CN107020760A - 一种管状复合材料部件成型方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及材料加工成型领域，特别公开了一种管状复合材料部件成型方法。它包括如下步骤：1）在管状刚性模具内安装专用成型工具；2）计算芯模尺寸；3）在芯模上依次包裹成型气袋和尼龙薄膜和预浸料；4）去掉芯模后装入管状刚性模具内；5）在气袋两端放置流体接口，用高温胶带扎紧；6）将高温气体或液体通入气袋内。本发明避免了所需产品受热不均匀引起的内应力、摒弃了昂贵且笨重的刚性模具，改善了工人的劳动条件；降低能耗90%以上，节约了模具和能源成本，提高了产品价格竞争优势。

Description

一种管状复合材料部件成型方法

（一）技术领域

本发明涉及材料加工成型领域，特别涉及一种管状复合材料部件成型方法。

（二）背景技术

近年来低碳环保和体育健身的理念越来越深入人心，绿色、环保、健康的自行车出行深受广大人民群众的喜爱。中高端碳纤维复合材料自行车正在成为一种时尚。然而目前的碳纤维自行车架多采用碳纤维-环氧树脂预浸料经包覆、加热、加压成型。在成型过程中将包覆好的预浸料置入经预热的专用刚性模具中，然后将模具放置在高温成型炉台上，加热、加压一段时间后，将模具放置在冷却台上冷却，方可将制品取出。在这一过程中存在三个问题：第一，模具上下两个平面与加热或冷却炉台直接接触来完成热量的传递，模具内部存在从上下两个平面向中间不断变化的温差，温差造成制品上的温度不均匀的问题，进而引起环氧树脂基复合材料固化不均匀，从而引起制品内应力。内应力的存在严重的削弱了碳纤维复合材料的承载能力，还会引起制品变形。第二，成型碳纤维复合材料自行车的模具为了加工、使用过程中尽量均匀的传热及需要强度等因素必须采用笨重的大块钢制刚性加工而成。工业化生产中，工人需要频繁的开合模具、移动模具，笨重的刚性模具给工人造成了繁重的体力负荷，增加了工人的劳动强度、并且降低了生产效率。刚性模具的制造、维护和使用成本较高，且笨重的模具还有砸伤工人的安全隐患。第三，加热固化重量很轻的碳纤维复合材料，其本身所需要的热量其实很小，但是采用模具外加温的这种办法必须先将笨重的刚性模具加热到所需温度制品才能最终升温至所需温度。降温过程也和升温过程相类似，必须先行强制冷却模具才能将制品温度降下来。以上两个过程中大量的能源浪费在了加热模具和冷却模具上。这与公司践行节能减排，降低生产成本，为广大消费者提供物美价廉的产品相悖。综上所述，目前的成型方法存在制品受热不均引起内应力、模具笨重工人劳动量大、工厂生产能力的不到释放，造成人力、物理、能源上的严重浪费等问题。这些问题严重制约着碳纤维复合材料自行车为代表的复合材料制品生产成本的降低，使广大消费者难以承担相对较高的购置成本，进而影响到碳纤维自行车在节能环保、绿色出行、健康出行的推动作用。

（三）发明内容

本发明为了弥补现有技术的缺陷，提供了一种受热均匀、降低能耗的管状复合材料部件成型方法。

本发明是通过如下技术方案实现的：

一种管状复合材料部件成型方法，其特征是，包括如下步骤：

1）在隔热层上按自行车架造型设计机加工开槽，制成内加热专用成型模具，将上述专用成型模具镶嵌或粘贴在管状刚性模具内；

2）按照自行车造型减去气袋及设计所需厚度得到包覆用芯模尺寸；

3）在芯模上依次包裹成型气袋和热塑性薄膜，然后在热塑性薄膜上按设计要求包覆预浸料形成碳纤维复合材料预成型部件；

4）将包覆好的碳纤维复合材料预成型部件去掉中间的芯模后装入管状刚性模具内；

5）在气袋两端放置流体接口，将气袋紧紧的包在流体接口上，然后用高温胶带将气袋和预浸料扎紧，其中一端的流体接口接入高温气体或液体，另一端接溢流阀，合模；

6）将高温气体或液体通入气袋内，高温气体或液体经过气袋后从溢流阀排出，这一过程中高温气体或液体将热量和压力传给碳纤维复合材料预成型部件使其受热固化成型；

7）取下管状刚性模具，撕开高温胶带，取下流体接口，将气袋与热塑性薄膜剥离，取下固化成型的碳纤维复合材料预成型部件即为所需要的产品毛坯。

所述隔热层为耐高温工程塑料。

所述隔热层为聚四氟乙烯材料。

所述热塑性薄膜为尼龙薄膜。

所述管状刚性模具为由两块横截面为半圆的弧形板组成的对开模具。

本发明的有益效果是：

本发明避免了所需产品受热不均匀引起的内应力、摒弃了昂贵且笨重的刚性模具，改善了工人的劳动条件；采用热源直接加热预浸料，降低能耗90%以上，节约了模具和能源成本，提高了产品价格竞争优势。内层靠近预浸料的热塑性薄膜对直接承压的气袋起到隔离作用，使得气袋方便取出，而薄层热塑性薄膜由于高温下与预浸料粘接可以不必取下，这样也可以减少因气袋剥离时对所需产品结构破坏现象的发生。

