CN105881933A - 适用于rtm的t型带筋壁板复合材料的成型模具及成型方法 - Google Patents

适用于rtm的t型带筋壁板复合材料的成型模具及成型方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种适用于RTM的T型带筋壁板复合材料的成型模具及成型方法，在设计用于制造T型带筋板件的模具过程中，考虑到T型带筋板件的形状、尺寸，以及采用的真空辅助RTM工艺中纤维的铺放、脱模、定位以及密封等工艺要求。同时考虑到制件脱模的方便，将模具设计为组合式模具，由底板和4个芯模组成。T型件的位置精度由定位孔来决定，而其垂直度以及圆角都由芯模来决定。将模具的密封结构进行简化为平面，实际成型时用密封胶将真空袋与模具粘合在一起进行密封。

Description

适用于RTM的T型带筋壁板复合材料的成型模具及成型方法
技术领域
本发明属于树脂传递模塑(RTM)成型技术领域，涉及一种适用于RTM的T型带筋壁板复合材料的成型模具及成型方法。
背景技术
航空航天领域对结构减重、结构轻量化的要求越来越高，运用比重小、比强度和比模量大以及结构、性能可设计性的复合材料和减少零件及紧固件数目是目前的主要解决办法。运用复合材料整体成型技术制备满足结构轻量化要求的整体结构件是目前的发展趋势。树脂传递模塑工艺(Resin Transfer Moulding，简称RTM)是一种高性能低成本的制造技术，具有成型效率高、成本低、污染小、能耗低、工艺适应性强等诸多优点，是复合材料整体成型的一个发展趋势。
RTM成型工艺是一种闭模成型工艺，是在一定的压力下将低粘度的树脂注入预置增强材料的模具型腔内，使增强材料预制件完全浸润，然后通过加温或恒温的方式进行树脂固化，从而制备材料的工艺。RTM制件同时具备纤维增强体的高强度、高模量，又具备树脂的拉伸率、压缩率，因此材料的综合力学性能高，被广泛应用于航空航天，舰船制造，汽车行业等各个领域。
T型带筋壁板是工程实际应用中的典型承力结构件，具有重要的理论研究意义和工程实际应用价值，而复合材料RTM成型技术又是近年来的一个研究热点，为此，本发明提供了一种适用于RTM的T型带筋壁板复合材料的成型模具及方法，适用于工厂、科研院所的实验件和小型制件的成型。
发明内容
要解决的技术问题
为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种适用于RTM的T型带筋壁板复合材料的成型模具及成型方法，实现实验件和小型制件的成型。
技术方案
一种适用于RTM的T型带筋壁板复合材料的成型模具，其特征在于包括底板和2个芯模；所述芯模的横截面为矩形结构或切除一个直角的五边形结构；在底板和芯模的对应位置设有定位孔，定位孔以圆柱销进行定位。
一种采用所述成型模具进行RTM的T型带筋壁板复合材料的成型方法，其特征在于步骤如下：
步骤1：用丙酮清洗模具表面并晾干，在模具表面涂一层脱模剂；根据预制件的尺寸进行纤维裁剪；
步骤2：将n层纤维铺设在底板上，分别在2个芯模的三个成型面a面、b面和c面上包覆n层纤维，然后将2个芯模置于底板的n层纤维上，再在2个芯模上铺设n层纤维形成预成型体；将圆柱销插入底板和芯模的定位孔进行定位；在铺层时，每层纤维织物均喷涂定型剂；所述n层纤维的计算为其中：a为制件设计厚度；ρr为成型时需要灌注树脂的密度；ρf为纤维的密度；Wf为纤维的单位面积质量；Vf为纤维体积分数；Vr为成型时需要灌注树脂的体积分数；
当计算出的纤维层数不是整数时，取大于此数的最小整数；
步骤3：在预成型体上表面先铺上脱模布，脱模布上铺上导流网；然后将真空袋铺放在模具上，采用密封胶条对模具四周进行密封，在注口和冒口处分别接上导流管；然后才用夹紧注口导流管，在冒口处接上真空泵，对真空袋内进行4～5Pa抽真空处理并检查气密性；
步骤4：取下注口导流管上的夹子，将导流管浸入混合剂中，开始充模，冒口处的真空泵继续抽真空，直到纤维织物完全浸润冒口处有树脂流出时，关闭真空泵，用夹紧冒口处的导流管，再持续充模2～3min，然后停止充模；夹紧注口导流管；在室温下固化22～24小时，然后将其放入80℃烘箱中固化6小时；固化完成后，待模具自然冷却，然后进行脱模，取出T型件；
所述混合剂是按照树脂与固化剂100:30的质量比例进行混合，搅拌均匀后放入真空罐中进行15min除气操作。
所述树脂为5105环氧树脂。
所述固化剂为5016固化剂。
有益效果
本发明提出的一种适用于RTM的T型带筋壁板复合材料的成型模具及成型方法，在设计用于制造T型带筋板件的模具过程中，考虑到T型带筋板件的形状、尺寸，以及采用的真空辅助RTM工艺中纤维的铺放、脱模、定位以及密封等工艺要求。同时考虑到制件脱模的方便，将模具设计为组合式模具，由底板和4个芯模组成。T型件的位置精度由定位孔来决定，而其垂直度以及圆角都由芯模来决定。将模具的密封结构进行简化为平面，实际成型时用密封胶将真空袋与模具粘合在一起进行密封。
附图说明
图1为底板
图2为底板定位孔剖视图
图3为芯模
图4为芯模定位孔剖视图
图5为T型件成型模具截面图
图6为T型件成型模具
图7为T型件纤维预成型体的铺放
图8是T型件的RTM工艺成型工艺流程图
其中：1、底板；2、芯模；3、定位孔；4、4×Φ8圆柱销；5、注口位置；6、冒口位置；7、冒口位置。
具体实施方式
现结合实施例、附图对本发明作进一步描述：
参照附图1，在设计用于制造T型带筋板件的模具过程中，考虑到T型带筋板件的形状、尺寸，以及采用的真空辅助RTM工艺中纤维的铺放、脱模、定位以及密封等工艺要求。同时考虑到制件脱模的方便，将模具设计为组合式模具，由底板1和芯模2组成，如图1所示。T型件的位置精度由定位孔3来决定，而其垂直度以及圆角都由芯模来决定。将模具的密封结构进行简化为平面，实际成型时用密封胶将真空袋与模具进行粘合在一起进行密封。
成型模具包括底板和2个芯模，所述芯模的横截面为矩形结构或切除一个直角的五边形结构，在底板和芯模的对应位置设有定位孔，定位孔以圆柱销进行定位。
模具设计为组合式模具，芯模定位采用定位孔、圆柱销进行定位。
当把c、d、e面(见图4)作为成型面时，可成型Y型带筋壁板。
T型件的位置精度由定位孔来决定，而其垂直度以及圆角都由芯模来决定。将模具的密封结构进行简化为平面，成型时用密封胶将真空袋与模具进行粘合在一起进行密封。
成型方法的操作步骤如下：
步骤1用丙酮清洗模具表面并晾干，在模具表面涂一层脱模剂；根据预制件的尺寸进行纤维裁剪，在裁剪过程中应避免纤维织物变形、松散。
步骤2将n层纤维铺设在底板上，分别在2个芯模的a、b、c(见图4)三个成型面上包覆n层纤维，然后将2个芯模置于底板的n层纤维上，再在2个芯模上铺设n层纤维形成预成型体(纤维预成型体铺层方式如图7所示)，将圆柱销插入底板和芯模的定位孔进行定位；在铺层时，每层纤维织物都均匀喷涂定型剂；所述n层纤维的计算为其中：a为制件设计厚度；ρr为成型时需要灌注树脂的密度；ρf为纤维的密度；Wf为纤维的单位面积质量；Vf为纤维体积分数；Vr为成型时需要灌注树脂的体积分数；当计算出的纤维层数不是整数时，取大于此数的最小整数；
步骤3在预成型体表面上先铺上脱模布、脱模布上铺上导流网，然后将真空袋铺放在模具上，用密封胶条对模具四周进行密封，在注口和冒口处(见图6)分别接上导流管；用夹子夹住注口导流管，在冒口处接上真空泵，对真空袋内进行4～5Pa抽真空处理并检查气密性。
步骤4本专利采用的是5105环氧树脂和5016固化剂，按照树脂与固化剂100:30的质量比例配树脂混合剂，然后搅拌均匀，放入真空罐中进行15min除气操作；取下注口导流管上的夹子，将导流管浸入除气后的混合剂中，开始充模，冒口处的真空泵继续抽真空，直到纤维织物完全浸润冒口处有树脂流出时，关闭真空泵，用夹子夹住冒口处的导流管，再持续充模2～3min，然后停止充模，用夹子夹住注口导流管；在室温下固化22～24小时，然后将其放入80℃烘箱中固化6小时；固化完成后，待模具自然冷却，然后进行脱模，取出T型件。
在预成型体上表面分别铺上脱模布、导流网，加快树脂的流动和对预成型体的浸润，提高充模效率。

