CN105479753B - 曲面构型泡沫的制备方法及制备系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种曲面构型泡沫的制备方法及制备系统,其制备方法包括以下步骤:制备泡沫预制体;将真空袋膜包覆泡沫预制体,并使真空袋膜与阴模之间形成模腔;对阴模加热,抽真空,使真空袋膜贴近泡沫预制体;维持模腔内的真空压力,并对真空袋膜加热、抽真空,使真空袋膜再次贴近泡沫预制体;重复加热、将模腔抽真空步骤,直至真空袋膜、泡沫预制体与阴模之间完全贴合。其系统包括模具、第一加热系统、第二加热系统和抽真空系统,模具包括真空袋膜和阴模,阴模与真空袋膜形成模腔,第一加热系统设置于阴模上,抽真空系统与模腔连通;第二加热系统设置于真空袋膜上。本发明的制备方法具有工艺设备投入小、成本低、效率高等优势。
Description
技术领域
本发明涉及泡沫材料技术领域,尤其涉及一种曲面构型泡沫的制备方法及制备系统。
背景技术
复合材料夹层结构以其高比强度、高比刚度,并具有抗疲劳、减振、耐高温、耐腐蚀以及良好的可设计性等优异性能,在航空航天、能源交通、海洋工程、医疗建筑、机械等工程领域在得到了广泛的应用。
典型的常用夹层结构主要有蜂窝夹层结构和泡沫夹层结构等。传统的蜂窝夹层结构虽然具有较高的结构效能,但制造和维修成本较高,而且对湿热环境敏感,易受损伤。例如常用的Nomex蜂窝夹层结构,由于其夹层与面板之间的界面没有增强体,因此,对分层非常敏感,在恶劣的使用条件下常常成为分层危险部位。结构分层后,极易吸收水分。滞留于芯格问的水分经过频繁的冷冻或解冻后,将使分层迅速扩大而导致结构失效。而闭孔泡沫则有以下优点:抗湿热阻力优于蜂窝;可以采用低成本的RFI、RTM或VARI等易于整体成型的先进工艺方法;可以采用缝合技术,实现无紧固件连接和整体成型,减少零件数量,提高结构效率;易于加工成复杂构型部件,降低制造维修成本等。
可用于复合材料夹层结构的泡沫目前主要有聚氯乙烯(PVC)泡沫、硬质聚氨酯(PU)泡沫、聚苯乙烯(PS)泡沫、聚甲基丙烯酰亚(PMI)泡沫等。对于那些复杂曲面构型的构件来说,传统的泡沫芯材加工都是采用机加方式,而且大都需要多次机加才能得到最终制品,由此导致出现如下三方面的缺点:
(1)泡沫强度刚度较低,机加过程中需要特殊的工装辅助,由此增加机加难度,而且很难保证泡沫芯材尺寸的高精度;
(2)机加工艺复杂,设备投入大,成本高;
(3)曲面构型的泡沫芯材是由整块泡沫原材料机加而得到的,机加切除的部分为工艺废料,由此造成材料损耗大,进而大大增加制备成本。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足,提供一种结构尺寸精度高的曲面构型泡沫,还提供了该曲面构型泡沫的制备方法,具有工艺设备投入小、成本低、效率高等优势,还提供一种结构简单、组装方便、成本低的泡沫热压方法用的热压成型系统。
为解决上述技术问题,本发明采用如下技术方案:
一种曲面构型泡沫的制备方法,所述制备方法包括以下步骤:
S1、取泡沫原材料,通过机加方式制备泡沫预制体;
S2、将真空袋膜包覆泡沫预制体,并使真空袋膜与阴模之间形成密闭的模腔;
S3、对所述阴模进行加热、将模腔抽真空,使所述真空袋膜贴近所述泡沫预制体;
S4、维持模腔内的真空压力,并对所述真空袋膜进行加热、将模腔抽真空,使所述真空袋膜再次贴近所述泡沫预制体;
S5、重复S4中的加热、将模腔抽真空步骤,直至所述真空袋膜、泡沫预制体与所述阴模之间完全贴合,完成所述曲面构型泡沫的制备。
上述的制备方法,优选的,所述步骤S3中对所述阴模加热的温度为50℃~80℃,加热时间为1~3h,然后再开始抽真空。
上述的制备方法,优选的,所述步骤S4中,对所述真空袋膜加热的温度为90℃~150℃。
上述的制备方法,优选的,所述步骤S5中所述重复次数为8~14次。
上述的制备方法,优选的,所述步骤S5中所述抽真空过程,控制每次模腔内真空压力相比于上一次的增加幅度≤0.015MPa。
上述的制备方法,优选的,所述制备方法还包括后处理步骤:保持模腔内的真空压力,继续对阴模加热3~5h,然后停止加热,在同样的真空压力下维持1~3h,直至模腔内温度降至室温。进一步优选的,对所述阴模加热的温度为60~90℃。
