CN103832041B - 玻璃纤维-铝合金复合管气压胀形制备方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种玻璃纤维-铝合金复合管气压胀形制备方法，属于复合材料成形技术领域。选取两根内径不同铝合金管分别作为内管和外管并进行清洗；对内外管表面进行阳极氧化处理；在外管内表面铺放玻璃纤维预浸料；将内管套入外管后置于模具内并密封；对模具加热升温、在内管与外管与模具之间的间隙依次进行差压加载和同压加载，保压保湿，对玻璃纤维预浸料进行固化；固化结束后自然降温得到玻璃纤维-铝合金复合管。本发明还公开了一种用于上述制备方法的装置。本发明制备出的玻璃纤维-铝合金复合管具有良好缓冲吸能特性，适应航空航天及交通运输等领域对缓冲吸能构件材料的需求，其操制方便，装置结构简单，复合管生产成本低，生产效率高。
Description
技术领域
本发明涉及一种复合管气压胀形制备方法及装置，尤其是一种玻璃纤维-铝合金复合管气压胀形制备方法及装置，属于复合材料成形技术领域。
背景技术
目前，航天工程中无损回收技术主要有反冲火箭、缓冲气囊和可压缩结构技术等。可压缩结构与另外两种技术相比有最小的减速冲程,即它在单位冲程的缓冲效率最大，但是国内对可压缩结构缓冲技术的研究和应用尚不十分充分。同时，随着车辆、船舶、飞机等交通工具日益增多，速度越来越快，碰撞事故也随之增多，这对结构设计提出了耐撞性要求，即在发生突发碰撞事故时，依靠自身结构能缓冲碰撞时的冲击载荷，吸收的冲击能量。为了满足结构耐撞性设计的要求，又不额外增加设计重量，这就需要采用能量吸收性能好的新材料、新结构。
纤维-铝合金复合管是由铝合金和纤维增强复合材料组成的一种混杂结构材料，在遭受碰撞的时候，可以通过金属的塑形变形以及其中纤维、基体的断裂、脱层,纤维的拨出等共同作用来吸收大量的能量，缓冲冲击载荷。此外，它继承纤维增强复合材料高强度、耐疲劳的特性。
2012年07月25日，中国发明专利申请CN102601991A公开了一种钢塑玻纤三层复合管的制作方法，通过玻璃纤维树在钢塑复合管外加热、固化后在形成钢塑玻纤三层复合管，该方法可大大延长了复合管的使用寿命，但无法应用于玻璃纤维-铝合金复合管的制备。
C.Verseput(TheproductionofseamlessFiberMetalLaminatetubes.Delft(NL),May1994)在文章中提到了玻璃纤维-铝合金复合管的制备，其通过机械加压的方法对内管胀形，而这种机械胀形法不能均匀的提供压力，会造成管的内径不均匀，无法进行应用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于克服上述缺陷，提供一种的操作方便、步骤简单、成品管内径均匀的玻璃纤维-铝合金复合管气压胀形制备方法及装置。
为了解决上述技术问题，本发明提供的玻璃纤维-铝合金复合管气压胀形制备方法，包括以下步骤：
1)、选取两根内径不同铝合金管分别作为内管和外管并进行清洗；
2)、对内外管表面进行阳极氧化处理；
3)、在外管的内表面和内管外表面涂刷底胶并在内管外表面铺放玻璃纤维预浸料；
4)、将内管套入外管后置于模具内并密封；
5)、将对模具加热升温、对内管和外管与模具之间的间隙依次进行内压大于外压的差压加载和同压加载，在加载同时进行保温保压，对玻璃纤维预浸料进行固化：
在玻璃纤维预浸料为玻璃纤维增强SY14型号环氧树脂预浸料时，其过程为：将模具升温到预固化温度140℃，向外管和模具间隙内施外压0.8-0.9MPa，向内管施内压5-6.5MPa后，保温保压10min；将模具继续升温到固化温度180℃，保温保压1h，待内外管胀形贴模后，将内压调节与当前外压成一致为0.8-0.9MPa，保温保压1h。
在玻璃纤维预浸料为玻璃纤维增强FM94型号环氧树脂预浸料时，其过程为：将模具升温到固化温度120℃，向外管和模具间隙内施外压0.3-0.5MPa，向内管施内压5MPa，保温保压1h，待内外管胀形贴模后，将内压调节与当前外压成一致为0.3-0.5MPa，保温保压1h。
