CN102514210A

CN102514210A - 一种复合材料预制件的成型方法

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Publication number: CN102514210A
Application number: CN2011104133371A
Authority: CN
Inventors: 张国利; 陈光伟; 陈利; 邸娥梅; 陈铃飞; 李嘉禄
Original assignee: Tianjin Polytechnic University
Current assignee: Tianjin Polytechnic University
Priority date: 2011-12-12
Filing date: 2011-12-12
Publication date: 2012-06-27

Abstract

本发明公开一种复合材料预制件的成型方法，该成型方法采用二次固化一体成型工艺，包括如下步骤：a、先采用收缩带成型工艺制备一个厚度为0.1-0.4mm的半固化的复合材料芯壳；b、利用机械方法取出复合材料芯壳中的芯壳基模体，并将破坏的复合材料芯壳粘接完好；c、将复合材料芯壳表面进行粗糙化处理；d、将粘接好的复合材料芯壳作为阳模，在该芯壳上铺附符合设计要求的增强体，制成预制件；e、采用气袋加压成型工艺或模压成型工艺将该预制件进行二次固化一体成型即得。该成型方法适用于中空异形结构主承力复合材料预制件的制备。

Description

一种复合材料预制件的成型方法

技术领域

本发明涉及复合材料制备技术，具体为一种复合材料预制件的成型方法，尤其是一些主承力中空异形结构复合材料预制件的成型方法。

背景技术

随着纤维树脂基复合材料应用领域的不断扩展，现行的复合材料制品，特别是体育、休闲健身等领域的器材设施，正在向安全性可靠性等方向发展，对复合材料制品的性能要求也越来越高。目前复合材料的成型工艺已相对成熟，对于一般的复合材料构件采用普通的注塑或模压等成型方法都能达到相应的技术要求，但是对于一些中空异形的或中空密闭的复合材料构件由于其内部芯模或芯壳基模体难以设计取出，或取出后会造成对成型复合材料构件的破坏等问题，中空异型构件的复合成型工艺逐渐成为了复合材料应用领域扩展的阻碍。一些中空异型复合材料制品的成型难度和质量受到现有成型工艺的影响。现有成型工艺制造的异型构件整体性能不够理想，尺寸控制性差，内外表面不平整，缺陷较多，外观不良，限制了产品的可设计性，降低了产品设计的安全性能和稳定性能。

为了改善中空异型复合材料构件的复合成型问题，越来越多的改进复合成型方法被提出来。如中国专利200620061856.0所公开的，采用辅助预成型芯轴来解决异形制件的成型方法，该发明采用吹塑成型的方式制成塑料辅助预型模型，将增强纤维铺覆在模型表面，用热压吹胀成型固化，得到碳纤维制品，再采用机械加工的方法取出芯壳基模体。这种方法提高了复合材料制品尺寸稳定性，改善了外观不良和内壁粗糙的问题，但是适用性不强，对一部分的异形制件不适用，而采用机械加工的方法取出芯壳基模体会损伤制件，使其性能降低。魏方正等(魏方正、曾黎明、王晶，新型水溶性芯壳基模体材料的研制，粘接，2007，28(162)：13-15)研究的水溶性芯模，也是解决这一技术问题的一种方法。该方法首先用水溶性固体材料制作成规定尺寸形状的芯模，然后在芯模外包覆纤维或预浸料等增强体，固化完成后，再将芯模用一定温度的水将芯模溶解倒掉，从而制成中空异形复合材料制品。但是这种成型方法也存在一定的问题，如芯模填料形状不规则造成复合材料出现应力集中现象，材料的强度有局限性，制件内表面不光滑，尺寸稳定性难以控制等。这些改进的成型工艺在一定程度上改善了异型构件的性能，解决了部分异型构件的一体成型问题，但是还存在部分不足：异型构件的芯模成型工艺复杂，成本太高，限制了截面变化的复合材料中空异型构件的实际应用发展。

发明内容

针对现有的不足，本发明拟解决的技术问题是，提供一种复合材料预制件的成型方法，该成型方法采用二次固化一体成型工艺，适用于所有复合材料中空异型构件的成型，并具有工艺简单、操作方便、适用性强、生产成本低、成型复合材料性能和质量优异等特点.

