CN102941676A - 一种旋转体双层复合材料缠绕成型方法 - Google Patents

一种旋转体双层复合材料缠绕成型方法 Download PDF

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Abstract

一种旋转体双层复合材料缠绕成型方法，属于复合材料成型领域，解决现有双层复合材料缠绕方法所存在的内层材料易滑移的问题，以提高缠绕质量，适用于内型面为圆台形或旋转曲面的旋转体成型。本发明包括准备步骤、缠绕成型步骤、固化步骤和加工步骤；还可以具有制品防护步骤。本发明改变了现有双层复合材料的缠绕成型顺序，在缠绕完一部分内层预浸布后立即在其外表面缠绕一部分外层预浸布，及时阻挡了内层预浸布向外滑移的趋势，有效的改善了双层复合材料的内部及外观质量。

Description

一种旋转体双层复合材料缠绕成型方法
技术领域
本发明属于复合材料成型领域，具体涉及一种旋转体双层复合材料缠绕成型方法，适用于内型面为圆台形或旋转曲面的旋转体成型。
背景技术
某型号产品分系统零部件为旋转体空心件，内型面为圆台形或旋转曲面，采用双层复合材料成型，该双层复合材料是由两层不同种类预浸布复合缠绕成型，从而达到内层抗烧蚀，外层绝热的目的。由于是由两种不同种类预浸布复合缠绕成型，在制品成型时存在内外层材料的先后缠绕成型顺序。现有双层复合材料缠绕成型时，都是先缠绕完内层材料后再缠绕外层材料，在缠绕尺寸较小的制品时，制品质量尚好；但采用此种缠绕顺序在缠绕尺寸较大的制品时，因内层后缠绕的材料会对先缠绕材料产生一定的挤压，在外界环境稍有不适宜时，先缠绕的材料会在受力状态下向毫无阻挡的模具外层滑移，造成内层材料与模具不贴实，从而导致制品出现内部质量缺陷和内型面外观质量较差的现象。
发明内容
本发明提供一种旋转体双层复合材料缠绕成型方法，解决现有双层复合材料缠绕方法所存在的内层材料易滑移的问题，以提高缠绕质量。
本发明所提供的一种旋转体双层复合材料缠绕成型方法，包括下述步骤：
一.准备步骤：
制备金属模具，金属模具为旋转体，依次由一体的过渡段、型面、延伸段、法兰盘和芯轴构成，所述型面与待成型产品内型面形状一致，为圆台形或旋转曲面；所述过渡段为圆柱形或圆台形，所述延伸段为圆台形和圆柱形拼接而成；
将内层纤维布和外层纤维布分别浸入同一种酚醛树脂中，制备成内层预浸布和外层预浸布；
二.缠绕成型步骤：将内层预浸布和外层预浸布在脱模处理后的金属模具上进行缠绕，缠绕时先按照进给量从金属模具的过渡段与型面交界处开始，沿金属模具缠绕一段内层预浸布，缠绕长度为轴向50mm～150mm，再在该段内层预浸布表面按照进给量缠绕一段外层预浸布，缠绕长度为轴向50mm～150mm；然后沿金属模具紧贴上一段内层预浸布端面再按照进给量缠绕一段内层预浸布，缠绕长度为轴向50mm～150mm，再在该段内层预浸布表面按照进给量缠绕一段外层预浸布，缠绕长度为轴向50mm～150mm；如此反复2～8次，直至覆盖整个金属模具的的过渡段、型面和延伸段；
三.固化步骤：将完成缠绕的金属模具在缠绕层表面包覆2～6层辅助材料，然后套入真空袋中，放入固化设备，固化成型为毛坯；
四、加工步骤：将毛坯按照产品要求，机械加工外表面至规定尺寸，然后脱除金属模具，形成制品。
所述的旋转体双层复合材料缠绕成型方法，其特征在于：
所述准备步骤中，所述金属模具材质需满足在温度200℃以下、压力4～5MPa，使用500小时以上无变形，所述内层纤维布为碳纤维布，所述外层纤维布为高硅氧纤维布、石英纤维布或无碱玻璃纤维布。
所述的旋转体双层复合材料缠绕成型方法，其特征在于：
所述缠绕成型步骤中，所述进给量为Fmm/每转：
F＝δ/sinθ，δ为单层内层纤维布或单层外层纤维布厚度，单位mm；θ为金属模具型面曲线与轴线夹角。
所述的旋转体双层复合材料缠绕成型方法，其特征在于：
所述固化步骤中，所述辅助材料为无纺布、吸胶纸、麻袋片、棉布中的一种或数种组合；所述真空袋为橡胶材质，需满足在温度200℃以下、压力4～5MPa，使用100小时以上无渗漏。
所述的旋转体双层复合材料缠绕成型方法，其特征在于：
所述加工步骤之后，进行制品防护步骤，在制品内外表面喷涂清漆。
现有双层复合材料缠绕成型时，采用的是先缠绕完内层材料后再缠绕外层材料的方法，此种缠绕顺序中因内层后缠绕材料会对先缠绕材料产生一定的挤压，在外界环境稍有不适宜时，先缠绕的材料会在受力状态下向毫无阻挡的模具外层滑移，造成内层材料与模具不贴实，从而导致制品出现内部质量缺陷和内型面外观质量较差的现象。而本发明改变了现有双层复合材料的缠绕成型顺序，在缠绕完一部分内层预浸布后立即在其外表面缠绕一部分外层预浸布，及时阻挡了内层预浸布向外滑移的趋势，有效的改善了双层复合材料的内部及外观质量。
附图说明
图1为本发明的金属模具示意图；
图中标记：过渡段1、型面2、延伸段3、法兰盘4、芯轴5。
具体实施方式
本发明的实施例一，包括下述步骤：
一.准备步骤：
制备金属模具，金属模具为旋转体，依次由一体的过渡段、型面、延伸段、法兰盘和芯轴构成，所述型面与待成型产品内型面形状一致，为圆台形，θ为25°；所述过渡段为圆柱形，所述延伸段为圆台形和圆柱形拼接而成；所述金属模具材质为合金钢30CrMnSiA，满足在温度200℃以下、压力4～5MPa，使用500小时以上无变形，金属模具的型面和延伸段轴向总长度200mm；