6)、固化结束后将模具自然降温到室温，得到玻璃纤维-铝合金复合管。
本发明中，所述步骤1)的清洗过程依次为：超声波清洗、丙酮擦洗、碱洗和酸洗。
本发明中，所述碱洗方法为：将内外管同时浸入浓度为25-30g/L的NaOH和浓度为25-30g/L的Na2CO3组成的碱液中，清洗0.5-1min，温度50-60℃，之后用清水漂洗2-5min。
本发明中，所述酸洗方法为：将内外管同时放入浓度为300-500g/L的HNO3中浸泡2-5min，后用清水漂洗2-5min。
本发明中，所述步骤2)中阳极氧化处理过程为：将内外管分别连接电源的正极，电解槽作对等电极连接电源的负极，在电解槽中加入电解液，通电对内外管进行阳极氧化。
本发明还提供了一种用于玻璃纤维-铝合金复合管气压胀形制备方法的装置，包括模具、第一冲头和第二冲头，所述第一冲头用于密封模具；所述第一冲头内侧开有凹口、外侧开有供第二冲头冲入的开口，所述凹口与开口贯通；所述所述第一冲头和第二冲头上均设有导气管。
本发明的有益效果在于：(1)、本发明依次通过差压和同压加载、保压保温及时间控制等方法制备出的玻璃纤维-铝合金复合管具有良好缓冲吸能特性，适应航空航天及交通运输等领域对缓冲吸能构件材料的需求；(2)、本发明方法操作方便，装置结构简单，其复合管生产成本低，生产效率高，具有重要的工程应用价值。
附图说明
图1为本发明玻璃纤维-铝合金复合管气压胀形制备方法流程图；
图2为本发明用于玻璃纤维-铝合金复合管气压胀形制备方法装置结构示意图；
图中，1-模具、2-第一冲头、3-第二冲头、4-第一导气管、5-第二导气管、6-外管、7-内管、8-预浸料。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作详细介绍。
实施例1
如图1、2所示，本发明的玻璃纤维-铝合金复合管气压胀形制备方法如下：
第一步，将2根内径分别为50mm和60mm、厚度为0.5mm的2024铝合金薄壁无缝管作为内管7和外管6，用超声波清洗去处表面杂质、丙酮擦洗去除表面油污杂质；
第二步，将内外管浸入浓度为25-30g/L的NaOH(氢氧化钠)和浓度为25-30g/L的Na2CO3(碳酸钠)组成的碱液中，在50-60℃的温度下，碱洗0.5-1min，之后用清水漂洗2-5min；
第三步，将内外管放入浓度为300-500g/L的HNO3(硝酸)中浸泡2-5min，然后用清水漂洗2-5min；
第四步，将内外管分别连接电源的正极，不锈钢电解槽作一对对等电极连接电源的负极，将120～140g/L的H3PO4(磷酸)作为电解液倒入电解槽内，通电对内外管进行阳极氧化，以获取与玻璃纤维增强SY14环氧树脂预浸料8结合紧密的表面结构，阳极氧化结束将内外管清洗晾干待用；
第五步，在内管7外表面和外管6内表面涂刷SY14环氧树脂底胶并烘干，将玻璃纤维增强SY14环氧树脂预浸料8沿内管7长度方向铺于内管7表面；
第六步，将内管7套入外管6后置于模具1内，分别通过第一冲头2对外管6与模具1之间间隙进行密封、通过第二冲头3对内管7进行密封，将内外管固定于模具1中；
第七步，将模具1匀速升温到预固化温度140℃，利用高压泵通过第一导气管4向外管6和模具1间隙内施加外压力0.8～0.9MPa，利用高压泵通过第二导气管5向内管7内施加内压力5Mpa，对其进行保温保压10min，
第八步，将模具升温到固化温度180℃，保温保压1h；待内外管胀形贴模后，通过高压泵将内管7内压与外管6和模具1间隙内的外压调节成一致0.8～0.9MPa，继续保温保压1h，固化结束后自然降温到室温，得到玻璃纤维-铝合金复合管。
实施例2
如图1、2所示，本发明的玻璃纤维-铝合金复合管气压胀形制备方法如下：
