CN107097397A - 芯模气囊、芯模气囊模组及芯模气囊的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明适用于中空复合材料制品的生产技术领域，公开了芯模气囊、芯模气囊模组及芯模气囊的制造方法，其中，芯模气囊用于模压吹气成型中空复合材料制品，其包括具有中空内孔的软胶气囊和填充于中空内孔内的发泡芯模，软胶气囊通过模具一体制造成型，发泡芯模通过向中空内孔内填充发泡材料发泡成型。本发明通过在软胶气囊内填充发泡芯模，从而可形成一软质实芯的芯模气囊，该芯模气囊既是中空复合材料制品的芯模，又是用于中空复合材料制品模压吹气成型中可吹气加压的气囊，使用该芯模气囊制造中空复合材料制品，具有生产操作非常简单方便、生产工艺简化、生产效率高、产品各项物理性能稳定、产品报废率低的有益效果。

Description

芯模气囊、芯模气囊模组及芯模气囊的制造方法

技术领域

本发明涉及中空复合材料制品的生产技术领域，尤其涉及用于模压吹气成型中空复合材料制品的芯模气囊、具有该芯模气囊的芯模气囊模组及该芯模气囊的制造方法。

背景技术

中空复合材料制品是指用碳纤维或玻璃纤维等增强材料与热固性树脂(环氧树脂等)复合而成的中空制品，其广泛应用于车架、前叉、车把、车圈等产品上。中空复合材料制品一般采用模压吹气成型工艺生产制造，气囊是用于模压吹气成型中空复合材料制品的一个重要部件。

现有技术中，用于模压吹气成型中空复合材料制品的气囊主要包括尼龙气管和3D尼龙芯模气囊这两种。其中，第一种的尼龙气管是目前应用得最多最广的通用型气囊，其具体生产工艺是：先用实心硅胶模卷上复合材料预浸料，然后拔出硅胶芯模得到未固化的复合材料制品分体，再把各复合材料制品分体接在一起，在各复合材料制品分体的中间穿上尼龙气管，放入复合材料制品的成型模具中，加热加压成型所需要的复合材料产品，最后再将尼龙气管排出形成中空复合材料制品。选用这种尼龙气管作为中空复合材料制品的气囊，虽然很便宜，但是，其在具体使用过程中会存在以下不足之处：

1)要先把中空复合材料制品进行肢解，并分别制造形成相对应的硅胶芯模，再对硅胶芯模进行手工精细地削皮肢解，以保证卷出的复合材料制品分体尺寸以及卷完料后能顺利抽出硅胶芯模，每次卷料要先拼上硅胶芯模并固定再卷料，工艺非常复杂，对操作工人的技能要求很高，生产效率低，且中空复合材料制品的物理性能偏差较大。

2)这种尼龙气管非常薄，只有0.3～0.5mm(厚了尼龙气管膨胀不起来)，这样，容易引发以下方面的问题出现：一方面由于尼龙气管生产时有结晶析出，而且肉眼无法辨别，所以容易导致吹气时漏气，从而导致中空复合材料制品报废；另一方面在成型中空复合材料制品时，由于是高温(150℃左右)高压(10个大气压以上)，所以，尼龙气管太薄非常容易被中空复合材料制品内壁的尖角刺破，需要借助硬度较大的工具(如铁线等)将尼龙气管移动到位，但是，这样又容易捅伤中空复合材料制品。

3)在穿上尼龙气管时，容易造成复合材料移位，最终造成中空复合材料制品的物理性能偏差很大。

4)在成型造型复杂的中空复合材料制品时，一条尼龙气管是不够的，经常要用到2～3条尼龙气管，这样，在吹气加压成型时，各尼龙气管之间会相互干涉，从而形成夹料现象，导致中空复合材料制品的内表面不光滑，使得中空复合材料制品的材料内折现象很严重，严重影响最终中空复合材料制品的各项物理性能。

第二种的3D尼龙芯模气囊是用尼龙薄膜根据中空复合材料制品的内腔焊接而成，其不需要卷料后抽出硅胶芯模，所以很好地避免了上述尼龙气管的各种不足。然而，3D尼龙芯模气囊在具体使用过程中也仍存在以下不足之处：

一方面，3D尼龙芯模气囊的成型很复杂，不单需要专用的裁剪尼龙薄膜的模具，而且焊接薄膜时也要使用专用的焊接治具，焊接完后又需要泡浸入水中充气来检验焊接效果，然后又要烘干水分才能包装，其制造过程复杂、生产效率低、成本高。