作为一个总的技术构思,本发明还提供了一种上述制备方法制备得到的曲面构型泡沫。
作为一个总的技术构思,本发明还提供了一种可应用于上述制备方法制备曲面构型泡沫的制备系统,所述系统为热压成型系统,所述热压成型系统包括模具、第一加热系统、第二加热系统和抽真空系统,所述模具包括真空袋膜和阴模,所述阴模与所述真空袋膜形成模腔,所述第一加热系统设置于所述阴模内,所述抽真空系统与所述模腔连通;所述第二加热系统设置于所述真空袋膜上。
与现有技术相比,本发明的优点在于:
(1)本发明提供了一种曲面构型泡沫的制备方法,可以实现具有复杂曲面构型的泡沫制品的精确成型,显著减小原材料损耗,降低制备成本,同时加工难度小,容易控制,在泡沫夹芯复合材料制备中具有非常广阔的应用前景,也可应用于其他含有具有复杂曲面构型的泡沫部件的产品加工中。
(2)本发明提供了一种曲面构型泡沫,结构尺寸精度高。
(3)本发明提供了一种用于制备曲面构型泡沫的热压成型系统,结构简单、组装方便、成本低,生产效率高。
附图说明
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。
图1为本发明实施例1的系统结构示意图。
图2为本发明实施例1中经过步骤(5)后处理的曲面构型泡沫图片。
图3为本发明实施例1的制备方法制备得到的曲面构型泡沫的成品图片。
图4为本发明对比例1的制备方法流程图。
图例说明:
在附图中,A1、阴模;A2、真空袋膜;B1、第一加热系统;B2、第二加热系统;C、抽真空系统。
具体实施方式
以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本发明作进一步描述,但并不因此而限制本发明的保护范围。
以下实施例中所采用的材料和仪器均为市售。
实施例1:
一种曲面构型泡沫,采用以下制备方法制备得到:
(1)制备泡沫预制体:以厚度18m的ROHACELL 71IG-F泡沫平板件作为本实施例的原材料,依照设计尺寸进行机加,得到厚度为16.8mm的泡沫平板件(即泡沫预制体)。
(2)形成模腔:将真空袋膜包覆泡沫预制体外表面,然后用密封胶带将真空袋膜沿袋膜周围粘贴至阴模上形成密闭的模腔,其中泡沫预制体的内表面朝向模腔内。
(3)热压前准备:调节阴模温度为60℃,通过阴模对泡沫预制体的内表面进行加热;加热1h后,对模腔抽真空,模腔内的体积减小,真空袋膜逐渐向泡沫预制体方向挤压。当真空袋膜贴近泡沫预制体时,模腔内的真空压力为0.005MPa。
(4)热压:维持模腔内的真空压力,并以120℃对真空袋膜的外表面加热10min,通过真空袋膜热传递至与真空袋膜紧贴的泡沫预制体外表面,使泡沫预制体受热软化。泡沫预制体受热软化后,弯曲,进而沿阴模表面滑动,使得泡沫预制体与真空袋膜之前再次出现较大空隙。然后对模腔抽真空,直至泡沫预制体贴合阴模为止。
(5)重复步骤(4)中的加热、抽真空过程9次,每次模腔内真空压力相比于上一次的增加幅度≤0.015MPa,使真空袋膜、泡沫预制体与阴模完全贴合,此时模腔内的真空压力为0.1MPa。
(6)后处理:保持模腔内真空压力为0.1MPa;调节阴模的温度为70℃,通过阴模对泡沫预制体的内表面加热4h。然后停止加热,在模腔内真空压力为0.1MPa下维持1.5h,直至模腔内温度降至室温。
(7)脱模:解除真空状态,依次撤掉抽真空系统和真空袋膜,完成曲面构型泡沫的制备。
实施例2:
一种如图1所示的制备系统,包括模具、第一加热系统B1、第二加热系统B2和抽真空系统C,模具包括阴模A1和真空袋膜A2,阴模A1与真空袋膜A2形成模腔,第一加热系统B1设置于阴模A1内,抽真空系统C与模腔连通;第二加热系统B2设置于所述真空袋膜A2上。
本实施例的系统可应用于制备复杂曲面构型的泡沫制品,其具体的制备方法具体包括以下步骤:
(1)制备泡沫预制体:以厚度18m的ROHACELL 71IG-F泡沫平板件作为本实施例的原材料,依照设计尺寸进行机加,得到厚度为16.8mm的泡沫平板件(即泡沫预制体)。
(2)准备模具:根据需要制备的曲面构型泡沫制品的结构尺寸,准备好阴模A1和真空袋膜A2。将步骤(1)中制备得到的泡沫预制体放入模具中,将真空袋膜A2包覆在泡沫预制体表面,用密封胶带粘贴于阴模A1上,使真空袋膜A2与阴模A1之间形成一个密闭的模腔。