第一步，将2根内径分别为70mm和80mm、厚度为1mm的7475铝合金薄壁有缝管作为内管7和外管6，用超声波清洗去处表面杂质、丙酮擦洗去除表面油污杂质；
第二步，将内外管浸入浓度为25-30g/L的NaOH(氢氧化钠)和浓度为25-30g/L的Na2CO3(碳酸钠)组成的碱液中，在50-60℃的温度下，碱洗0.5-1min，之后用清水漂洗2-5min；
第三步，将内外管放入浓度为300-500g/L的HNO3(硝酸)中浸泡2-5min，然后用清水漂洗2-5min；
第四步，将内外管分别连接电源的正极，不锈钢电解槽作一对对等电极连接电源的负极，将120～140g/L的H3PO4(磷酸)作为电解液倒入电解槽内，通电对内外管进行阳极氧化，以获取与玻璃纤维增强SY14环氧树脂预浸料8结合紧密的表面结构，阳极氧化结束将内外管清洗晾干待用；
第五步，在内管7外表面和外管6内表面涂刷SY14环氧树脂底胶并烘干，将玻璃纤维增强SY14环氧树脂预浸料8沿内管7长度方向铺于内管7表面；
第六步，将内管7套入外管6后置于模具1内，分别通过第一冲头2对外管6与模具1之间间隙进行密封、通过第二冲头3对内管7进行密封，将内外管固定于模具1中；
第七步，将模具1匀速升温到预固化温度140℃，利用高压泵通过第一导气管4向外管6和模具1间隙内施加外压力0.8～0.9MPa，利用高压泵通过第二导气管5向内管7内施加内压力6.5Mpa，对其进行保温保压10min，
第八步，将模具升温到固化温度180℃，保温保压1h；待内外管胀形贴模后，通过高压泵将内管7内压与外管6和模具1间隙内的外压调节成一致0.8～0.9MPa，继续保温保压1h，固化结束后自然降温到室温，得到玻璃纤维-铝合金复合管。
实施例3
如图1、2所示，本发明的玻璃纤维-铝合金复合管气压胀形制备方法如下：
第一步，将2根内径分别为40mm和50mm、厚度为0.5mm的2024铝合金薄壁无缝管作为内管7和外管6，用超声波清洗去处表面杂质、丙酮擦洗去除表面油污杂质；
第二步，将内外管浸入浓度为25-30g/L的NaOH(氢氧化钠)和浓度为25-30g/L的Na2CO3(碳酸钠)组成的碱液中，在50-60℃的温度下，碱洗0.5-1min，之后用清水漂洗2-5min；
第三步，将内外管放入浓度为300-500g/L的HNO3(硝酸)中浸泡2-5min，然后用清水漂洗2-5min；
第四步，将内外管分别连接电源的正极，不锈钢电解槽作一对对等电极连接电源的负极，将120～140g/L的H3PO4(磷酸)作为电解液倒入电解槽内，通电对内外管进行阳极氧化，以获取与玻璃纤维增强FM94预浸料8结合紧密的表面结构，阳极氧化结束将内外管清洗晾干待用；
第五步，在内管7外表面和外管6内表面涂刷FM94底胶并烘干，将玻璃纤维增强FM94预浸料8沿内管7长度方向铺于内管7表面；
第六步，将内管7套入外管6后置于模具1内，分别通过第一冲头2对外管6与模具1之间间隙进行密封、通过第二冲头3对内管7进行密封，将内外管固定于模具1中；
第七步，基于FM94环氧树脂的固化要求，将模具1匀速升温到固化温度120℃，利用高压泵通过第一导气管4向外管6和模具1间隙内施加外压力0.3～0.5MPa，利用高压泵通过第二导气管5向内管7内施加内压力5Mpa，保温保压1h；待内外管胀形贴模后，通过高压泵将内管7内压与外管6和模具1间隙内的外压调节成一致，继续保温保压1h，固化结束后自然降温到室温，得到玻璃纤维-铝合金复合管。
上述实施例同样也适用于5000系铝合金管材和6000系铝合金管材、管径30mm至100mm的铝合金管材、壁厚0.2mm至1.0mm铝合金管材，在此不作详细介绍。
如图2所示，本发明用于玻璃纤维-铝合金复合管气压胀形制备方法的装置，包括模具1、第一冲头2和第二冲头3，第一冲头2用于冲入模具1内，用于对模具1与外管6之间间隙进行密封，同时将外管6固定在模具1上；第一冲头2内侧设有供外管插入的凹口，第一冲头2外侧上开有供第二冲头3冲入的开口，开口与前述凹口贯通；第二冲头3通过开口依次冲入第一冲头2、内管7内对内管7进行密封，并将内管7固定；第一冲头2上设有第一导气管4，用于向模具1与外管6之间间隙施加压力气体，第二冲头3上设有第二导气管5用于向内管7内压力气体，第一导气管4与第二导气管5分别与各自高压泵连接。