另一方面，3D尼龙芯模气囊因所用的尼龙薄膜很薄(与尼龙气管差不多)，所以其焊接质量难以保证，在高温高压的成型条件下，很容易在焊缝处漏气造成中空复合材料制品的报废，这种工艺生产的中空复合材料制品报废率很高，而且几乎无法避免。

再一方面，3D尼龙芯膜气囊在使用时先充上空气，变成中空复合材料制品芯模的形状，在上面卷上复合材料，但因尼龙薄膜表面非常光滑，在上面贴复合材料很不好定位，又不能承受太大压力，所以很难把料贴紧，产品的品质稳定性不高。

发明内容

本发明的第一个目的在于提供一种芯模气囊，其旨在解决现有芯模气囊用于制造中空复合材料制品时存在生产工艺复杂、生产效率低、物理性能偏差大、制品报废率高的技术问题。

为达到上述目的，本发明提供的方案是：芯模气囊，用于模压吹气成型中空复合材料制品，其包括具有中空内孔的软胶气囊和填充于所述中空内孔内的发泡芯模，所述软胶气囊通过模具一体制造成型，所述发泡芯模通过向所述中空内孔内填充发泡材料发泡成型。

可选地，所述软胶气囊为由液态乳胶或者液态硅胶制成的中空气囊。

可选地，所述发泡芯模为由EPS发泡材料或者PU发泡材料发泡形成的发泡体。

可选地，所述软胶气囊的壁厚为0.1mm-3mm。

可选地，所述软胶气囊的壁厚为1mm-2mm。

本发明的第二个目的在于提供一种芯模气囊模组，其包括上述的芯模气囊和包覆于所述芯模气囊外的中空复合材料制品。

可选地，所述中空复合材料制品为由碳纤维与热固性树脂复合而成的中空壳体；或者，所述中空复合材料制品为由玻璃纤维与热固性树脂复合而成的中空壳体。

可选地，所述中空复合材料制品为车架或者前叉或者车把或者车圈。

本发明的第三个目的在于提供一种上述芯模气囊的制造方法，其实施方式为：先通过模具一体制造成型软胶气囊，然后在所述软胶气囊内填充发泡材料发泡形成所述发泡芯模，从而得到由所述软胶气囊和所述发泡芯模构成的芯模气囊。

可选地，所述软胶气囊的成型方式为：将所述模具加热到100℃-200℃；在所述模具内加入液态胶；将所述模具安装于所述搪胶机上；控制所述搪胶机运转，使所述液态胶在所述模具的型腔内壁形成一层干胶膜；将所述干胶膜放在130℃～160℃的硫化设备内进行硫化，从而形成所述软胶气囊。

本发明提供的芯模气囊、芯模气囊模组及芯模气囊的制造方法，是先通过模具一体制成软胶气囊，然后在软胶气囊内填充发泡材料发泡形成发泡芯模，这样，由该软胶气囊和发泡芯模可构成一个软质实芯的芯模气囊。在中空复合材料制品的生产过程中，该芯模气囊既是中空复合材料制品的芯模，又是用于中空复合材料制品模压吹气成型中可吹气加压的气囊，其相对于现有技术具有以下有益效果：

1)操作工人只需要将芯模气囊卷上复合材料预浸料然后通过模压吹气成型即可制得复合材料制品，不需要拼接硅胶芯模、卷料完毕又抽出硅胶芯模、在复合材料内穿设尼龙气管等操作，也不需要进行焊接芯模操作，其操作非常简单方便，极大程度地简化了中空复合材料制品的生产工艺，提高了中空复合材料制品的生产效率；

2)软胶气囊的壁厚均匀、且壁厚可以设计得较大，不会出现尼龙结晶漏气的现象，也不存在焊缝漏气的现象，因而不会因漏气而导致中空复合材料制品报废的现象发生，产品报废率低；

3)本发明在复合材料没有固化之前不会进行抽芯操作，从而不会出现复合材料移位变形的现象发生，也不会出现夹料现象，因此，成型出来的中空复合材料制品内壁光滑，各项物理性能非常稳定；

4)本发明的芯模气囊外表面粗糙度可根据设计要求灵活改变，且芯模气囊的中间部位为实芯，这样，操作人员在进行复合材料浸料、贴料时，操作非常方便快捷。

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示出的结构获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的芯模气囊的结构示意图；

