CN106553355A - 一种碳纤维复合材料假脚成型工艺 - Google Patents

一种碳纤维复合材料假脚成型工艺 Download PDF

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Abstract

本发明提出一种碳纤维复合材料假脚成型工艺，包括以下步骤：(1)预浸料；(2)裁剪；(3)铺贴；(4)封装；(5)热压罐固化成型；(6)机械加工。使用本发明的成型工艺，生产的复合材料假脚具有无分层缺陷、孔隙率低、强度高、耐疲劳性能好、破损安全性能好、可设计性强的优点。

Description

一种碳纤维复合材料假脚成型工艺
技术领域
本发明涉及假脚成型技术领域，具体是一种碳纤维复合材料假脚成型工艺。
背景技术
假脚产品是下肢残缺患者使用的行走辅助器具，每年由于血液循环障碍、疾病、炎症、交通事故、战争及自然灾害等诸多原因造成肢体残疾、下肢截肢的患者，仅在中国就有几百万人，而且每年都有新的增加。为了使这些人能重新站立、行走甚至参加体育训练和各种类型的运动会的比赛，就需要安装假脚。
目前国内厂家生产的假脚产品主要是以木材、热塑性及热固性树脂等材料制成，其力学性能及使用寿命远不及国外大型假肢生产企业研制的碳纤维储能脚产品。国内也有少部分企业及假肢装备中心在研制碳纤维假脚，但由于受到生产工艺的局限性，研制出来的产品的力学性能根本达不到国标的要求，更达不到国际先进水平。
例如上海理工大学的专利《碳纤维复合材料假脚的成型工艺》(专利号：200910197136.5)，该发明提供的假脚成型工艺主要是采用模压成型和袋压成型，使用该成型工艺制得的假脚具有质量轻、几何结构匀称的优点，但是由于该工艺的加压时间短，不同位置压力、温度不均匀，导致制件容易出现分层、孔隙等缺陷，造成假脚失效、破坏，容易对使用者造成伤害。
发明内容
本发明提出一种碳纤维复合材料假脚成型工艺，解决了现有技术中制件容易出现分层、孔隙等缺陷，造成假脚失效、破坏，容易对使用者造成伤害的问题。
本发明的技术方案是这样实现的：
一种碳纤维复合材料假脚成型工艺，包括以下步骤：
(1)预浸料
预浸料包括单向碳纤维预浸料和3K碳纤维编织布预浸料；单向碳纤维预浸料的碳纤维含量为190g/m2～224g/m2，环氧树脂含量为34％～42％；3K碳纤维编织布预浸料的碳纤维含量为200g/m2～220g/m2，环氧树脂含量为25％～45％；
(2)裁剪
根据制件的铺层设计将预浸料裁剪出假脚所需的形状和层数，并对每一层预浸料按顺序编号；
(3)铺贴
在模具上均匀涂覆脱模剂并烘干后，按照铺层顺序逐层铺贴预浸料形成毛坯，使用电吹风或电熨斗加热预浸料，将预浸料铺贴密实，并用刀片划破鼓泡将层间空气赶出，抽真空将毛坯预压实；
(4)封装
用辅助材料封装毛坯，抽真空将毛坯内截留的层间空气排出压实；
(5)热压罐固化成型
将封装好的毛坯放进热压罐内，固化毛坯；
(6)机械加工
毛坯自然冷却后，脱模得到制件；将制件切出假脚外形，打磨余量和飞边，同配件进行装配完成假脚制作。
进一步地，所述步骤(3)中，铺贴时环境的温度为18℃～26℃，湿度为30％RH～75％RH。
进一步地，所述步骤(3)中，逐层铺贴预浸料时，先铺贴一层3K碳纤维编织布预浸料、再铺贴若干层单向碳纤维预浸料、最后再铺贴一层3K碳纤维编织布预浸料。
进一步地，所述步骤(3)中，每铺完20～30层预浸料抽一次真空将毛坯预压实，每次抽真空的时间为2min～3min，真空度为-0.09MPa～-0.10MPa。
进一步地，所述步骤(4)中，将真空袋一端用腻子条密封，将密封胶带粘贴在毛坯周边，将蒙皮、透气毡、脱模布依次盖在毛坯上、然后从真空袋敞开的一端放入，将真空袋敞开的一端用腻子条与抽真空阀固定，抽真空，真空度在-0.09MPa～-0.10MPa。
进一步地，所述步骤(5)中，固化温度为80℃～180℃，升温速率为2℃/min～3℃/min，固化压力为0.4MPa～0.6MPa，成型时间为1.5h～3h，自然冷却1.5h～2h。
进一步地，所述假脚包括上脚板和下脚板。
本发明的有益效果为：
使用本发明的成型工艺，生产的复合材料假脚具有无分层缺陷、孔隙率低、强度高、耐疲劳性能好、破损安全性能好、可设计性强的优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明一个实施例的流程图；
