CN103624995A - 一种对模成型复合材料的方法 - Google Patents

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Abstract

一种对模成型复合材料的方法，它涉及一种对模成型复合材料的方法。本发明是要解决现有方法成型的复合材料表面不平整、致密度不足的问题。一、在金属模具下模上的内模表面铺放复合材料预浸料层，在复合材料预浸料层外侧均匀铺放膨胀橡胶；二、在膨胀橡胶外侧合并外模，在外模外侧用合模环将外模合实，将上模盖严，得到封装好的模具；三、将步骤二封装好的模具放入固化炉中，进行固化，然后取出模具，冷却至室温，脱模，得到成型复合材料。本发明用于复合材料的成型。

Description

一种对模成型复合材料的方法
技术领域
本发明涉及一种对模成型复合材料的方法。
背景技术
复合材料成型工艺主要有拉挤工艺、缠绕工艺、湿法铺放工艺、RTM工艺等。对模成型工艺作为湿法铺放工艺的一种，其比较经典的模具设计为金属模具，金属模具具有较好的尺寸稳定性及耐温性，尤其在复合材料厚壁制品及高温固化树脂体系成型过程中，金属模具具有较高的刚度及强度。但其缺点在于金属模具作为刚性模具制备圆柱形复合材料制品过程中，复合材料圆柱内表面可能出现富树脂或未压实等缺陷，外表面容易在合模过程中夹料或使表层环向纤维屈曲，无法充分发挥其力学性能。
发明内容
本发明是要解决现有方法成型的复合材料表面不平整、致密度不足的问题，而提供一种对模成型复合材料的方法。
本发明一种对模成型复合材料的方法，具体是按以下步骤进行的：
一、在金属模具下模上的内模表面铺放复合材料预浸料层，在复合材料预浸料层外侧均匀铺放膨胀橡胶；二、在膨胀橡胶外侧合并外模，在外模外侧用合模环将外模合实，将上模盖严，得到封装好的模具；三、将步骤二封装好的模具放入固化炉中，先在温度为90℃～100℃的条件下固化2h～3h，然后在温度为120℃～130℃的条件下固化4h～5h，最后在温度为150℃～160℃的条件下固化2h，得到固化后的模具；四、将步骤三得到的固化后的模具取出，冷却至室温，脱模，得到成型复合材料。步骤一中所述的膨胀橡胶为硅橡胶或氟橡胶；步骤一中所述的膨胀橡胶的膨胀系数为1×10-4/℃～5×10-4/℃；步骤一中所述的膨胀橡胶的压缩厚度为3mm～10mm；步骤一中所述的复合材料预浸料层为环氧/玻璃纤维复合材料、环氧/碳纤维复合材料、环氧/芳纶纤维复合材料、聚酯/玻璃纤维复合材料；
步骤一中所述的金属模具包括上模、下模、内模、外模和合模环；在下模凹面设置内模，在内模外层铺放复合材料预浸料层，在复合材料预浸料层外侧均匀铺放膨胀橡胶，膨胀橡胶外侧设置外模，在外模外侧设置合模环，在内模和外模上端设置上模。
有益效果：
1、本发明得到的成型复合材料具有易脱模、成型复合材料表面平整密实、无合模缝、产品质量高等优点。同时本发明简化了产品成型工艺，缩短了产品成型周期，提高了复合材料构件的成型效率。
2、膨胀橡胶层在复合材料成型过程中，随着固化温度的升高，通过自身形变对复合材料加压，使复合材料表面密实平整；膨胀橡胶层为软质材料，具有一定的变形量，从而避免了因模具分瓣缝引起的夹料；最后，由于膨胀橡胶层具有一定的压缩量和耐热性，可在复合材料预浸料层铺放成型后直接合模，将复合材料压缩量先转移至膨胀橡胶层，待固化升温过程中，随着温度的升高，复合材料树脂体系逐渐软化，膨胀橡胶层逐渐膨胀，在树脂体系粘度最低时将复合材料压实，即在固化过程中完成了热合，简化了热合过程，缩短2h～3h，提高了生产效率，减少相应劳动力2人以上。
附图说明
图1为金属模具装夹示意图；
图2为内模、外模、复合材料预浸料层、膨胀橡胶和合模环之间结构示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：本实施方式一种对模成型复合材料的方法，具体是按以下步骤进行的：
一、在金属模具下模上的内模表面铺放复合材料预浸料层，在复合材料预浸料层外侧均匀铺放膨胀橡胶；二、在膨胀橡胶外侧合并外模，在外模外侧用合模环将外模合实，将上模盖严，得到封装好的模具；三、将步骤二封装好的模具放入固化炉中，先在温度为90℃～100℃的条件下固化2h～3h，然后在温度为120℃～130℃的条件下固化4h～5h，最后在温度为150℃～160℃的条件下固化2h～3h，得到固化后的模具；四、将步骤三得到的固化后的模具取出，冷却至室温，脱模，得到成型复合材料。步骤一中所述的膨胀橡胶为硅橡胶或氟橡胶；步骤一中所述的膨胀橡胶的膨胀系数为1×10-4/℃～5×10-4/℃；步骤一中所述的膨胀橡胶的厚度为3mm～10mm；步骤一中所述的复合材料预浸料层为环氧/玻璃纤维复合材料、环氧/碳纤维复合材料、环氧/芳纶纤维复合材料、聚酯/玻璃纤维复合材料。
本实施方式得到的成型复合材料具有易脱模、成型复合材料表面平整密实、无合模缝、产品质量高等优点。同时本发明简化了产品成型工艺，缩短了产品成型周期，提高了复合材料构件的成型效率。
本实施方式中膨胀橡胶层在复合材料成型过程中，随着固化温度的升高，通过自身形变对复合材料加压，使复合材料表面密实平整；膨胀橡胶层为软质材料，具有一定的变形量，从而避免了因模具分瓣缝引起的夹料；最后，由于膨胀橡胶层具有一定的压缩量和耐热性，可在复合材料预浸料层铺放成型后直接合模，将复合材料压缩量先转移至膨胀橡胶层，待固化升温过程中，随着温度的升高，复合材料树脂体系逐渐软化，膨胀橡胶层逐渐膨胀，在树脂体系粘度最低时将复合材料压实，即在固化过程中完成了热合，简化了热合过程，缩短2h～3h，提高了生产效率，减少相应劳动力2人以上。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤一中所述的膨胀橡胶为硅橡胶。他与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是：步骤一中所述的膨胀橡胶的膨胀系数为2×10-4/℃。其他与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三不同的是：步骤一中所述的膨胀橡胶的压缩厚度为8mm。其他与具体实施方式一至三相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是：步骤一中所述的复合材料预浸料层为环氧/芳纶纤维复合材料。其他与具体实施方式一至四之一相同。
具体实施方式六：结合图1和图2说明，本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是：步骤一中所述的金属模具包括上模7、下模1、内模6、外模2和合模环4；在下模1凹面设置内模6，在内模6外层铺放复合材料预浸料层5，在复合材料预浸料层5外侧均匀铺放膨胀橡胶3，膨胀橡胶3外侧设置外模2，在外模2外侧设置合模环4，在内模6和外模2上端设置上模7。其他与具体实施方式一至五之一相同。
通过以下试验验证发明效果：
试验一：在金属模具下模上的内模表面铺放厚度为6mm的G-01环氧树脂，在G-01环氧树脂外侧均匀铺放厚度为8mm、膨胀系数为2.8×10-4/℃的硅橡胶；二、在硅橡胶外侧合并外模，在外模外侧用合模环将外模合实，将上模盖严，得到封装好的模具；三、将步骤二封装好的模具放入固化炉中，先在温度为90℃的条件下固化2h，然后在温度为120℃的条件下固化4h，最后在温度为150℃的条件下固化2h，得到固化后的模具；四、将步骤三得到的固化后的模具取出，冷却至室温，脱模，得到成型复合材料。