图2是图1中A-A的剖面示意图。

附图标号说明：

标号	名称	标号	名称
				1	芯模气囊	11	软胶气囊
12	发泡芯模

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

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的一部分实施例，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作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。

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

还需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件上时，它可以直接在另一个元件上或者可能同时存在居中元件。当一个元件被称为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接另一个元件或者可能同时存在居中元件。

另外，在本发明中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

如图1和图2所示，本发明实施例提供的芯模气囊1，用于模压吹气成型中空复合材料制品，其包括具有中空内孔的软胶气囊11和填充于中空内孔内的发泡芯模12，软胶气囊11通过模具一体制造成型，发泡芯模12通过向中空内孔内填充发泡材料发泡一体成型。

本发明实施例通过在软胶气囊11内填充发泡芯模12，从而可形成一软质实芯的芯模气囊1，在中空复合材料制品的生产过程中，该芯模气囊1既是中空复合材料制品的芯模，又是用于中空复合材料制品模压吹气成型中可吹气加压的气囊。使用该芯模气囊1制造中空复合材料制品时，是先制造软胶气囊11，然后再软胶气囊11内填充发泡材料进行发泡，最后再进行复合材料浸料，其不需要进行芯模拼接，也不需要进行芯模焊接，生产操作非常简单方便，生产工艺也很简化，利于提高生产效率；且由于生产过程中复合材料不会出现移位、夹料现象，产品各项物理性能非常稳定；同时，吹气加压不会出现漏气现象，产品报废率低，极大程度地提高了产品的生产合格率。

此外，本实施例中，软胶气囊11通过模具一体制造成型，这样，具体应用中，只要根据中空复合材料制品的内腔尺寸设计好相应的模具，即可通过搪胶工艺快速生产出相应的软胶气囊11，其生产操作简单、方便，生产效率高，生产精度高，尤其是对于复杂结构的中空复合材料制品，其生产效率提高和生产精度提高的效果尤为显著。

具体地，发泡芯模12为通过往芯模气囊1内填充发泡材料发泡形成的一体成型结构，其不需要进行拼接、焊接操作，生产操作非常简单方便，尤其是对于复杂结构的中空复合材料制品，其生产操作非常简单方便的效果尤为显著；且芯模气囊1的中间部位为实芯，可以降低操作人员在进行复合材料浸料、贴料时的操作难度。

优选地，软胶气囊11为由液态乳胶制成的中空气囊。液态乳胶泛指聚合物微粒分散于水中形成的胶体乳液。液态乳胶适于搪胶工艺，且其硫化形成软胶气囊11后，柔软性能较好，抗压能力较强，可较好地满足本实施例中软胶气囊11的设计要求。当然了，具体应用中，软胶气囊11也可采用其它形式的中空气囊，例如：软胶气囊11也可为由液态硅胶制成的中空气囊。

优选地，发泡芯模12为由EPS发泡材料发泡形成的发泡体。EPS发泡材料即聚苯乙烯泡沫，它是采用聚苯乙烯树脂加入发泡剂、同时加热进行软化、产生气体形成一种硬质闭孔结构的泡沫塑料。当然了，具体应用中，发泡芯模12也可采用其它形式的发泡体，例如：发泡芯模12也可为由PU发泡材料(聚氨酯材料)发泡形成的发泡体。

优选地，软胶气囊11的壁厚为0.1mm-3mm。如果软胶气囊11的壁厚设计得过小，则容易因软胶气囊11抗压强度不足而导致在模压吹气成型中空复合材料制品时软胶气囊11破损漏气的现象发生；而如果软胶气囊11的壁厚设计得过大，则会导致软胶气囊11的制造难度加大、材料成本也比较高昂。此处，将软胶气囊11的壁厚取值于0.1mm-3mm之间，既可防止软胶气囊11在模压吹气成型中空复合材料制品时漏气的现象发生，又可保证软胶气囊11的制造难度不会过大、材料成本不会过于高昂，其综合效果较好。

更为优选地，软胶气囊11的壁厚为1mm-2mm。软胶气囊11的壁厚取值于1mm-2mm之间，可很好地兼顾软胶气囊11的抗压性能和成本。

本发明实施例提供的芯模气囊模组，包括上述的芯模气囊1和包覆于芯模气囊1外的中空复合材料制品。具体生产过程中，先制成芯模气囊1，然后将芯模气囊1卷上复合材料预浸料，然后再通过模压吹气成型工艺成型中空复合材料制品，此时得到的就是芯模气囊模组。芯模气囊模组为中空复合材料制品的半成品，将芯模气囊模组中的芯模气囊1从中空复合材料制品内抽出，即可得到中空复合材料制品。本发明实施例提供的芯模气囊模组，由于采用了上述的芯模气囊1，所以其具有生产过程简单、易于操作、生产效率高、物理性能稳定的特点；由该芯模气囊模组制得的中空复合材料制品，物理性能偏差非常小，产品不良率也非常低。

