CN103407174A - 一种纤维增强树脂基复合材料豆荚型管件的整体成型方法 - Google Patents
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Abstract
一种纤维增强树脂基复合材料豆荚型管件的整体成型方法，它有五大步骤：一、按照设计的铺层方案将预浸料铺覆在两片相同的上阴模和下阴模上；二、预浸料铺覆完毕后，将带有铺覆好预浸料的上阴模和下阴模对装配合并锁紧；三、通过气囊对紧贴模具的纤维增强树脂基复合材料豆荚型管件的中间弧段的预浸料进行加压；四、按照纤维增强树脂基复合材料豆荚型管件所用预浸料的固化工艺规程进行升温固化；步骤五、固化完毕后冷却至室温之后打开模具，最终得到纤维增强树脂基复合材料豆荚型管件。本发明通过充气气囊和模具共同加压，不需要引入二次胶接过程，一次整体成型，并且成型质量高，大大改进并简化了工艺流程和降低了成本。
Description
技术领域
本发明提供一种纤维增强树脂基复合材料豆荚型管件的整体成型方法，属于复合材料制造技术领域。
背景技术
纤维增强树脂基复合材料豆荚型管件(CFRP Lenticular Collapsible Tube)是由德国宇航中心（DLR）设计开发出来的一种具有形状记忆功的结构，可以通过弹性变形折叠在很小的体积内，并依靠自身储存的弹性能可恢复到初始的豆荚型管状结构，主要应用于航天领域。德国宇航中心采用热压罐工艺先制备出两片相同的纤维增强树脂基复合材料豆荚型管件半片，然后将两个半片通过二次胶接，最终得到豆荚型管件。目前，德国宇航中心的工艺方法已经作为一种成熟技术被广泛应用于纤维增强树脂基复合材料豆荚型管件的制造中。但该方法尚有不足之处，一方面热压罐工艺本身就属于一种高成本的工艺方法，另一方面，在整个工艺过程中，由于需要引入二次胶接过程，大大增加了工艺过程的复杂性，因此，生产成本较高，且工艺过程复杂。
发明内容
本发明的目的在于提供一种纤维增强树脂基复合材料豆荚型管件的整体成型方法，以解决纤维增强树脂基复合材料豆荚型管件成型工艺过程复杂、成本较高的技术问题。
本发明所采用的技术方案如下：
本发明一种纤维增强树脂基复合材料豆荚型管件的整体成型方法，其步骤如下：
步骤一、按照设计的铺层方案将预浸料铺覆在两片相同的上阴模和下阴模上。
步骤二、预浸料铺覆完毕后，将带有铺覆好预浸料的上阴模和下阴模对装配合并锁紧，上阴模和下阴模的水平面之间放置垫片，用于控制纤维增强树脂基复合材料豆荚型管件连接边预浸料的压实程度，再锁紧。
步骤三、上阴模和下阴模上装配完毕之后，将气囊通入两个带有铺覆好预浸料的上阴模和下阴模经装配之后所形成的空腔之内，通过气囊对紧贴模具的纤维增强树脂基复合材料豆荚型管件的中间弧段的预浸料进行加压，压力范围应在0.1～0.8MPa之间。
步骤四、按照纤维增强树脂基复合材料豆荚型管件所用预浸料的固化工艺规程进行升温固化。
步骤五、固化完毕后冷却至室温之后打开模具，最终得到纤维增强树脂基复合材料豆荚型管件。
其中，在步骤一中所述的“设计的铺层方案”通常是均衡对称的铺层方案，具体的铺层层数、铺层角度和铺层比例要根据需要实现的指标进行设计；
其中，在步骤一中所述的“上阴模和下阴模上”是指与纤维强树脂基复合材料豆荚型管件形状相匹配的凹形模；
其中，在步骤一中所述的“预浸料”是指使用树脂在严格控制的条件下浸渍纤维布，制成树脂与纤维布的组合体，是制造复合材料的中间材料；
其中，在步骤一中所述的“预浸料”的纤维布可以是碳纤维、玻璃纤维、Kevlar纤维、硼纤维和植物纤维中的一种，“预浸料”的树脂可以是环氧树脂、聚酰亚胺、热塑性聚氨酯、聚酰胺、聚苯硫醚、聚芳醚酮和聚乙烯醇中的一种；
其中，在步骤二中所述的“连接边”是指纤维强树脂基复合材料豆荚型管件的水平边，纤维强树脂基复合材料豆荚型管件的两个半片通过连接边连接在一起；