将碳纤维布和高硅氧纤维布分别浸入同一种酚醛树脂中，制备成内层预浸布和外层预浸布；单层碳纤维布厚度为0.17mm，单层高硅氧纤维布厚度为0.25mm；
二.缠绕成型步骤：将内层预浸布和外层预浸布在脱模处理后的金属模具上进行缠绕，缠绕时先按照进给量为0.4022mm/每转从金属模具的过渡段与型面交界处开始，沿金属模具缠绕一段内层预浸布，缠绕长度为轴向50mm，再在该段内层预浸布表面按照进给量为0.5916mm/每转缠绕一段外层预浸布，缠绕长度为轴向50mm；然后沿金属模具紧贴上一段内层预浸布端面再按照进给量为0.4022mm/每转缠绕一段内层预浸布，缠绕长度为轴向150mm，再在该段内层预浸布表面按照进给量0.5916mm/每转缠绕一段外层预浸布，缠绕长度为轴向150mm；直至覆盖整个金属模具的过渡段、型面和延伸段；
三.固化步骤：将完成缠绕的金属模具在缠绕层表面包覆2层麻袋片作为辅助材料，然后套入橡胶材质真空袋中，放入固化设备，固化成型为毛坯；橡胶材质的真空袋需满足在温度200℃以下、压力4～5MPa，使用100小时以上无渗漏；
四、加工步骤：将毛坯按照产品要求，机械加工外表面至规定尺寸，然后脱除金属模具，形成制品。
本发明的实施例二，包括下述步骤：
一.准备步骤：
制备金属模具，金属模具为旋转体，依次由一体的过渡段、型面、延伸段、法兰盘和芯轴构成，所述型面与待成型产品内型面形状一致，为旋转曲面，θ为26°～24°；所述过渡段为圆台形，所述延伸段为圆台形和圆柱形拼接而成；所述金属模具材质为20#钢，满足在温度200℃以下、压力4～5MPa，使用500小时以上无变形，金属模具的型面和延伸段轴向总长度1200mm；
将碳纤维布和石英纤维布分别浸入同一种酚醛树脂中，制备成内层预浸布和外层预浸布；单层碳纤维布厚度为0.17mm，单层石英纤维布厚度为0.14mm；
二.缠绕成型步骤：将内层预浸布和外层预浸布在脱模处理后的金属模具上进行缠绕，缠绕时先按照进给量为0.4022mm/每转～0.3920mm/每转从金属模具的过渡段与型面交界处开始，沿金属模具缠绕一段内层预浸布，缠绕长度为轴向150mm，再在该段内层预浸布表面按照进给量为0.3194mm/每转～0.3228mm/每转缠绕一段外层预浸布，缠绕长度为轴向150mm；然后沿金属模具紧贴上一段内层预浸布端面再按照进给量0.3920mm/每转～0.3949mm/每转缠绕一段内层预浸布，缠绕长度为轴向150mm，再在该段内层预浸布表面按照进给量0.3228mm/每转～0.3252mm/缠绕一段外层预浸布，缠绕长度为轴向150mm；如此改变进给量反复8次，直至覆盖整个金属模具的的过渡段、型面和延伸段；
三.固化步骤：将完成缠绕的金属模具在缠绕层表面包覆1层无纺布和5层麻袋片作为辅助材料，然后套入橡胶材质真空袋中，放入固化设备，固化成型为毛坯；橡胶材质的真空袋需满足在温度200℃以下、压力4～5MPa，使用100小时以上无渗漏；
四、加工步骤：将毛坯按照产品要求，机械加工外表面至规定尺寸，然后脱除金属模具，形成制品。
本发明的实施例三，包括下述步骤：
一.准备步骤：
制备金属模具，如图1所示，金属模具为旋转体，依次由一体的过渡段1、型面2、延伸段3、法兰盘4和芯轴5构成，所述型面2与待成型产品内型面形状一致，为旋转曲面，θ为26.1°～23.7°；所述过渡段1为圆柱形，所述延伸段3为圆台形和圆柱形拼接而成；所述金属模具材质为20#钢，满足在温度200℃以下、压力4～5MPa，使用500小时以上无变形，金属模具的型面和延伸段轴向总长度500mm；
将碳纤维布和无碱玻璃纤维布分别浸入同一种酚醛树脂中，制备成内层预浸布和外层预浸布；单层碳纤维布厚度为0.17mm，单层无碱玻璃纤维布厚度为0.20mm；
二.缠绕成型步骤：将内层预浸布和外层预浸布在脱模处理后的金属模具上进行缠绕，缠绕时先按照进给量为0.3864mm/每转～0.3906mm/每转从金属模具的过渡段与型面交界处开始，沿金属模具缠绕一段内层预浸布，缠绕长度为轴向80mm，再在该段内层预浸布表面按照进给量为0.4546mm/每转～0.4596mm/每转缠绕一段外层预浸布，缠绕长度为轴向80mm；然后沿金属模具紧贴上一段内层预浸布端面再按照进给量为0.3906mm/每转～0.3963mm/每转缠绕一段内层预浸布，缠绕长度为轴向80mm，再在该段内层预浸布表面按照进给量为0.4596mm/每转～0.4662mm/每转缠绕一段外层预浸布，缠绕长度为轴向80mm；如此改变进给量反复6次，直至覆盖整个金属模具的过渡段、型面和延伸段；
三.固化步骤：将完成缠绕的金属模具在缠绕层表面包覆2层吸胶纸和2层棉布作为辅助材料，然后套入橡胶材质真空袋中，放入固化设备，固化成型为毛坯；橡胶材质的真空袋需满足在温度200℃以下、压力4～5MPa，使用100小时以上无渗漏；
四、加工步骤：将毛坯按照产品要求，机械加工外表面至规定尺寸，然后脱除金属模具，形成制品；
五、制品防护步骤，在制品内外表面喷涂清漆，以保护制品。