图2是本发明一个实施例制成的假脚结构示意图。
其中：
1、上脚板；2、下脚板。
具体实施方式
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、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
如图1和图2所示，本实施例中的碳纤维复合材料假脚成型工艺，包括以下步骤：
(1)预浸料
预浸料包括单向碳纤维预浸料和3K碳纤维编织布预浸料；单向碳纤维预浸料的碳纤维含量为190g/m2，环氧树脂含量为34％；3K碳纤维编织布预浸料的碳纤维含量为200g/m2，环氧树脂含量为25％。
(2)裁剪
根据制件的铺层设计将预浸料裁剪出假脚所需的形状和层数，并对每一层预浸料按顺序编号；这里的假脚包括上脚板1和下脚板2。
(3)铺贴
在模具上均匀涂覆脱模剂并烘干后，按照铺层顺序逐层铺贴预浸料形成毛坯，使用电吹风或电熨斗加热预浸料，将预浸料铺贴密实，并用刀片划破鼓泡将层间空气赶出，抽真空将毛坯预压实。
其中，铺贴时环境的温度为18℃，湿度为30％RH。
逐层铺贴预浸料时，先铺贴一层3K碳纤维编织布预浸料、再铺贴若干层单向碳纤维预浸料、最后再铺贴一层3K碳纤维编织布预浸料。
每铺完20层预浸料抽一次真空将毛坯预压实，每次抽真空的时间为2min，真空度为-0.09MPa。
(4)封装
用辅助材料封装毛坯，抽真空将毛坯内截留的层间空气排出压实。
本实施例中，将真空袋一端用腻子条密封，将密封胶带粘贴在毛坯周边，将蒙皮、透气毡、脱模布依次盖在毛坯上、然后从真空袋敞开的一端放入，将真空袋敞开的一端用腻子条与抽真空阀固定，抽真空，将毛坯内截留的层间空气排出压实，真空度在-0.09MPa。
(5)热压罐固化成型
将封装好的毛坯放进热压罐内，升温固化毛坯。
本实施例中，固化温度为80℃，升温速率为2℃/min，固化压力为0.4MPa，成型时间为3h，自然冷却1.5h。
(6)机械加工
毛坯自然冷却后，脱模得到制件；在制件上沿着模板画出假脚轮廓，用砂轮机将制件切出假脚外形，打磨余量和飞边，用电钻打孔，同配件进行装配完成假脚制作。
实施例2
如图1和图2所示，本实施例中的碳纤维复合材料假脚成型工艺，包括以下步骤：
(1)预浸料
预浸料包括单向碳纤维预浸料和3K碳纤维编织布预浸料；单向碳纤维预浸料的碳纤维含量为224g/m2，环氧树脂含量为42％；3K碳纤维编织布预浸料的碳纤维含量为220g/m2，环氧树脂含量为45％。
(2)裁剪
根据制件的铺层设计将预浸料裁剪出假脚所需的形状和层数，并对每一层预浸料按顺序编号；这里的假脚包括上脚板1和下脚板2。
(3)铺贴
在模具上均匀涂覆脱模剂并烘干后，按照铺层顺序逐层铺贴预浸料形成毛坯，使用电吹风或电熨斗加热预浸料，将预浸料铺贴密实，并用刀片划破鼓泡将层间空气赶出，抽真空将毛坯预压实。
其中，铺贴时环境的温度为26℃，湿度为75％RH。
逐层铺贴预浸料时，先铺贴一层3K碳纤维编织布预浸料、再铺贴若干层单向碳纤维预浸料、最后再铺贴一层3K碳纤维编织布预浸料。
每铺完30层预浸料抽一次真空将毛坯预压实，每次抽真空的时间为3min，真空度为-0.10MPa。
(4)封装
用辅助材料封装毛坯，抽真空将毛坯内截留的层间空气排出压实。
本实施例中，将真空袋一端用腻子条密封，将密封胶带粘贴在毛坯周边，将蒙皮、透气毡、脱模布依次盖在毛坯上、然后从真空袋敞开的一端放入，将真空袋敞开的一端用腻子条与抽真空阀固定，抽真空，将毛坯内截留的层间空气排出压实，真空度在-0.10MPa。
(5)热压罐固化成型
将封装好的毛坯放进热压罐内，升温固化毛坯。
本实施例中，固化温度为180℃，升温速率为3℃/min，固化压力为0.6MPa，成型时间为1.5h，自然冷却2h。
(6)机械加工
毛坯自然冷却后，脱模得到制件；在制件上沿着模板画出假脚轮廓，用砂轮机将制件切出假脚外形，打磨余量和飞边，用电钻打孔，同配件进行装配完成假脚制作。
实施例3
如图1和图2所示，本实施例中的碳纤维复合材料假脚成型工艺，包括以下步骤：
(1)预浸料
