CN103144311A

CN103144311A - 一种复合材料法兰的成型工艺

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Publication number: CN103144311A
Application number: CN2013100930646A
Authority: CN
Inventors: 肖永栋; 肖文刚; 包冰国; 董青海; 仙宝君; 王嵘
Original assignee: Beijing FRP Research and Design Institute Composite Co Ltd
Current assignee: Beijing FRP Research and Design Institute Composite Co Ltd
Priority date: 2013-03-22
Filing date: 2013-03-22
Publication date: 2013-06-12

Abstract

本发明公开一种复合材料法兰的成型工艺，包括步骤如下：1）预制法兰成型模具，其上涂脱模剂；2）在步骤1）的模具上，手糊复合材料预成型为法兰形体；3）将步骤2）的法兰形体连同模具送入液压机内，经其合模加压、加热至70～120℃后，保温2～4h固化成型为复合材料法兰坯体；冷却至室温后脱模；4）在脱模后的复合材料法兰坯体的周边等角度开设若干销孔；该销孔为两种直径不同的大小销孔，大销孔与小销孔数量相同，且互为交叉设置；将其外表打磨后成型为所述复合材料法兰。该工艺简单、易于操作；手糊浸胶能够保证玻纤布浸润的均匀，减少产品残缺率，保证产品的质量；且一次成型，外观漂亮，不用后续加工；其成本低，有益于推广实施。

Description

一种复合材料法兰的成型工艺

技术领域

本发明涉及一种用于传动轴与电机连接用的法兰成型工艺，具体讲是一种复合材料法兰的成型工艺，属于法兰成型的技术领域。

背景技术

传动系统是冷却塔的关键部件之一，其性能对整个设备的效率有较大影响。目前，我国传动轴制造领域主要采用合金钢、铝合金、镁合金或钛合金等金属材料制作，为满足先进冷却塔的性能要求，碳纤维复合材料传动轴的研究和应用成为发展趋势。与金属传动轴相比，复合材料传动轴具有重量轻、跨度大、使用寿命长和噪声系数低等许多优点。

在大型冷却塔、汽车、船舶中电机功率的传递中应用到传动轴，而法兰则是传动轴与电机间联系的纽带。现有技术中多应用金属法兰，具有质量重，在耐腐蚀、耐酸碱方面较差，本发明则利用了复合材料轻质高强、耐腐蚀、耐酸碱的特性，有效地克服了金属法兰这些方面的不足。目前复合材料法兰已有用到玻璃纤维编织、RTM（树脂传递模塑）成型的工艺，该工艺要求玻璃纤维编织物与模具配合度高，编织复杂，效率较低。

发明内容

为了解决上述现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种工艺简单，易于操作，保证质量且成本低的复合材料法兰的成型工艺。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种复合材料法兰的成型工艺，包括步骤如下：

1）预制法兰成型模具，清理其表面并涂抹一层脱模剂；

2）在涂有脱模剂的模具上，手糊复合材料预成型为法兰形体；

3）将步骤2）预成型的法兰形体连同模具送入液压机内，经液压机合模加压、加热至70～120℃后，保温2～4h固化成型为复合材料法兰坯体；冷却至室温后脱模；

4）在步骤3）脱模后的复合材料法兰坯体的周边等角度开通有若干个销孔；该销孔为两种直径不同的大小销孔，大销孔与小销孔数量相同，且互为间隔设置；将其外表打磨后成型为所述复合材料法兰。

上述步骤1）所用的脱模剂为汽车蜡或液态脱模剂。

上述步骤2）中的手糊复合材料包括多层玻纤布层和树脂混合物；玻纤布层由细密玻纤布和方格布复合而成；其中，方格布为20～50层，每层厚度为0.4mm；细密玻纤布为4～20层，每层厚度为0.2mm。

上述每层细密玻纤布的规格为：单重180g/m²，经向5.0根/厘米，纬向4.2根/厘米；每层方格布的规格为：单重400g/m²，经向为3.6根/厘米，纬向为3.2根/厘米。

