CN108297457A - 一种复合材料origami结构吸能装置的制备方法 - Google Patents

一种复合材料origami结构吸能装置的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种复合材料origami结构吸能装置的制备方法，首先将origami橡胶型腔和支撑气囊进行组装，给支撑气囊充轻质气体，再进行origami橡胶型腔表面处理，然后在橡胶型腔表面铺设纤维布并通过真空灌注工艺使纤维布充分浸渍树脂，并固化成型，最后经过脱模工序即可获得复合材料origami结构吸能装置。与现有技术相比，本发明极大程度上解决了采用金属材料制作origami吸能结构时制作成本高、自重大并且origami结构形状尺寸受到限制的问题，适用于制造各种形状和尺寸的origami吸能结构，易于制造并且制造成本低，简单实用易于操作和推广。

Description

一种复合材料origami结构吸能装置的制备方法
技术领域
本发明涉及成型工艺技术领域，尤其是涉及一种复合材料origami结构吸能装置的制备方法。
背景技术
现有的origami吸能装置主要为金属材料制成，通过固定金属圆筒一端，并在金属圆筒另一端施加扭转载荷，通过控制旋转的方向、载荷和速度以及时间得到金属材料制成的origami吸能装置。但由于金属材料自重大，整套制造设备成本高，并且此种方法只能制备较为简单origami pattern形式，因此，若能提供一种自重小、成本低并且origamipattern形式可设计的origami结构吸能装置制备方法，则必然具有重大应用价值。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种复合材料origami结构吸能装置的制备方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种复合材料origami结构吸能装置的制备方法，包括以下步骤：
(1)橡胶型腔与支撑气囊组装：
按照预成型复合材料origami结构的壳体设计橡胶型腔，然后，将设计好的橡胶型腔套在固定设置的支撑气囊外表面，最后，通过气囊充气口对支撑气囊充气，使得支撑气囊膨胀并支撑所述橡胶型腔；
(2)橡胶型腔表面处理：
清洗橡胶型腔表面，再在其表面依次涂抹一层隔离剂和脱模剂；
(3)复合材料origami结构铺设：
按照设计要求将裁剪好的铺设多层纤维布，纤维布与纤维布之间采用定型剂定型；
(4)固化成型：
采用真空灌注工艺往纤维布表面均匀浸渍树脂与固化剂，使得纤维布与树脂、固化剂充分混合，完成后，转移到固化室按成型所需温度和时间固化；
(5)脱模：
固化完成后，排出支撑气囊内部气体，依次拆除支撑气囊与橡胶型腔，即得到由纤维布与树脂复合而成的复合材料origami结构吸能装置。
优选的，步骤(1)中的支撑气囊采用固定支架固定组装。
优选的，步骤(1)中橡胶型腔采用外表面与复合材料origami结构匹配的橡胶平面件弯成圆筒状并胶接形成。
优选的，步骤(2)中所述的隔离剂可以为(广州桐达化工工程有限公司YZS-01橡胶隔离剂)等；所述的脱模剂可以为(东恒化工环氧树脂脱模剂820-NC)等。
优选的，步骤(3)中上下层纤维布的重叠位置错开，保证各层纤维布围绕形成的缝隙都能被其他层所遮挡掉。
优选的，步骤(4)中，真空灌注工艺中采用真空薄膜构建真空体系，并在形成真空负压环境下时使得真空薄膜紧贴铺设的纤维布表面。
优选的，步骤(4)中，固化的温度小于橡胶型腔和支撑气囊等材料体系的玻璃化转变温度。
本发明通过将origami橡胶型腔和支撑气囊进行组装，给支撑气囊充轻质气体，再进行origami橡胶型腔表面处理，然后在橡胶型腔表面铺设纤维布并通过真空灌注工艺使纤维布充分浸渍树脂，并固化成型，最后经过脱模工序即可获得复合材料origami吸能结构。本发明通过设计不同尺寸的支撑气囊即可得到所需吸能装置的尺寸，通过设计不同的橡胶型腔origami pattern得到所需吸能装置的origami pattern(折纸模式)形式，极大程度上解决了采用金属材料制作origami吸能结构时制作成本高、自重大并且origami结构形状尺寸受到限制的问题。本发明的制备方法适用于制造各种形状和尺寸的origami吸能结构，易于制造并且制造成本低，简单实用易于操作和推广。
与现有技术相比，本发明的制备方法实用性强，只需要改变橡胶型腔形状即可用于制造各种origami pattern形式，成本低、自重小，并且吸能效果好的复合材料origami结构吸能装置。
附图说明
图1为本发明的制备流程图；
图2-1为本发明的橡胶型腔的平面时的示意图；
图2-2为本发明的橡胶型腔的弯成圆筒状后的搭接示意图；
图2-3为本发明的橡胶型腔的搭接部位的放大示意图；
图3为橡胶型腔、支撑气囊与固定支架组装时的示意图；
图4为真空环境形成前的构建示意图；
图5为真空环境形成后的构建示意图；
图6为本发明固化成型后整套制备装置的剖视图；
图7为本发明制备的吸能装置的剖视图；