优选地，中空复合材料制品为由碳纤维与热固性树脂复合而成的中空壳体，中空壳体即为空心的壳体。碳纤维是一种含碳量在95％以上的高强度、高模量纤维的纤维材料。它是由片状石墨微晶等有机纤维沿纤维轴向方向堆砌而成，经碳化及石墨化处理而得到的微晶石墨材料。碳纤维“外柔内刚”，质量比金属铝轻，但强度却高于钢铁，并且具有耐腐蚀、高模量的特性。它不仅具有碳材料的固有本征特性，又兼备纺织纤维的柔软可加工性，是新一代增强纤维。碳纤维具有许多优良性能，例如：轴向强度和模量高，密度低、比性能高，无蠕变，非氧化环境下耐超高温，耐疲劳性好，比热及导电性介于非金属和金属之间，热膨胀系数小且具有各向异性，耐腐蚀性好，X射线透过性好，良好的导电导热性能、电磁屏蔽性好等。当然了，具体应用中，中空复合材料制品为由其它增强纤维与热固性树脂复合而成的中空壳体，如由玻璃纤维与热固性树脂复合而成的中空壳体等。

优选地，中空复合材料制品为车架或者前叉或者车把或者车圈。本实施例提供的芯模气囊1及芯模气囊模组用于制造车架或者前叉或者车把或者车圈，都可达到简化生产工艺复杂、提高生产效率低、减小物理性能偏差、降低制品报废率的显著效果，具有非常好的应用前景。

本发明实施例提供的芯模气囊1的制造方法，具体为：先通过模具一体制造成型软胶气囊11，然后在软胶气囊11内填充发泡材料发泡形成发泡芯模12，从而得到由软胶气囊11和发泡芯模12构成的芯模气囊1。本发明实施例提供的芯模气囊1的制造方法，其工艺简单，操作方便。

优选地，软胶气囊11的成型方式为：将模具加热到100℃-200℃；在模具内加入液态胶；将模具安装于搪胶机上；控制搪胶机运转，使液态胶涂抹在模具的型腔内壁上并形成一层干胶膜；将干胶膜放在130℃～160℃的硫化设备内进行硫化，从而形成软胶气囊11。本实施例中，软胶气囊11的壁厚可根据加入模具内的液态胶的量控制实现。

优选地，液态胶为液态乳胶，在将液态乳胶加入模具内之前，先将模具加热到100℃-120℃；将模具的加热温度设为100℃-120℃，既利于保证液体乳胶的硫化速度，又利于降低模具的加热效率。而当液态胶为液态硅胶，在将液态硅胶加入模具内之前，先将模具加热到160℃-180℃。

优选地，在干胶膜的形成方式中，搪胶机的运转方式为：先驱动模具在第一圆周方向内进行360°旋转，然后再驱动模具在第二圆周方向内进行360°旋转，第一圆周方向与第二圆周方向相互垂直。搪胶机控制模具在两个相互垂直的圆周方向进行快速切换旋转，利于使液态胶能够在高速旋转的离心力作用下均匀地涂在模具的型腔内壁上。作为本实施例的一较佳实施方案，第一圆周方向、第二圆周方向可分别为竖直圆周方向和水平圆周方向中的一者，搪胶机的运转方式可以为：先驱动模具在竖直圆周方向内进行360°旋转，然后再驱动模具在水平圆周方向内进行360°旋转；或者，搪胶机的运转方式可以为：先驱动模具在水平圆周方向内进行360°旋转，然后再驱动模具在竖直圆周方向内进行360°旋转。

优选地，发泡芯模12的制造方式为：往软胶气囊11内填充发泡材料，将填充发泡材料后的软胶气囊11放入模具内，将模具置入适于发泡的环境内，使发泡材料充分发泡，从而在软胶气囊11内发泡形成实芯、柔软的芯模。本实施例中，芯模通过发泡成型，不需要拼接、焊接等操作，其生产操作简单、方便；且在复合材料没有固化成型之前时不需要将芯模抽出，利于保证最终成型的中空复合材料制品的物理性能稳定性。