(3)热压前准备:将抽真空系统C与步骤(2)中形成的密闭的模腔连通,并启动集成设置于阴模A1内的第一加热系统B1,设置第一加热系统B1的温度为70℃,对紧贴于阴模的泡沫预制体的内表面进行加热1h。然后抽真空。当真空袋膜A2贴近泡沫预制体表面时,操纵抽真空系统C以维持模腔的真空压力状态不变,此时模腔内的真空压力为0.005MPa。
(4)热压:
4.1首次调整:启动第二加热系统B2,设置第二加热系统B2的温度为120℃,对紧贴于真空袋膜的泡沫预制体外表面进行加热。加热10min后,真空袋膜A2与泡沫预制体之间形成较大空隙,此时调整抽真空系统C的压力,直至真空袋膜A2再次贴合泡沫预制体为止,操纵抽真空系统C以维持模腔的真空压力状态不变,此时模腔内的真空压力为0.016MPa。
4.2第二次调整:再次启动第二加热系统B2,设置第二加热系统B2的温度为120℃,对紧贴于真空袋膜的泡沫预制体外表面进行加热。加热10min后,真空袋膜A2与泡沫预制体之间再次形成较大空隙,此时调整抽真空系统C的压力,直至真空袋膜A2再次贴合泡沫预制体为止,操纵抽真空系统C以维持模腔的真空压力状态不变,此时模腔内的真空压力为0.028MPa。
4.3第三次调整:再次启动第二加热系统B2,设置第二加热系统B2的温度为120℃,对紧贴于真空袋膜的泡沫预制体外表面进行加热。加热11min后,真空袋膜A2与泡沫预制体之间再次形成较大空隙,此时调整抽真空系统C的压力,直至真空袋膜A2再次贴合泡沫预制体为止,操纵抽真空系统C以维持模腔的真空压力状态不变,此时模腔内的真空压力为0.039MPa。
4.4第四次调整:再次启动第二加热系统B2,设置第二加热系统B2的温度为120℃,对紧贴于真空袋膜的泡沫预制体外表面进行加热。加热12min后,真空袋膜A2与泡沫预制体之间再次形成较大空隙,此时调整抽真空系统C的压力,直至真空袋膜A2再次贴合泡沫预制体为止,操纵抽真空系统C以维持模腔的真空压力状态不变,此时模腔内的真空压力为0.041MPa。
4.5第五次调整:再次启动第二加热系统B2,设置第二加热系统B2的温度为120℃,对紧贴于真空袋膜的泡沫预制体外表面进行加热。加热10min后,真空袋膜A2与泡沫预制体之间再次形成较大空隙,此时调整抽真空系统C的压力,直至真空袋膜A2再次贴合泡沫预制体为止,操纵抽真空系统C以维持模腔的真空压力状态不变,此时模腔内的真空压力为0.052MPa。
4.6第六次调整:再次启动第二加热系统B2,设置第二加热系统B2的温度为120℃,对紧贴于真空袋膜的泡沫预制体外表面进行加热。加热11min后,真空袋膜A2与泡沫预制体之间再次形成较大空隙,此时调整抽真空系统C的压力,直至真空袋膜A2再次贴合泡沫预制体为止,操纵抽真空系统C以维持模腔的真空压力状态不变,此时模腔内的真空压力为0.064MPa。
4.7第七次调整:再次启动第二加热系统B2,设置第二加热系统B2的温度为120℃,对紧贴于真空袋膜的泡沫预制体外表面进行加热。加热12min后,真空袋膜A2与泡沫预制体之间再次形成较大空隙,此时调整抽真空系统C的压力,直至真空袋膜A2再次贴合泡沫预制体为止,操纵抽真空系统C以维持模腔的真空压力状态不变,此时模腔内的真空压力为0.076MPa。
4.8第八次调整:再次启动第二加热系统B2,设置第二加热系统B2的温度为120℃,对紧贴于真空袋膜的泡沫预制体外表面进行加热。加热11min后,真空袋膜A2与泡沫预制体之间再次形成较大空隙,此时调整抽真空系统C的压力,直至真空袋膜A2再次贴合泡沫预制体为止,操纵抽真空系统C以维持模腔的真空压力状态不变,此时模腔内的真空压力为0.086MPa。
4.9第九次调整:再次启动第二加热系统B2,设置第二加热系统B2的温度为120℃,对紧贴于真空袋膜的泡沫预制体外表面进行加热。加热10min后,真空袋膜A2与泡沫预制体之间再次形成较大空隙,此时调整抽真空系统C的压力,直至真空袋膜A2再次贴合泡沫预制体为止,操纵抽真空系统C以维持模腔的真空压力状态不变,此时模腔内的真空压力为0.093MPa。