（四）附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明：

图1为本发明的剖视结构示意图；

图2为图1中M处的放大图。

图中，1管状刚性模具，2气袋，3专用成型模具，4尼龙薄膜,5预浸料，6流体接口，7高温胶带。

（五）具体实施方式

附图为本发明的具体实施例。如图1、图2所示，该种管状复合材料部件成型方法，包括如下步骤：

1）在镶嵌或粘结有耐高温工程塑料的管状刚性模具1上按自行车架造型设计机加工开槽，制成内加热专用成型模具3，专用成型模具3也是隔热层，耐高温工程塑料可以采用聚四氟乙烯材料制成；管状刚性模具1为对开模具，由两块横截面为半圆的弧形板合围而成，并且具有高刚度、高强度，以方便物料的放入与取出；

2）按照自行车造型减去气袋2及设计所需厚度得到包覆用芯模尺寸；

3）在芯模上依次包裹成型气袋2和尼龙薄膜4，然后在尼龙薄膜4上按设计要求包覆预浸料5形成碳纤维复合材料预成型部件；尼龙薄膜4也可以改换成其他的热塑性薄膜。

4）将包覆好的碳纤维复合材料预成型部件去掉中间的芯模后装入管状刚性模具1内；

5）在气袋2两端的气袋2内放置流体接口6，将气袋2紧紧的包在流体接口6上，然后用高温胶带7将气袋2和预浸料5扎紧，包扎时预浸料5也要包紧，其中一端的流体接口6接入高温气体或液体，另一端接溢流阀，合模；

6）将高温气体或液体通入气袋2内，高温气体或液体经过气袋2后从溢流阀排出，使高温流体在模具内部具有恒定的压力和温度，这一过程中高温气体或液体将热量和压力传给碳纤维复合材料预成型部件使其受热固化成型；与此同时还可以给所需产品一定的压力排出所需产品中的气泡；

7）打开管状刚性模具1，撕开高温胶带7，取下流体接口6，将气袋2与尼龙薄膜4剥离，取下固化成型的碳纤维复合材料预成型部件即为所需要的产品毛坯；尼龙薄膜4由于高温下与预浸料5粘结可以不取下，这样也可以减少因气袋2剥离时对所需产品结构破坏现象的发生。

除说明书所述技术特征外，其余技术特征均为本领域技术人员已知技术。

Claims (5)

1.一种管状复合材料部件成型方法，其特征是，包括如下步骤：

1）在隔热层上按自行车架造型设计机加工开槽，制成内加热专用成型模具（3），将上述专用成型模具（3）镶嵌或粘贴在管状刚性模具（1）内；

2）按照自行车造型减去气袋（2）及设计所需厚度得到包覆用芯模尺寸；

3）在芯模上依次包裹成型气袋（2）和热塑性薄膜，然后在热塑性薄膜上按设计要求包覆预浸料（5）形成碳纤维复合材料预成型部件；

4）将包覆好的碳纤维复合材料预成型部件去掉中间的芯模后装入管状刚性模具（1）内；

5）在气袋（2）两端放置流体接口（6），将气袋（2）紧紧的包在流体接口（6）上，然后用高温胶带（7）将气袋（2）和预浸料（5）扎紧，其中一端的流体接口（6）接入高温气体或液体，另一端接溢流阀，合模；

6）将高温气体或液体通入气袋（2）内，高温气体或液体经过气袋（2）后从溢流阀排出，这一过程中高温气体或液体将热量传给碳纤维复合材料预成型部件使其受热固化成型；

7）取下管状刚性模具（1），撕开高温胶带（7），取下流体接口（6），将气袋（2）与热塑性薄膜剥离，取下固化成型的碳纤维复合材料预成型部件即为所需要的产品毛坯。

2.根据权利要求1所述的管状复合材料部件成型方法，其特征是，所述隔热层为耐高温工程塑料。

3.根据权利要求2所述的管状复合材料部件成型方法，其特征是，所述隔热层为聚四氟乙烯材料。

4.根据权利要求1所述的管状复合材料部件成型方法，其特征是，所述热塑性薄膜为尼龙薄膜（4）。

5.根据权利要求1所述的管状复合材料部件成型方法，其特征是，所述管状刚性模具为由两块横截面为半圆的弧形板组成的对开模具。