上述步骤2）手糊复合材料的具体操作为：A）在步骤1）的模具表面以褡包方式铺覆2～10层细密玻纤布，在最外层的细密玻纤布外表面缠绕玻璃纤维纱；用树脂涂覆其表面并手糊均匀；B）用2层褡包和2层环包交错方式铺覆20～50层方格布，每铺4层方格布用玻璃纤维纱缠绕固定，用树脂涂覆其外表面且手糊均匀；C）重复步骤A）；成型为所述法兰形体。

上述玻璃纤维纱的缠绕方式为一个方向间隔均匀缠绕，一层缠绕至少15圈，将细密玻纤布或方格布各层裹紧。

上述的树脂混合物由树脂和固化剂以100:2的比例混合而成；其中，树脂选用乙烯基酯环氧树脂或环氧树脂或不饱和聚酯树脂中任一种；固化剂选用过氧化甲乙酮或三乙烯四氨或DMP30或聚酰胺中任一种。

上述步骤3）中液压机合模加压的压力为7～10Mpa。

上述步骤4）中的销孔开设有4～8个，最佳为开设有6个；其中，大销孔和小销孔的数量相等，最佳各设3个，；相邻2个大销孔和小销孔之间的间隔角度为60度，大销孔直径φ为20～32mm；小销孔直径φ为10～18mm。

由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果如下：：1）本发明采用手糊操作可以保证铺设玻纤布的浸胶效果，从而大大减少了产品的浸渍不良的缺陷，质量的可控性强。2）与玻璃纤维编织相比，本发明可直接使用玻纤布铺层，选用的玻纤布均为市售产品，可直接购买使用；一次成型，外观漂亮，节省了后续加工，可降低加工成本。3）本发明的成型工艺采用玻璃钢制品中最成熟、应用最广泛的手糊铺布，对人员及设备要求较低；将手糊的产品铺放预成型后，通过液压机一次加压模压成型，与现有的编织成型和采用RTM真空灌注工艺相比，工艺简单，便于操作，可提高生产效率。4）手糊人工操作，液压机加压排除气泡，底层和顶层铺覆细密玻纤布可保证该复合材料法兰外表的细密整洁，保证并可提高其制品的质量；易于推广实施。

附图说明

图1为本发明法兰结构的轴向截面图。

图2为图1A-A向结构示意图。

图3为复合材料法兰与传动轴的轴向连接结构示意图。

具体实施方式

本发明提供了一种操作简单，质量可控性强，成本低廉的复合材料法兰的成型工艺。

复合材料法兰的成型工艺采用如下步骤实现：

一种复合材料法兰的成型工艺，包括步骤如下：

1）预制法兰成型模具，清理其表面并涂抹一层脱模剂；

4）在步骤3）脱模后的复合材料法兰坯体的周边等角度开有若干个销孔；所述销孔为两种直径不同的大小销孔，大销孔与小销孔交叉设置；将其外表打磨后成型为所述复合材料法兰。

其中步骤1）所用的脱模剂为市售的任一种汽车蜡或液态脱模剂；本实施方式中选用由德国汉高集团(化工)有限公司生产，型号为Frekote 55-NC，商品名称为汉高-乐泰脱模剂。

步骤2）中，手糊复合材料包括玻纤布和树脂混合物；

所用的玻纤布为多层方格布和多层细密玻纤布复合而成，其中，方格布和细密玻纤布均为具有较高强度的无碱玻璃纤维织物，方格布一般可铺覆 20～50层，最佳铺覆32层，每层厚度为0.4mm；细密玻纤布一般可铺覆4～20层，最佳铺覆8层，每层厚度为0.2mm；每铺覆4层细密玻纤布或4层方格布后，要在其上缠绕有玻璃纤维纱，用玻璃纤维纱捆绑固定细密玻纤布或固定方格布，将各层裹紧；所用的玻璃纤维纱应与所用的细密玻纤布和方格布的材质相同，均为无碱玻璃纤维纱与乙烯基酯环氧树脂有良好的浸润性；