其中，在步骤二中所述的“垫片”用来调整两片阴模之间的距离，进而控制维增强树脂基复合材料豆荚型管件连接边预浸料的压实程度，垫片厚度越小，模具对纤维增强树脂基复合材料豆荚型管件连接预浸料边的压紧力越大，为保证连接边的连接质量，该压紧力的范围应控制在0.1～0.8MPa之间。
其中，在步骤三中所述的“中间弧段”是指纤维增强树脂基复合材料豆荚型管件的中间圆弧部分。
其中，在步骤四中所述的“固化工艺规程”是指对预浸料在整个固化过程中相关工艺参数的规定，每种型号的预浸料都对应有与之相匹配的固化工艺规程
本发明一种纤维增强树脂基复合材料豆荚型管件的整体成型方法，有益效果是可通过充气气囊和模具共同加压，并且不需要引入二次胶接过程，可一次整体成型，并且成型质量高，大大改进并简化了工艺流程和降低了成本。
附图说明
图1是本发明所述方法的流程框图。
图2是纤维增强树脂基复合材料豆荚型管件的几何构型图。
图3是制备纤维增强树脂基复合材料豆荚型管件半片所使用的预浸料在两个相同阴模上的铺覆示意图。
图4是纤维增强树脂基复合材料豆荚型管件的整体成型方法原理图。
图5是图4的前视图。
图2中：1.中间弧段，2.连接边；
图3至图5中：3.充气加压管，4.气囊，5.上阴模，6.垫片，7.下阴模，8.纤维增强树脂基复合材料豆荚型管件的上半片，9.纤维增强树脂基复合材料豆荚型管件的下半片。
具体实施方式
下面结合附图和实施实例对本发明做出进一步的说明。
本发明的流程图如图1所示，首先按照设计的铺层方案将预浸料铺覆在两片相同的上阴模5和下阴模7上，预浸料铺覆完毕后，将带有铺覆好预浸料的上阴模5和下阴模7对合配合并锁紧，然后通过气囊4对紧贴模具的纤维增强树脂基复合材料豆荚型管件的中间弧段1浸料进行加压，按照纤维增强树脂基复合材料豆荚型管件所用预浸料的固化工艺规程进行升温固化，固化完毕后冷却至室温之后打开模具，最终得到纤维增强树脂基复合材料豆荚型管件。在图2中，纤维增强树脂基复合材料豆荚型管件由两片相同的上、下半片（8和9）组成，其半片由连接边1和中间弧段2组成。本发明的具体实施步骤如下：
步骤一、按照设计的铺层方案将预浸料铺覆在两片相同的分别铺覆在上阴模5和下阴模7上。
其中，在步骤一中所述的“设计的铺层方案”通常是均衡对称的铺层方案，具体的铺层层数、铺层角度和铺层比例要根据需要实现的指标进行设计；在步骤一中所述的“预浸料”是指使用树脂在严格控制的条件下浸渍纤维布，制成树脂与纤维布的组合体，是制造复合材料的中间材料；在步骤一中所述的“预浸料”的纤维布可以是碳纤维、玻璃纤维、Kevlar纤维、硼纤维和植物纤维中的一种，“预浸料”的树脂可以是环氧树脂、聚酰亚胺、热塑性聚氨酯、聚酰胺、聚苯硫醚、聚芳醚酮和聚乙烯醇中的一种；在步骤一中所述的“上阴模5和下阴模7”是指与纤维强树脂基复合材料豆荚型管件形状相匹配的凹形模。
步骤二、铺覆完毕之后，将带有纤维增强树脂基复合材料豆荚型管件的上半片8预浸料的上阴模5和带有纤维增强树脂基复合材料豆荚型管件的下半片9预浸料的下阴模7对合装配并锁紧，在上阴模和下阴模（5和7）之间需要放置垫片6，通过设计垫片6厚度，用于控制纤维增强树脂基复合材料豆荚型管件的连接边1预浸料的压实程度，如图3至图5所示。
其中，在步骤二中所述的“连接边”1是指纤维强树脂基复合材料豆荚型管件的水平边，纤维强树脂基复合材料豆荚型管件的上、下半片（8和9）通过连接边连接在一起；在步骤二中所述的“垫片”用来调整上阴模和下阴模（5和7）之间的距离，进而控制维增强树脂基复合材料豆荚型管件连接边1的压实程度，垫片6厚度越小，模具对纤维增强树脂基复合材料豆荚型管件的连接边1的压紧力越大，为保证连接边1的连接质量，压该压紧力的范围应控制在0.1～0.8MPa之间。