优选地，作为本实施例的一较佳实施方案，芯模气囊1的制造方法包括如下步骤：

a)根据中空复合材料制品的内腔尺寸，绘制出中空复合材料制品的内腔3D图；

b)根据中空复合材料制品的内腔3D图设计制造出具有与中空复合材料制品内腔尺寸一致之型腔的金属模具；

c)把金属模具放入到加热炉里或加热板上加热到100～200℃；

d)取出金属模具，打开金属模具，往金属模具的型腔内倒入液态乳胶或液态硅胶，合上金属模具并锁好；

e)把金属模具固定在搪胶机上；

f)通过搪胶机在竖直方向上进行360度旋转，然后快速再水平方向上进行360度旋转(当然了，具体应用中，也可先让搪胶机在水平方向上进行360度旋转，然后快速再竖直方向上进行360度旋转)，使液态乳胶或液态硅胶均匀地涂在金属模具的型腔内壁上；由于金属模具的温度超过100℃，所以液态乳胶或液态硅胶的溶剂(水或其它溶剂)会快速地蒸发，最后在金属模具的型腔内壁均匀地形成一定厚度的干胶膜，干胶膜的厚度可通过加入的液态乳胶或液态硅胶的量来控制；

具体应用中，在d)步骤中将液态乳胶或液态硅胶倒入金属模具的型腔内时，可事先在液态乳胶或液态硅胶内混合不同的硫化剂，使干胶膜在f)步骤中可以达到一定的硫化程度(此处，硫化程度优选为60％-70％)，使得干胶膜具有一定的强度；

g)取下金属模具，打开金属模具，取出干胶膜，放进130℃～160℃的烘箱等硫化设备内，让干胶膜继续硫化完全得到软胶气囊11。

h)取出硫化完全的软胶气囊11，充入EPS发泡料或注入PU发泡料，再次放入金属模具内，锁上金属模具，放入温度合适发泡(此处为110℃～120℃)的烘箱等发泡设备内。

i)5～10分钟后，发泡完全，取出金属模具，使金属模具冷却到常温，打开金属模具，取出芯模气囊1。

本实施例的芯模气囊1，生产制造过程简单、方便，生产效率高，适于大规模量化生产。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.芯模气囊，用于模压吹气成型中空复合材料制品，其特征在于，包括具有中空内孔的软胶气囊和填充于所述中空内孔内的发泡芯模，所述软胶气囊通过模具一体制造成型，所述发泡芯模通过向所述中空内孔内填充发泡材料发泡成型。

2.如权利要求1所述的芯模气囊，其特征在于，所述软胶气囊为由液态乳胶或者液态硅胶制成的中空气囊。

3.如权利要求1或2所述的芯模气囊，其特征在于，所述发泡芯模为由EPS发泡材料或者PU发泡材料发泡形成的发泡体。

4.如权利要求1或2所述的芯模气囊，其特征在于，所述软胶气囊的壁厚为0.1mm-3mm。

5.如权利要求1或2所述的芯模气囊，其特征在于，所述软胶气囊的壁厚为1mm-2mm。

6.芯模气囊模组，其特征在于，包括如权利要求1至5任一项所述的芯模气囊和包覆于所述芯模气囊外的中空复合材料制品。

7.如权利要求6所述的芯模气囊模组，其特征在于，所述中空复合材料制品为由碳纤维与热固性树脂复合而成的中空壳体；或者，所述中空复合材料制品为由玻璃纤维与热固性树脂复合而成的中空壳体。

8.如权利要求6或7所述的芯模气囊模组，其特征在于，所述中空复合材料制品为车架或者前叉或者车把或者车圈。

9.如权利要求1至5任一项所述的芯模气囊的制造方法，其特征在于，先通过模具一体制造成型软胶气囊，然后在所述软胶气囊内填充发泡材料发泡形成所述发泡芯模，从而得到由所述软胶气囊和所述发泡芯模构成的芯模气囊。

10.如权利要求9所述的芯模气囊的制造方法，其特征在于，所述软胶气囊的成型方式为：将所述模具加热到100℃-200℃；在所述模具内加入液态胶；将所述模具安装于所述搪胶机上；控制所述搪胶机运转，使所述液态胶涂抹在所述模具的型腔内壁上并形成一层干胶膜；将所述干胶膜放在130℃～160℃的硫化设备内进行硫化形成所述软胶气囊。