所用的树脂混合物由树脂和固化剂以100: 1～3的比例混合而成；其中，树脂采用具有良好的耐腐蚀性、耐酸性、良好的韧性及对玻璃纤维浸润性强的乙烯基酯环氧树脂；除此之外，可采用其他环氧类或不饱和类的树脂，如二酚基丙烷型环氧树脂或邻苯二甲酸型（简称邻苯型）、间苯二甲酸型（简称间苯型）、双酚A型和乙烯基酯型不饱和聚酯树脂中任一种；固化剂为过氧化甲乙酮，还可根据选用的树脂不同选择胺类或其他种类的固化剂，如三乙烯四氨、DMP30、聚酰胺等中任一固化剂市售产品。

上述0.2mm厚的细密玻纤布，其规格为：单重180g/m²，经向5.0根/厘米，纬向4.2根/厘米；0.4mm厚的方格布，其规格为：单重400g/m²，经向3.6根/厘米，纬向3.2根/厘米。

以铺覆40层玻纤布制备复合材料法兰为例，上述步骤2）手糊复合材料的具体操作为：A）先在步骤1）的模具表面以褡包方式铺覆4层细密玻纤布，在铺好的细密玻纤布外表面缠绕玻璃纤维纱；用树脂涂覆其表面并手糊均匀将其固定；B）再用2层褡包和2层环包交错方式铺覆32层方格布，每铺4层方格布用玻璃纤维纱缠绕，用树脂涂覆其外表面且手糊均匀固定；C）再重复步骤A）；完成该复合材料法兰形体的成型。

其中，底层和顶层铺覆细密玻纤布可保证该复合材料法兰外表的细密整洁。

上述步骤3）中液压机合模加压的压力为7～10Mpa。

上述步骤4）中的销孔开设有4～8个，最佳为开设有6个；其中，大销孔和小销孔开设的数量相等，销孔开设的数量由与其连接的传动轴直径大小决定；最佳各设3个；相邻2个大销孔和小销孔之间间隔角度为60度，大销孔直径φ为20～32mm；小销孔直径φ为10～18mm。

大销孔和小销孔互为交叉设置；最后将大销孔和小销孔的外表打磨后成型为本发明的复合材料法兰。

以下通过附图对本发明技术方案作进一步详细说明。

如图1所示，为本发明复合材料法兰结构的轴向截面图。

法兰由环体1、圆筒体段2和顶盘3一体成型；环体1位于圆筒体段2的底端且与圆筒体段2底端的外周水平相接，顶盘3位于圆筒体段2的顶端且与该圆筒体段2顶端周边水平相接；环体1、圆筒体段2和顶盘3在预成型模具上一体成型为所述复合材料法兰。

手糊复合材料的具体操作中，采用两层褡包和两层环包交错的铺层方式进行手糊铺布的目的是为了保证法兰整体的连续性；

其中，褡包是指将一块四方形的方格布由该法兰的顶盘3褡下，将顶盘3、圆筒体段2和圆环1一起包覆，人工用毛刷将已混好的树脂混合物涂覆在方格布上并将布层间的气泡赶出。

环包是指将一长方形的方格布环绕圆筒体段2和环体1，人工用毛刷将已混好的树脂混合物涂覆在方格布上并将布层间的气泡赶出。

为保证细密玻纤布和方格布层与层之间能够贴紧，每隔4层铺放的细密玻纤布或方格布之间还需用玻璃纤维纱一个方向间隔均匀的缠绕一层至少15圈，将细密玻纤布和方格布各层裹紧，将细密玻纤布和方格布定型。

采用玻璃纤维纱对所用玻纤布进行定型能够保证该法兰使用材料的一致性。

所用的树脂混合物由乙烯基酯环氧树脂和固化剂，其配比为：乙烯基酯环氧树脂:固化剂为100: 1～3；其中固化剂选用过氧化甲乙酮。

本实施方式中所用的液压机为315吨四柱液压机加压合模，加压范围为7～10MPa，根据产品要求还可选用其它常规的液压机；加热采用电热管，将其放入模具上预留的电热管孔内，接通电源加热；也可根据需要选用其它常规的加热方式；在液压机内保温后固化成型。