Claims (5)

1.一种旋转体双层复合材料缠绕成型方法，包括下述步骤：
一.准备步骤：
制备金属模具，金属模具为旋转体，依次由一体的过渡段、型面、延伸段、法兰盘和芯轴构成，所述型面与待成型产品内型面形状一致，为圆台形或旋转曲面；所述过渡段为圆柱形或圆台形，所述延伸段为圆台形和圆柱形拼接而成；
将内层纤维布和外层纤维布分别浸入同一种酚醛树脂中，制备成内层预浸布和外层预浸布；
二.缠绕成型步骤：将内层预浸布和外层预浸布在脱模处理后的金属模具上进行缠绕，缠绕时先按照进给量从金属模具的过渡段与型面交界处开始，沿金属模具缠绕一段内层预浸布，缠绕长度为轴向50mm～150mm，再在该段内层预浸布表面按照进给量缠绕一段外层预浸布，缠绕长度为轴向50mm～150mm；然后沿金属模具紧贴上一段内层预浸布端面再按照进给量缠绕一段内层预浸布，缠绕长度为轴向50mm～150mm，再在该段内层预浸布表面按照进给量缠绕一段外层预浸布，缠绕长度为轴向50mm～150mm；如此反复2～8次，直至覆盖整个金属模具的的过渡段、型面和延伸段；
三.固化步骤：将完成缠绕的金属模具在缠绕层表面包覆2～6层辅助材料，然后套入真空袋中，放入固化设备，固化成型为毛坯；
四、加工步骤：将毛坯按照产品要求，机械加工外表面至规定尺寸，然后脱除金属模具，形成制品。
2.如权利要求1所述的旋转体双层复合材料缠绕成型方法，其特征在于：
所述准备步骤中，所述金属模具材质需满足在温度200℃以下、压力4～5MPa，使用500小时以上无变形，所述内层纤维布为碳纤维布，所述外层纤维布为高硅氧纤维布、石英纤维布或无碱玻璃纤维布。
3.如权利要求1所述的旋转体双层复合材料缠绕成型方法，其特征在于：
所述缠绕成型步骤中，所述进给量为Fmm/每转：
F＝δ/sinθ，δ为单层内层纤维布或单层外层纤维布厚度，单位mm；θ为金属模具型面曲线与轴线夹角。
4.如权利要求1所述的旋转体双层复合材料缠绕成型方法，其特征在于：
所述固化步骤中，所述辅助材料为无纺布、吸胶纸、麻袋片、棉布中的一种或数种组合；所述真空袋为橡胶材质，需满足在温度200℃以下、压力4～5MPa，使用100小时以上无渗漏。
5.如权利要求1、2、3或4所述的旋转体双层复合材料缠绕成型方法，其特征在于：
所述加工步骤之后，进行制品防护步骤，在制品内外表面喷涂清漆。
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