使用时，将表面铺放好预浸料8的内管7套入外管6内，再将内外管装入模具1内，通过第一冲头2将外管6与模具1之间的间隙进行密封，同时外管6插入第一冲头2内侧的凹口内，将其固定在模具1内。将第二冲头3通过第一冲头2上开口依次冲入第一冲头2、内管7内与第一冲头2配合对内管7管壁进行挤压实现密封并固定。将高压泵与第一冲头2上的第一导气管4连通，向模具1与外管6之间间隙内施加压力气体，并利用高压泵根据需要调节压力大小，同时将高压泵与第二冲头3上的第二导气管5连通，向内管7内施加压力气体，并利用高压泵根据需要调节压力大小。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下还可以做出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种玻璃纤维-铝合金复合管气压胀形制备方法，其特征在于包括以下步骤：
1)、选取两根内径不同铝合金管分别作为内管和外管并进行清洗；
2)、对内外管表面进行阳极氧化处理；
3)、在外管的内表面和内管外表面涂刷底胶并在内管外表面铺放玻璃纤维预浸料；
4)、将内管套入外管后置于模具内并密封；
5)、将对模具加热升温、对内管和外管与模具之间的间隙依次进行内压大于外压的差压加载和同压加载，在加载同时进行保温保压，对玻璃纤维预浸料进行固化：
在玻璃纤维预浸料为玻璃纤维增强SY14型号环氧树脂预浸料时，其过程为：将模具升温到预固化温度140℃，向外管和模具间隙内施外压0.8-0.9MPa，向内管施内压5-6.5MPa后，保温保压10min；将模具继续升温到固化温度180℃，保温保压1h，待内外管胀形贴模后，将内压调节与当前外压成一致为0.8-0.9MPa，保温保压1h；
在玻璃纤维预浸料为玻璃纤维增强FM94型号环氧树脂预浸料时，其过程为：将模具升温到固化温度120℃，向外管和模具间隙内施外压0.3-0.5MPa，向内管施内压5MPa，保温保压1h，待内外管胀形贴模后，将内压调节与当前外压成一致为0.3-0.5MPa，保温保压1h；
6)、固化结束后将模具自然降温到室温，得到玻璃纤维-铝合金复合管。
2.根据权利要求1所述的玻璃纤维-铝合金复合管气压胀形制备方法，其特征在于所述步骤1)的清洗过程依次为：超声波清洗、丙酮擦洗、碱洗和酸洗。
3.根据权利要求2所述的玻璃纤维-铝合金复合管气压胀形制备方法，其特征在于所述碱洗方法为：将内外管同时浸入浓度为25-30g/L的NaOH和浓度为25-30g/L的Na2CO3组成的碱液中，清洗0.5-1min，温度50-60℃，之后用清水漂洗2-5min。
4.根据权利要求2所述的玻璃纤维-铝合金复合管气压胀形制备方法，其特征在于所述酸洗方法为：将内外管同时放入浓度为300-500g/L的HNO3中浸泡2-5min，后用清水漂洗2-5min。
5.根据权利要求1所述的玻璃纤维-铝合金复合管气压胀形制备方法，其特征在于所述步骤2)中阳极氧化处理过程为：将内外管分别连接电源的正极，电解槽作对等电极连接电源的负极，在电解槽中加入电解液，通电对内外管进行阳极氧化。
6.一种用于权利要求1至5任一项所述的玻璃纤维-铝合金复合管气压胀形制备方法的装置，包括模具(1)，其特征在于：还包括第一冲头(2)和第二冲头(3)，所述第一冲头(2)用于密封模具(1)；所述第一冲头(2)内侧开有凹口、外侧开有供第二冲头(3)冲入的开口，所述凹口与开口贯通；所述第一冲头(2)和第二冲头(3)上均设有导气管。
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