图8为“狗骨头”形式的origami pattern的橡胶型腔示意图；
图9为“斜纹式”origami pattern的橡胶型腔示意图；
图中，1-固定支架，2-支撑气囊，3-气囊充气口，4-橡胶型腔，5-轻质气体，6-隔离剂，7-脱模剂，8-真空薄膜，9-复合材料origami结构吸能装置。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例1
一种复合材料origami结构吸能装置9的制备方法，其流程如图1所示，具体步骤如下：
步骤一、橡胶型腔4和支撑气囊2组装工序
按照预成型复合材料壳体设计要求设计并布置固定支架1、支撑气囊2、气囊充气口3、橡胶型腔4。如图2-1、图2-2和图2-3所示，先将平面状态下的橡胶型腔4完成圆筒状，并用胶接剂(3M公司DP460型号结构胶水)将搭接处粘接好。接着，将粘接好的橡胶型腔4嵌套在支撑气囊2外表面的指定区域，然后通过气囊充气口3给支撑气囊2充入轻质气体5使支撑气囊2膨胀到预定设计的尺寸，搭建好的装置如图3所示。
步骤二、橡胶型腔4表面处理工序
先采用常规清洗剂对橡胶型腔4表面进行清洗，为防止橡胶跟树脂发生化学反应，在其表面均匀涂抹一层隔离剂6(本实施例采用广州桐达化工工程有限公司YZS-01橡胶隔离剂)，然后按照设计需求复合材料origami结构吸能装置9需要从橡胶型腔4表面脱模，将脱模剂7(本实施例采用东恒化工环氧树脂脱模剂820-NC)均匀涂覆在隔离剂6的表面上。
步骤三、复合材料铺设工序
按需求裁剪好纤维布，然后按设计要求将纤维布铺贴到橡胶型腔4表面，为使纤维布定型，先在橡胶型腔4表面喷洒定型剂，铺设第一层纤维布，之后的纤维布层与层之间也通过定型剂固定；为保证复合材料origami结构吸能装置9的力学性能，每一层纤维布的重叠位置错开。
步骤四、固化成型工序
使用真空薄膜8构造真空体系，真空体系的构造前后分别如图4和图5所示，采用真空灌注工艺(形成真空后，因大气压差使真空薄膜8紧贴铺设的纤维布表面，并且树脂在真空压差引导下从进口向出口均匀流动)使得纤维布充分与树脂和固化剂混合，整个阶段一定要保证真空体系不漏气；导流工序完成之后，不破坏真空体系，将复合材料origami结构吸能装置9半成品和其它装置一并转移到固化室，按照成型所需的温度和时间要求进行固化，其中固化温度应小于橡胶型腔4和支撑气囊2等材料体系的玻璃化转变温度，固化完成后的整套装置如图6所示。
步骤五、脱模工序
将支撑气囊2内部轻质气体5排出，先将支撑气囊2拆除。再将橡胶型腔4从复合材料origami结构吸能装置9成品内拆除或者将橡胶型腔4切割后取出，获得复合材料origami吸能装置，其结构如图7所示。
本发明还可以根据需要采用如图8和图9的橡胶型腔4制备相应origami pattern的复合材料origami吸能装置。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种复合材料origami结构吸能装置的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)橡胶型腔与支撑气囊组装：
按照预成型复合材料origami结构的壳体设计橡胶型腔，然后，将设计好的橡胶型腔套在固定设置的支撑气囊外表面，最后，通过气囊充气口对支撑气囊充气，使得支撑气囊膨胀并支撑所述橡胶型腔；
(2)橡胶型腔表面处理：
清洗橡胶型腔表面，再在其表面依次涂抹一层隔离剂和脱模剂；
(3)复合材料origami结构铺设：
按照设计要求将裁剪好的铺设多层纤维布，纤维布与纤维布之间采用定型剂定型；
(4)固化成型：
采用真空灌注工艺往纤维布表面均匀浸渍树脂与固化剂，使得纤维布与树脂、固化剂充分混合，完成后，转移到固化室按成型所需温度和时间固化；
(5)脱模：
固化完成后，排出支撑气囊内部气体，依次拆除支撑气囊与橡胶型腔，即得到由纤维布与树脂复合而成的复合材料origami结构吸能装置。
2.根据权利要求1所述的一种复合材料origami结构吸能装置的制备方法，其特征在于，步骤(1)中的支撑气囊采用固定支架固定组装。
3.根据权利要求1所述的一种复合材料origami结构吸能装置的制备方法，其特征在于，步骤(1)中橡胶型腔采用外表面与复合材料origami结构匹配的橡胶平面件弯成圆筒状并胶接形成。
4.根据权利要求1所述的一种复合材料origami结构吸能装置的制备方法，其特征在于，步骤(3)中每一层纤维布的重叠位置错开。
5.根据权利要求1所述的一种复合材料origami结构吸能装置的制备方法，其特征在于，步骤(4)中，真空灌注工艺中采用真空薄膜构建真空体系，并在形成真空负压环境下时使得真空薄膜紧贴铺设的纤维布表面。
6.根据权利要求1所述的一种复合材料origami结构吸能装置的制备方法，其特征在于，步骤(4)中，固化的温度小于橡胶型腔和支撑气囊的玻璃化转变温度。
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