再在阴模内部铺设碳纤维预浸布；
步骤五：在模具倒角处填充碳纤维预浸丝，单丝的截面规格长为0.8mm-1mm，宽为0.8mm-1mm，碳纤维预浸丝填充满倒角；
步骤六：拼装模具，并用螺栓固定加压，压力根据具体的碳纤维复合材料一体化接头设计要求制定；
步骤七：根据碳纤维预浸布的固化要求，对碳纤维复合材料一体化接头预成型件进行加热固化；
步骤八：固化完成后进行脱模，先脱阴模，再脱阳模，脱模时注意保持碳纤维复合材料一体化接头的完好，避免损坏；
步骤九：打磨修正脱模后的产品，进行表面处理，得到成品。
本发明以碳纤维平纹编织预浸布为原料，采用模具钢为原料制作一体化接头的阴模，在接头形状的突变处加工合适的倒角以减少应力集中现象，采用硅胶为原料制作一体化接头的阳模，阳模加工制作时在与阴模的连接处需要精密加工，以减少两者之间的间隙，提高产品的质量，当一体化接头和模具整体加热固化时，由于硅胶的热膨胀系数远远大于模具钢的热膨胀系数，硅胶的膨胀力为一体化接头的固化提供压力，提高接头的质量，平纹编织碳纤维预浸布先平铺于阳模的表面，然后再逐个安装阴模，在安装阴模的过程中，在接头的形状突变处用碳纤维预浸丝填充，以提高接头的整体承力性能，当阴模安装完毕后对整个模具用螺栓固定和适当加压；接头预成型完成后进行加热固化，固化完成后进行脱模，脱模过程中需要避免大幅敲击等对产品产生损伤的行为，脱模后进行接头的后处理加工形成成品。
实施例：
本实施例中的碳纤维复合材料一体化接头，如图2所示，包括一个主套筒1、2个斜套筒2和2个直套筒3，主套筒1和斜套筒2之间的夹角为45°，主套筒1和直套筒3之间的夹角为90°。
碳纤维复合材料一体化接头的制作模具如图3所示，包括阴模4和阳模5，阴模4整体如图4所示，采用钢制成，由4个部分组成，包括上阴模401、下阴模402、左阴模403和右阴模404，如图5所示。阳模5整体如图6所示，阳模5由5个硅胶制件组成，包括主杆阳模501、两个斜杆阳模502和两个隔框杆阳模503，如图7所示。模具通过螺栓紧固。
本发明的碳纤维复合材料一体化多通接头的制备方法，包括以下几个步骤：
步骤一：根据碳纤维复合材料一体化多通接头设计要求，制作模具，模具包括阴模和阳模；
根据如图2所示的碳纤维复合材料一体化接头，设计碳纤维复合材料一体化接头的制作模具，如图3-图7所示，阳模采用硅胶制成，阴模采用钢。
步骤二：根据碳纤维复合材料一体化接头的铺层要求，准备碳纤维预浸布；
表1碳纤维预浸布裁切规格
  序号   规格(mm)   方向   数量(张)
  1   296＊238   0°   2
  2   195＊185   0°   2
  3   296＊238   45°   2
  4   195＊185   45°   2
  5   296＊238   90°   2
  6   195＊185   90°   2
  7   155＊192   0°   1
  8   155＊192   90°   1
  9   94＊85   0°   2
  10   94＊85   90°   2
  11   78.5＊85   0°   2
  12   78.5＊85   90°   2
步骤三：对所有阴模和阳模进行加热至50-60℃，并在两者表面均匀涂抹脱模剂；
操作时戴上洁净防静电手套，防止污染碳纤维预浸布。将阴模和阳模具放入烘箱，升温加热至50-60℃。将烘好的阴模具从烘箱中取出，放置于加温工作台上，在模具表面均匀涂擦脱模蜡。
步骤四：按照复合材料接头的铺层要求先在阳模表面卷铺碳纤维预浸布，再在阴模内部铺设碳纤维预浸布；
在主杆阳模501的表面卷铺4层碳纤维预浸编织布。在斜杆阳模502的表面分别卷铺2层碳纤维预浸编织布。在隔框杆阳模503的表面分别卷铺1层碳纤维预浸编织布。在下阴模402和上阴模401之间按照0°，45°，0°，-45°，0°的铺层顺序铺设碳纤维预浸编织布，铺设完成后手工将碳纤维预浸编织布压平整，如图8所示。将铺设完碳纤维预浸编织布的主杆阳模501放入下阴模402和上阴模401之间相应的位置中，将下阴模402和上阴模401压紧如图9所示，在定位孔中穿上螺栓并用手拧紧。
步骤五：在模具倒角处填充碳纤维预浸丝，单丝的截面规格长为0.8mm-1mm，宽为0.8mm-1mm，碳纤维预浸丝填充满倒角；
在模具的倒角处铺设碳纤维预浸丝，单丝的截面规格长为0.8mm-1mm，宽为0.8mm-1mm，碳纤维预浸丝填充满倒角。
步骤六：拼装模具，并用螺栓固定加压，压力根据具体的碳纤维复合材料一体化接头设计要求制定；
将铺设完碳纤维预浸编织布的所有阳模放入各自相应的阴模型腔内，压紧，然后将多余的布进行修剪，如图10所示。在下阴模402和上阴模401之间的上表面按照0°，45°，0°，-45°，0°的铺层顺序铺设碳纤维预浸编织布，铺设完成后手工将碳纤维预浸编织布压平整，然后将多余的布进行修剪，如图11所示。放入左阴模403和右阴模404，压紧，如图12所示，安装上螺钉，紧固，放入烘箱。
步骤七：根据碳纤维预浸布的固化要求，对碳纤维复合材料一体化接头预成型件进行加热固化；
设置好烘箱加热固化程序，加热固化程序根据预浸料的固化工艺参数进行设置，然后进行加热固化。
步骤八：固化完成后进行脱模，先脱阴模，再脱阳模，脱模时注意保持碳纤维复合材料一体化接头的完好，避免损坏；
从烘箱取出固化完成的套筒模具，冷却至室温，将阴模进行拆除，取出碳纤维复合材料一体化接头和阳模，然后再脱除阳模。
步骤九：打磨修正脱模后的产品，进行表面处理，得到成品。
对脱模的碳纤维复合材料一体化接头按要求进行打磨修正外形，完成制作后成品如图2所示。