本发明解决所述技术问题的技术方案是，设计一种复合材料预制件的成型方法，该成型方法采用二次固化一体成型工艺，包括如下步骤：a、先采用收缩带成型工艺制备一个厚度为0.1-0.4mm的半固化的复合材料芯壳；b、利用机械方法取出复合材料芯壳中的芯壳基模体，并将破坏的复合材料芯壳粘接完好；c、将复合材料芯壳表面进行粗糙化处理；d、将粘接好的复合材料芯壳作为阳模，在该芯壳上铺附符合设计要求的增强体，制成预制件；e、采用气袋加压成型工艺或模压成型工艺将该预制件进行二次固化一体成型即得。

与现有技术相比，本发明成型方法采用了二次固化一体成型工艺，以复合材料作为二次固化的阳模，使成型复合材料更好的结合为一个整体，避免了一些异形或中空密闭的复合材料构件的阳模取出困难或取出时造成对复合材料制品的破坏等问题。本发明具有以下技术优点：(1)以复合材料作为芯壳，可与复合材料固化成为一个整体，预制件整体性能优良；(2)避免了成型后在取出阳模(或芯模)时对成型复合材料预制件的破坏；(3)复合材料制品的尺寸精度高，表面光洁；(4)成型工艺简单，加工便捷，生产成本低。

附图说明

图1为本发明复合材料预制件的成型方法一种实施例的预制件剖面结构示意图。

图2为本发明复合材料预制件的成型方法一种实施例的芯壳制作过程中芯壳和芯壳基模体(芯模)的结构示意图。

图3为本发明复合材料预制件的成型方法一种实施例的固化成型步骤中预制件、气袋和模具的结构示意图。

具体实施方式

下面结合实施例及其附图进一步说描述本发明：这些具体实施例仅用于进一步说明本发明，并不限制本申请权利要求的保护范围。

本发明设计的复合材料预制件的成型方法(简称成型方法，参见图1-3)，该成型方法采用二次固化一体成型工艺，设计方案是：首先第一次固化成型制备一个厚度较小(厚度为0.1～0.4mm)的复合材料芯壳11，其固化成型工艺参数主要包括：固化时间、固化温度，这些固化工艺参数需要根据预浸料的固化特性来设计；而后将复合材料芯壳11作为阳模，在其上铺附裁切好的预浸料裁片(增强体12)制成预制件(包括芯壳11和增强体12)；再将该预制件进行第二次固化，使芯壳11和增强体12固化为一体，结合成一个完整的复合材料构件，其主要的固化成型工艺参数主要包括：固化温度、固化时间，加压时间和压力大小，这些固化工艺参数需要根据预浸料的固化特性和模具的传热性能设计。

本发明成型方法包括如下步骤：a、先采用收缩带成型工艺(即一次固化成型)制备一个厚度为0.1-0.4mm的半固化的复合材料芯壳11；b、利用机械方法取出复合材料芯壳11中的芯壳基模体3，并将破坏的复合材料芯壳11粘接完好；c、将复合材料芯壳11表面进行粗糙化处理；d、将粘接好的复合材料芯壳11作为阳模，在芯壳11上铺附符合产品设计要求的增强体12，制成预制件1；e、采用气袋加压成型工艺或模压成型工艺将该预制件进行二次固化一体成型。

本发明成型方法设计的二次固化一体成型工艺，具体如下：

a、先采用收缩带成型工艺(即一次固化成型)制备一个厚度为(但不限于)0.1-0.4mm的半固化的复合材料芯壳11，将裁切好的碳纤维预浸料铺附在芯壳基模体3上，铺附设计需要的层数，铺层角度是±15°-±45°，总厚度为0.1-0.4mm，采用收缩带成型工艺将该制件半固化成型，即第一次固化成型得到复合材料芯壳11；实施例的复合材料芯壳11厚度为0.2mm，复合材料圆管总厚度为2mm；所用增强体12为碳纤维单向带预浸料，厚度为0.13mm；铺附2层，层角度为±45°；所述的半固化成型是指一定程度固化或者固化不完全的固化成型即得。所述的收缩带是指受热后可以产生收缩的材料，所述的收缩带成型工艺是指：先在铺覆或缠绕好的预制件的表面规则缠绕一层收缩带，在加热固化预制件的过程中，该收缩带会受热收缩，从而给预制件施加一定的压力，促使树脂流动，排出气体，减少孔隙，树脂逐步固化完全后，预制件成型良好的工艺方法。