预浸料包括单向碳纤维预浸料和3K碳纤维编织布预浸料；单向碳纤维预浸料的碳纤维含量为207g/m2，环氧树脂含量为38％；3K碳纤维编织布预浸料的碳纤维含量为210g/m2，环氧树脂含量为35％。
(2)裁剪
根据制件的铺层设计将预浸料裁剪出假脚所需的形状和层数，并对每一层预浸料按顺序编号；这里的假脚包括上脚板1和下脚板2。
(3)铺贴
在模具上均匀涂覆脱模剂并烘干后，按照铺层顺序逐层铺贴预浸料形成毛坯，使用电吹风或电熨斗加热预浸料，将预浸料铺贴密实，并用刀片划破鼓泡将层间空气赶出，抽真空将毛坯预压实。
其中，铺贴时环境的温度为22℃，湿度为53％RH。
逐层铺贴预浸料时，先铺贴一层3K碳纤维编织布预浸料、再铺贴若干层单向碳纤维预浸料、最后再铺贴一层3K碳纤维编织布预浸料。
每铺完25层预浸料抽一次真空将毛坯预压实，每次抽真空的时间为2.5min，真空度为-0.095MPa。
(4)封装
用辅助材料封装毛坯，抽真空将毛坯内截留的层间空气排出压实。
本实施例中，将真空袋一端用腻子条密封，将密封胶带粘贴在毛坯周边，将蒙皮、透气毡、脱模布依次盖在毛坯上、然后从真空袋敞开的一端放入，将真空袋敞开的一端用腻子条与抽真空阀固定，抽真空，将毛坯内截留的层间空气排出压实，真空度在-0.095MPa。
(5)热压罐固化成型
将封装好的毛坯放进热压罐内，升温固化毛坯。
本实施例中，固化温度为130℃，升温速率为2.5℃/min，固化压力为0.5MPa，成型时间为2.3h，自然冷却1.8h。
(6)机械加工
毛坯自然冷却后，脱模得到制件；在制件上沿着模板画出假脚轮廓，用砂轮机将制件切出假脚外形，打磨余量和飞边，用电钻打孔，同配件进行装配完成假脚制作。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种碳纤维复合材料假脚成型工艺，其特征在于，包括以下步骤：
(1)预浸料
预浸料包括单向碳纤维预浸料和3K碳纤维编织布预浸料；单向碳纤维预浸料的碳纤维含量为190g/m2～224g/m2，环氧树脂含量为34％～42％；3K碳纤维编织布预浸料的碳纤维含量为200g/m2～220g/m2，环氧树脂含量为25％～45％；
(2)裁剪
根据制件的铺层设计将预浸料裁剪出假脚所需的形状和层数，并对每一层预浸料按顺序编号；
(3)铺贴
在模具上均匀涂覆脱模剂并烘干后，按照铺层顺序逐层铺贴预浸料形成毛坯，使用电吹风或电熨斗加热预浸料，将预浸料铺贴密实，并用刀片划破鼓泡将层间空气赶出，抽真空将毛坯预压实；
(4)封装
用辅助材料封装毛坯，抽真空将毛坯内截留的层间空气排出压实；
(5)热压罐固化成型
将封装好的毛坯放进热压罐内，固化毛坯；
(6)机械加工
毛坯自然冷却后，脱模得到制件；将制件切出假脚外形，打磨余量和飞边，同配件进行装配完成假脚制作。
2.如权利要求1所述的一种碳纤维复合材料假脚成型工艺，其特征在于，所述步骤(3)中，铺贴时环境的温度为18℃～26℃，湿度为30％RH～75％RH。
3.如权利要求1所述的一种碳纤维复合材料假脚成型工艺，其特征在于，所述步骤(3)中，逐层铺贴预浸料时，先铺贴一层3K碳纤维编织布预浸料、再铺贴若干层单向碳纤维预浸料、最后再铺贴一层3K碳纤维编织布预浸料。
4.如权利要求1所述的一种碳纤维复合材料假脚成型工艺，其特征在于，所述步骤(3)中，每铺完20～30层预浸料抽一次真空将毛坯预压实，每次抽真空的时间为2min～3min，真空度为-0.09MPa～-0.10MPa。
5.如权利要求1所述的一种碳纤维复合材料假脚成型工艺，其特征在于，所述步骤(4)中，将真空袋一端用腻子条密封，将密封胶带粘贴在毛坯周边，将蒙皮、透气毡、脱模布依次盖在毛坯上、然后从真空袋敞开的一端放入，将真空袋敞开的一端用腻子条与抽真空阀固定，抽真空，真空度在-0.09MPa～-0.10MPa。
6.如权利要求1所述的一种碳纤维复合材料假脚成型工艺，其特征在于，所述步骤(5)中，固化温度为80℃～180℃，升温速率为2℃/min～3℃/min，固化压力为0.4MPa～0.6MPa，成型时间为1.5h～3h，自然冷却1.5h～2h。
7.如权利要求1所述的一种碳纤维复合材料假脚成型工艺，其特征在于，所述假脚包括上脚板和下脚板。
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