步骤三、上阴模和下阴模（5和7）装配完毕之后，将一端带有充气加压管3、另一端封闭的气囊4通入两个带有铺覆好预浸料的上阴模和下阴模（5和7）经装配之后所形成的空腔之内，通过充气加压管3对气囊4进行充气，对紧贴模具的纤维增强树脂基复合材料豆荚型管件的中间弧段1预浸料进行加压，压力范围应在0.1～0.8MPa之间，如图4和图5所示。
其中，在步骤三中所述的“中间弧段”1是指纤维增强树脂基复合材料豆荚型管件的中间圆弧部分。
步骤四、按照纤维增强树脂基复合材料豆荚型管件所用预浸料的固化工艺规程进行升温固化。
其中，在步骤四中所述的“固化工艺规程”是指对预浸料在整个固化过程中相关工艺参数的规定，每种型号的预浸料都对应有与之相匹配的固化工艺规程。
步骤五、固化完毕后冷却至室温之后打开模具，最终得到纤维增强树脂基复合材料豆荚型管件。
Claims (9)
1.一种纤维增强树脂基复合材料豆荚型管件的整体成型方法，其特征在于：该方法具体步骤如下：
步骤一、按照设计的铺层方案将预浸料铺覆在两片相同的上阴模和下阴模上；
步骤二、预浸料铺覆完毕后，将带有铺覆好预浸料的上阴模和下阴模对装配合并锁紧，上阴模和下阴模的水平面之间放置垫片，用于控制纤维增强树脂基复合材料豆荚型管件连接边预浸料的压实程度，再锁紧；
步骤三、上阴模和下阴模上装配完毕之后，将气囊通入两个带有铺覆好预浸料的上阴模和下阴模经装配之后所形成的空腔之内，通过气囊对紧贴模具的纤维增强树脂基复合材料豆荚型管件的中间弧段的预浸料进行加压，压力范围应在0.1～0.8MPa之间；
步骤四、按照纤维增强树脂基复合材料豆荚型管件所用预浸料的固化工艺规程进行升温固化；
步骤五、固化完毕后冷却至室温之后打开模具，最终得到纤维增强树脂基复合材料豆荚型管件。
2.根据权利要求1所述的一种纤维增强树脂基复合材料豆荚型管件的整体成型方法，其特征在于：步骤一中所述的“设计的铺层方案”通常是均衡对称的铺层方案，具体的铺层层数、铺层角度和铺层比例要根据需要实现的指标进行设计。
3.根据权利要求1所述的一种纤维增强树脂基复合材料豆荚型管件的整体成型方法，其特征在于：步骤一中所述的“上阴模和下阴模”是指与纤维强树脂基复合材料豆荚型管件形状相匹配的凹形模。
4.根据权利要求1所述的一种纤维增强树脂基复合材料豆荚型管件的整体成型方法，其特征在于：步骤一中所述的“预浸料”是指使用树脂在严格控制的条件下浸渍纤维布，制成树脂与纤维布的组合体，是制造复合材料的中间材料。
5.根据权利要求1、4所述的一种纤维增强树脂基复合材料豆荚型管件的整体成型方法，其特征在于：步骤一中所述的“预浸料”的纤维布是碳纤维、玻璃纤维、Kevlar纤维、硼纤维和植物纤维中的一种，“预浸料”的树脂是环氧树脂、聚酰亚胺、热塑性聚氨酯、聚酰胺、聚苯硫醚、聚芳醚酮和聚乙烯醇中的一种。
6.根据权利要求1所述的一种纤维增强树脂基复合材料豆荚型管件的整体成型方法，其特征在于：步骤二中所述的“连接边”是指纤维强树脂基复合材料豆荚型管件的水平边，纤维强树脂基复合材料豆荚型管件的两个半片通过连接边连接在一起。
7.根据权利要求1所述的一种纤维增强树脂基复合材料豆荚型管件的整体成型方法，其特征在于：步骤二中所述的“垫片”用来调整两片阴模之间的距离，进而控制维增强树脂基复合材料豆荚型管件连接边预浸料的压实程度，垫片厚度越小，模具对纤维增强树脂基复合材料豆荚型管件连接预浸料边的压紧力越大，为保证连接边的连接质量，该压紧力的范围应控制在0.1～0.8MPa之间。
8.根据权利要求1所述的一种纤维增强树脂基复合材料豆荚型管件的整体成型方法，其特征在于：步骤三中所述的“中间弧段”，是指纤维增强树脂基复合材料豆荚型管件的中间圆弧部分。
9.根据权利要求1所述的一种纤维增强树脂基复合材料豆荚型管件的整体成型方法，其特征在于：步骤四中所述的“固化工艺规程”是指对预浸料在整个固化过程中相关工艺参数的规定，每种型号的预浸料都对应有与之相匹配的固化工艺规程。
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