4.10第十次调整:再次启动第二加热系统B2,设置第二加热系统B2的温度为120℃,对紧贴于真空袋膜的泡沫预制体外表面进行加热。加热8min后,真空袋膜A2与泡沫预制体之间再次形成较大空隙,此时调整抽真空系统C的压力,直至真空袋膜A2再次贴合泡沫预制体为止,操纵抽真空系统C以维持模腔的真空压力状态不变,此时模腔内的真空压力为0.1MPa。此时泡沫预制体与阴模A1表面和真空袋膜A2表面完全贴实,热压结束。
(5)后处理:继续开启抽真空系统C,保持模腔内真空压力为0.1MPa;开启第一加热系统B1,设置第一加热系统B1的温度为80℃,维持4h。然后维持模腔内真空压力为0.1MPa,关闭第一加热系统B1,维持1.5h,直至模腔内温度降至室温。经过后处理后的曲面构型泡沫如图2所示。
(6)脱模:解除真空,依次撤掉抽真空系统C和真空袋膜A2,得到曲面构型泡沫。
参见图3:一种由本实施例制备方法制备得到的曲面构型泡沫,壁厚为16.8mm,面积0.33m2;曲面曲率半径为0.45~0.65m,体积为0.015m3。
实施例2仅为本发明的优选实施方式而已,在本发明中,制备曲面构型泡沫的系统可以是任一可实施本发明方法的制备系统。
对比例1
参见图4:一种本对比例的制备曲面构型泡沫制品的方法,具体包括以下步骤:
(1)取长0.63m、宽0.59m、高0.11m的ROHACELL 71IG-F泡沫块原材料,按照设计的尺寸进行第一次机加,使ROHACELL 71IG-F块的内表面形成曲面。
(2)将经过第一机加的ROHACELL 71IG-F块的曲面部分置于辅助工装表面,根据设计尺寸进行第二次机加,得到泡沫芯材制品。
考察实施例2与对比例1的制备方法中材料损耗、加工成功率,以及制备得到的曲面构型泡沫的尺寸精度,考察结果列于表1中。
表1:热压方式和机加方式的对比
从表1的对比可知:采用实施例2的热压方式制备曲面构型泡沫,材料损耗低,加工成功率明显高于机加加工方式,同时最终制备的曲面构型泡沫壁厚精度也明显优于对比例1。
以上所述,仅是本发明的较佳实施例而已,并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭示如上,然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员,在不脱离本发明的精神实质和技术方案的情况下,都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰,或修改为等同变化的等效实施例。因此,凡是未脱离本发明技术方案的内容,依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同替换、等效变化及修饰,均仍属于本发明技术方案保护的范围内。
Claims (4)
1.一种曲面构型泡沫的制备方法,其特征在于,所述制备方法包括以下步骤:
S1、取泡沫原材料,通过机加方式制备泡沫预制体;
S2、将真空袋膜包覆泡沫预制体,并使真空袋膜与阴模之间形成密闭的模腔;
S3、对所述阴模进行加热,然后将模腔抽真空,使所述真空袋膜贴近所述泡沫预制体;
S4、维持模腔内的真空压力,并对所述真空袋膜进行加热、将模腔抽真空,使所述真空袋膜再次贴近所述泡沫预制体;
S5、重复S4中的加热、将模腔抽真空步骤,直至所述真空袋膜、泡沫预制体与所述阴模之间完全贴合,完成所述曲面构型泡沫的制备;
所述步骤S3中对所述阴模加热的温度为50℃~80℃,加热时间为1~3h;
所述步骤S4中,对所述真空袋膜加热的温度为90℃~150℃;
所述步骤S5中所述抽真空过程,控制每次模腔内真空压力相比于上一次的增加幅度≤0.015MPa。
2.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述步骤S5中所述重复次数为8~14次。
3.根据权利要求1至2中任一项所述的制备方法,其特征在于,所述制备方法还包括后处理步骤:保持模腔内的真空压力,继续对阴模加热3~5h,然后停止加热,在同样的真空压力下维持1~3h,直至模腔内温度降至室温。
4.根据权利要求3所述的制备方法,其特征在于,对所述阴模加热的温度为60℃~90℃。
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