Claims (4)

1.一种适用于RTM的T型带筋壁板复合材料的成型模具，其特征在于包括底板和2个芯模；所述芯模的横截面为矩形结构或切除一个直角的五边形结构；在底板和芯模的对应位置设有定位孔，定位孔以圆柱销进行定位。
2.一种采用权利要求1所述成型模具进行RTM的T型带筋壁板复合材料的成型方法，其特征在于步骤如下：
步骤1：用丙酮清洗模具表面并晾干，在模具表面涂一层脱模剂；根据预制件的尺寸进行纤维裁剪；
步骤2：将n层纤维铺设在底板上，分别在2个芯模的三个成型面a面、b面和c面上包覆n层纤维，然后将2个芯模置于底板的n层纤维上，再在2个芯模上铺设n层纤维形成预成型体；将圆柱销插入底板和芯模的定位孔进行定位；在铺层时，每层纤维织物均喷涂定型剂；所述n层纤维的计算为其中：a为制件设计厚度；ρr为成型时需要灌注树脂的密度；ρf为纤维的密度；Wf为纤维的单位面积质量；Vf为纤维体积分数；Vr为成型时需要灌注树脂的体积分数；
当计算出的纤维层数不是整数时，取大于此数的最小整数；
步骤3：在预成型体上表面先铺上脱模布，脱模布上铺上导流网；然后将真空袋铺放在模具上，采用密封胶条对模具四周进行密封，在注口和冒口处分别接上导流管；然后才用夹紧注口导流管，在冒口处接上真空泵，对真空袋内进行4～5Pa抽真空处理并检查气密性；
步骤4：取下注口导流管上的夹子，将导流管浸入混合剂中，开始充模，冒口处的真空泵继续抽真空，直到纤维织物完全浸润冒口处有树脂流出时，关闭真空泵，用夹紧冒口处的导流管，再持续充模2～3min，然后停止充模；夹紧注口导流管；在室温下固化22～24小时，然后将其放入80℃烘箱中固化6小时；固化完成后，待模具自然冷却，然后进行脱模，取出T型件；
所述混合剂是按照树脂与固化剂100:30的质量比例进行混合，搅拌均匀后放入真空罐中进行15min除气操作。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述树脂为5105环氧树脂。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述固化剂为5016固化剂。
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