该复合材料法兰脱模、打孔打磨成型后，为了提高其使用寿命，防腐蚀，还可在其上涂漆，本实施方式中涂有黑色耐腐蚀环氧漆；除此之外，也可以涂具有耐腐蚀性能的其它漆涂料。

如图2所示，整个复合材料法兰环体1的表面部位等角度开设有6个销孔，3个大销孔4和3个小销孔5，大销孔4与小销孔5交叉开设，在大销孔4和小销孔5内车有螺距，通过螺栓将传动轴与电机连接。

除此之外，本发明开设的销孔还可为4～8个孔，大销孔4和小销孔5开设的数量相等，均为交叉开设。

如图3所示，带有顶盘3的圆筒体段2一端嵌入传动轴6的直径内，通过乙烯基环氧树脂和传动轴6的内径黏结装配固定；在传动轴6和圆筒体段2黏结部位的中段沿其径向相对开设有销孔，插入销钉以加强传动轴6与本发明复合材料法兰的固定连接，再通过环体1上的大销孔端和小销孔端与连接电机的法兰对接螺栓固定，完成传动轴6与电机的安全连接。

Claims

1.一种复合材料法兰的成型工艺，包括步骤如下：

1）预制法兰成型模具，清理其表面并涂抹一层脱模剂；

4）在步骤3）脱模后的复合材料法兰坯体的周边等角度开通有若干个销孔；该销孔为两种直径不同的大小销孔，大销孔与小销孔数量相同，且互为交叉设置；将其外表打磨后成型为所述复合材料法兰。

2.如权利要求1所述的复合材料法兰的成型工艺，其特征在于：步骤1）所述的脱模剂为汽车蜡或液态脱模剂。

3.如权利要求2所述的复合材料法兰的成型工艺，其特征在于：步骤2）所述手糊复合材料包括玻纤布层和树脂混合物；所述玻纤布层由多层细密玻纤布和多层方格布复合而成；其中，方格布为20～50层，每层厚度为0.4mm；细密玻纤布为4～20层，每层厚度为0.2mm。

4.如权利要求3所述的复合材料法兰的成型工艺，其特征在于：每层所述细密玻纤布的规格为：单重180g/m²，经向5.0根/厘米，纬向4.2根/厘米；每层所述方格布的规格为：单重400g/m²，经向为3.6根/厘米，纬向为3.2根/厘米。

5.如权利要求4所述的复合材料法兰的成型工艺，其特征在于：所述手糊复合材料的具体操作为：A）在所述模具表面以褡包方式铺覆2～10层细密玻纤布，在最外层的细密玻纤布外表面缠绕玻璃纤维纱；用树脂涂覆其表面并手糊均匀；B）用2层褡包和2层环包交错方式铺覆20～50层所述方格布，每铺4层所述方格布在其外表面用玻璃纤维纱缠绕固定；用树脂涂覆表面手糊均匀；C）重复步骤A）；成型为所述法兰形体。

6.如权利要求5所述的复合材料法兰的成型工艺，其特征在于：所述玻璃纤维纱的缠绕方式为一个方向间隔均匀缠绕，一层缠绕至少15圈，将所述细密玻纤布或所述方格布各层裹紧。

7.如权利要求6所述的复合材料法兰的成型工艺，其特征在于：所述树脂混合物由树脂和固化剂以100:2的比例混合而成；其中，树脂选用乙烯基酯环氧树脂或环氧树脂或不饱和聚酯树脂中任一种；固化剂选用过氧化甲乙酮或三乙烯四氨或DMP30或聚酰胺中任一种。

8.如权利要求7所述的复合材料法兰的成型工艺，其特征在于：步骤3）所述合模加压的压力为7～10Mpa。

9.如权利要求1-8任一项所述的复合材料法兰的成型工艺，其特征在于：步骤4）所述销孔开设有4～8个，所述大销孔和所述小销孔的数量相等；相邻2个大销孔和小销孔之间的间隔角度为60度，大销孔直径φ为20～32mm；小销孔直径φ为10～18mm。

10.如权利要求9所述的复合材料法兰的成型工艺，其特征在于：所述销孔开设有6个，所述大销孔和所述小销孔各为3个。