b、利用机械切割的方法，取出复合材料芯壳11中的芯壳基模体3，并将切割破坏的复合材料芯壳11粘接完好；

c、用砂纸打磨芯壳11的表面，使复合材料芯壳11外表面粗糙；

d、将复合材料芯壳11作为阳模，按照设计的铺层厚度和顺序铺设增强体12；所述的增强体12为碳纤维单向带预浸料裁片，实施例为铺设18层；

e、将气袋4穿入预制件1(芯壳11和增强体12构成)空腔体内，并把预制件1放入模具2的型腔中，并锁紧模具2(参见图3)；依据预浸料的固化反应特性和模具的传热特性，将模具2在设计的温度条件下预热规定的时间，确保树脂粘度降低到可流动浸渗的水平；然后依据预浸料的压实特性，在气袋内充入一定压力的气体，通过气袋压力传递，对预制件加压，使树脂流动，排除预制件1内的气体，使芯壳11和增强体12粘接成一体，完成树脂二次固化；最后，提高固化温度，使树脂逐步交联固化完全后，冷却，将气袋4抽取出来，即制得所述的中空异型复合材料构件。

本发明成型方法实施时，所述的收缩带优选聚乙烯热收缩带。其加热后会收缩，在芯壳11固化过程中给芯壳11施加一定的压力，使芯壳11成型良好。

实施时，所述芯壳基模体3的材料是橡胶、木材、铝材或钢材等，根据产品设计要求而定。

实施时，所述的复合材料芯壳11由若干层(依预制件的总厚度而定)碳纤维单向预浸料裁片铺覆在芯壳基模体3上构成，铺层角度一般采用±15°-±45°，也可以采用平纹布预浸料。

实施时，所述的芯壳11在采用机械切割方法取出时，优选沿复合材料预制件的非主承力方向切割取出；

实施时，所述的粗糙化处理是用砂纸打磨，使复合材料芯壳11表面粗糙。

实施时，所述的增强体12是碳纤维单向预浸料裁片，该裁片由碳纤维单向预浸料按照设计的形状和角度裁切。

实施时，所述的气袋4是尼龙气袋。依据预浸料的压实特性，在气袋4内充入设计压力的气体，通过气袋压力传递，对预制件加压，使树脂流动，并排除预制件内的气体，使芯壳11和增强体12粘接成一体。

实施时，在固化过程中，向气袋4加压前和加压过程中，需要根据设计要求加热，以便使树脂粘度下降，加压后树脂流动，有助于减少气孔，降低孔隙率，使预制件成型良好，提高制品性能和质量。所述的气袋加压成型工艺或模压成型工艺基本为现有技术。

本发明未述及之处适用于现有技术。

本发明提供了一种切实有效地复合材料预制件的成型方法，尤其适用于形状复杂的中空异形结构主承力复合材料预制件的制备，降低了中空异形构件的成型难度，提高了生产速度，降低了成本，并且所制备的复合材料构件整体性能优异，尺寸精度高，表面光滑，成型工艺简单。

Claims

1.一种复合材料预制件的成型方法，该成型方法采用二次固化一体成型工艺，包括如下步骤：a、先采用收缩带成型工艺制备一个厚度为0.1-0.4mm的半固化的复合材料芯壳；b、利用机械方法取出复合材料芯壳中的芯壳基模体，并将破坏的复合材料芯壳粘接完好；c、将复合材料芯壳表面进行粗糙化处理；d、将粘接好的复合材料芯壳作为阳模，在该芯壳上铺附符合设计要求的增强体，制成预制件；e、采用气袋加压成型工艺或模压成型工艺将该预制件进行二次固化一体成型即得。

2.根据权利要求1所述复合材料预制件的成型方法，其特征在于所述的收缩带为聚乙烯热收缩带。

3.根据权利要求1所述复合材料预制件的成型方法，其特征在于所述的增强体为碳纤维单向预浸料裁片。

4.根据权利要求1所述复合材料预制件的成型方法，其特征在于所述的铺附增强体的铺层角度为±15°-±45°。

5.根据权利要求1所述复合材料预制件的成型方法，其特征在于所述的机械方法取出复合材料芯壳中的芯壳基模体时，采用沿复合材料预制件的非主承力方向切割取出。