Claims (6)

1.一种对模成型复合材料的方法，其特征在于所述的对模成型复合材料的方法，具体是按以下步骤进行的：
一、在金属模具下模上的内模表面铺放复合材料预浸料层，在复合材料预浸料层外侧均匀铺放膨胀橡胶；二、在膨胀橡胶外侧合并外模，在外模外侧用合模环将外模合实，将上模盖严，得到封装好的模具；三、将步骤二封装好的模具放入固化炉中，先在温度为90℃～100℃的条件下固化2h～3h，然后在温度为120℃～130℃的条件下固化4h～5h，最后在温度为150℃～160℃的条件下固化2h～3h，得到固化后的模具；四、将步骤三得到的固化后的模具取出，冷却至室温，脱模，得到成型复合材料。步骤一中所述的膨胀橡胶为硅橡胶或氟橡胶；步骤一中所述的膨胀橡胶的膨胀系数为1×10-4/℃～5×10-4/℃；步骤一中所述的膨胀橡胶的厚度为3mm～10mm；步骤一中所述的复合材料预浸料层为环氧/玻璃纤维复合材料、环氧/碳纤维复合材料、环氧/芳纶纤维复合材料、聚酯/玻璃纤维复合材料。
2.根据权利要求1所述的一种对模成型复合材料的方法，其特征在于步骤一中所述的膨胀橡胶为硅橡胶。
3.根据权利要求1所述的一种对模成型复合材料的方法，其特征在于步骤一中所述的膨胀橡胶的膨胀系数为2×10-4/℃。
4.根据权利要求1所述的一种对模成型复合材料的方法，其特征在于步骤一中所述的膨胀橡胶的压缩厚度为8mm。
5.根据权利要求1所述的一种对模成型复合材料的方法，其特征在于步骤一中所述的复合材料预浸料层为环氧/芳纶纤维复合材料。
6.根据权利要求1所述的一种对模成型复合材料的方法，其特征在于步骤一中所述的金属模具包括上模（7）、下模（1）、内模（6）、外模（2）和合模环（4）；在下模（1）凹面设置内模（6），在内模（6）外层铺放复合材料预浸料层（5），在复合材料预浸料层（5）外侧均匀铺放膨胀橡胶（3），膨胀橡胶（3）外侧设置外模（2），在外模（2）外侧设置合模环（4），在内模（6）和外模（2）上端设置上模（7）。
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