Claims (3)

1.碳纤维复合材料一体化多通接头的制作模具，根据一体化多通接头具体的要求进行制作，包括阳模和阴模，其特征在于，阳模采用硅胶，阴模采用钢，并且在一体化多通接头的截面突变处，设有倒角，倒角处填充碳纤维丝。
2.根据权利要求1所述的碳纤维复合材料一体化多通接头的制作模具，其特征在于，碳纤维复合材料一体化接头包括一个主套筒、两个斜套筒和两个直套筒，主套筒和斜套筒之间的夹角为45°，主套筒和直套筒之间的夹角为90°；与其对应的碳纤维复合材料一体化接头的制作模具中阴模包括上阴模、下阴模、左阴模和右阴模，阳模包括主杆阳模、两个斜杆阳模和两个隔框杆阳模，模具通过螺栓紧固。
3.碳纤维复合材料一体化多通接头的制备方法，其特征在于，包括以下几个步骤：
步骤一：根据碳纤维复合材料一体化多通接头设计要求，制作模具，模具包括阴模和阳模；
阳模采用硅胶制成，阴模采用钢；在碳纤维复合材料一体化接头的截面突变处，制作倒角；
步骤二：根据碳纤维复合材料一体化接头的铺层要求，准备碳纤维预浸布；
步骤三：对所有阴模和阳模进行加热至50-60℃，并在两者表面均匀涂抹脱模剂；
步骤四：按照复合材料接头的铺层要求先在阳模表面卷铺碳纤维预浸布，再在阴模内部铺设碳纤维预浸布；
步骤五：在模具倒角处填充碳纤维预浸丝，单丝的截面规格长为0.8mm-1mm，宽为0.8mm-1mm，碳纤维预浸丝填充满倒角；
步骤六：拼装模具，并用螺栓固定加压，压力根据具体的碳纤维复合材料一体化接头设计要求制定；
步骤七：根据碳纤维预浸布的固化要求，对碳纤维复合材料一体化接头预成型件进行加热固化；
步骤八：固化完成后进行脱模，先脱阴模，再脱阳模，脱模时注意保持碳纤维复合材料一体化接头的完好，避免损坏；
步骤九：打磨修正脱模后的产品，进行表面处理，得到成品。
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CN102320144B (zh) 2014-04-30

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