CN108638538A - 一种简易复合材料网格制件成型方法 - Google Patents

一种简易复合材料网格制件成型方法 Download PDF

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谢昌江
钱京
陈明新
刘伟
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Jiangsu Hengshen Co Ltd
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    • B29C70/00—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
    • B29C70/04—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
    • B29C70/28—Shaping operations therefor
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    • B29C70/38—Automated lay-up, e.g. using robots, laying filaments according to predetermined patterns
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Abstract

本发明是一种简易复合材料网格制件成型方法，所成型结构为薄壁结构，采用简易圆筒模具成型，所述成型方法包括如下步骤：（1）模具安装定位；（2）网格缠绕；（3）薄膜缠绕；（4）固化；（5）脱模。本发明成型方法模具设计简单，脱模方式简单、缠绕设备要求低，制件表观较好，可用于批量生产，生产效率高、成本低。

Description

一种简易复合材料网格制件成型方法
技术领域
本发明属于复合材料工艺制造领域，具体的说是一种简易复合材料网格制件成型方法。
背景技术
复合材料格栅结构具有极高的比强度与比刚度性能，且结构稳定性突出。与传统的金属结构制品相比，复合材料格栅结构可设计性更强，通过参数进行优化更容易实现轻质、高强，常用的复合材料网格结构通常是圆筒或圆锥壳形式，应用于火箭整流罩、级间段，飞机机身，导弹筒体等，大都采用网格筋、蒙皮共固化或共胶结的方式成型。
国内关于网格格栅结构方面的研究，大都偏向于仿真分析、试验研究等，对如何以简易的方法成型网格制件鲜有报道，例如，国内研究院校较为典型的哈尔滨工艺大学关于金子塔点阵圆柱壳、四面体复合材料点阵夹芯板等的研究，采用预浸料铺贴、热压固化，而类似的北京大学《一种金字塔型复合材料三维点阵夹芯结构的制备方法》分段制作，再组装，偏于实际生产，应用价值较大。
大部分关于网格制件的研究、制造，结构较为复杂，几乎都选择了预浸料作为主材料，配合较为复杂的网格模具，采用较为昂贵的热压/热膨胀固化成型，辅以高精度的CNC加工，最终制件缺陷少、尺寸精度高。但由于设计难度高，原材料成本高昂，模具、加工、成型过程投入大。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种简易、低成本的纤维复合材料圆柱网格薄壁制件的成型方法。
为了达到上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明是一种简易复合材料网格制件成型方法，所成型结构为薄壁结构，采用简易圆筒模具成型，所述成型方法包括如下步骤：
（1）模具安装定位：将模具安装在缠绕机上，并定位；；
（2）网格缠绕：按照网格制件尺寸设计线型并上机调试，确保筒身段稳定网格缠绕，采用湿法缠绕，缠绕机按照设计线型缠绕，调整、控制工作现场温湿度，缠绕完成后，切断封头纤维；
（3）薄膜缠绕：手动或利用简易薄膜缠绕工装，在模具筒身缠绕薄膜；
（4）固化：按照制件的固化制度旋转固化；
（5）脱模：拆除制件表面的薄膜，沿切割槽线切割制件，将封头部分的残余制件脱出，然后再利用脱管机或其他设备/工具脱出制件。
本发明的进一步改进在于：所述简易圆筒模具筒身无开槽，两端封头为球形或椭圆形，筒身与封头交界线处设计切割槽。
本发明的进一步改进在于：所述薄膜的耐温温度高于制件的最高成型温度，薄膜的宽度为10mm-100mm、厚度为20um-100um。
本发明的进一步改进在于：所述薄膜为PE或PET或PA。
本发明的进一步改进在于：所述步骤（4）的固化制度为旋转固化的升温速率为0-3℃/min，旋转速度为1r/min-30r/min。
本发明的进一步改进在于：所述湿法缠绕所用纤维为碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维中的一种或多种混杂。
本发明的有益效果是：（1）模具设计简单，无需考虑开槽及复杂的脱模形式；（2）脱模方式简单、快捷；（3）缠绕设备要求简单，无需高精度设备；（4）无需采用高昂的热压罐固化，制件表观较好；（5）可用于批量生产，生产效率高、成本低。
本发明成型方法模具设计简单，脱模方式简单、缠绕设备要求低，制件表观较好，可用于批量生产，生产效率高、成本低。
附图说明
图1是本发明网格结构制件图。
图2 是本发明实施例一网格结构单元图。
具体实施方式
为了加深对本发明的理解，下面将结合附图和实施例对本发明做进一步详细描述，该实施例仅用于解释本发明，并不对本发明的保护范围构成限定。
实施例一
以附图1网格结构单元为例，假定成型网格结构制品内径为138mm，长600mm，筋条厚2mm，网格结构单元如图2所示，缠绕角为30°。
模具长1m，直径138mm，两端带封头，可实现30°测地线缠绕，模具筒身无开槽，封头与筒身交界处有约宽2mm、深2mm的环向切割槽。具体的成型方法包括以下步骤：
（1）模具准备：用抹布蘸取丙酮擦拭干净模具表面，去除模具表面油污、杂质，待丙酮挥发干净后，在模具表面均匀涂抹2遍脱模剂，模具晾干30min后将模具安装在缠绕机上；
（2）物料准备：将纤维放置在烘箱中，80℃保温4h，烘干纤维；
（3）配制树脂：按照树脂的配比配制约1Kg树脂，重复搅拌后待用；
（4）网格湿法缠绕：将树脂倒入缠绕机胶槽中，按照铺层顺序开始缠绕。螺旋缠绕线型按照网格缠绕设计，封头及筒身都按照测地线稳定缠绕，环向缠绕先定位，后缠绕，完成所有设计铺层的缠绕后，在切割槽位置环向缠绕约2~10层的纤维，然后将封头上的纤维切割清除；
（5）采用宽100mm、厚0.05mm的聚酯薄膜PET，从模具一端环向缠绕至模具另一端，最后用压敏胶带固定；
（6）将模具放入烘箱，连接旋转装置，旋转固化，固化制度为：100℃/2h+120℃/6h，即先在100℃下固化2小时，再在120℃下固化6小时，旋转固化的升温速率为2℃/min，转速为6r/min，固化完成后关闭烘箱，制件随炉冷却；
（7）脱模：待烘箱温度冷却至70℃以下时，打开烘箱，清除制件表面的聚酯薄膜，将制件移除烘箱，用切割机沿模具两端的切割槽切断封头部分的残余部分制件，最后用脱管机将制件脱出；
（8）加工：采用简易加工工装，清除制件网格边缘的树脂碎屑，按照设计尺寸切割、打磨即可。

Claims (6)

1.一种简易复合材料网格制件成型方法，所成型结构为薄壁结构，采用简易圆筒模具成型，其特征在于：所述成型方法包括如下步骤：
（1）模具安装定位：将模具安装在缠绕机上，并定位；
（2）网格缠绕：按照网格制件尺寸设计线型并上机调试，采用湿法缠绕，缠绕机按照设计线型缠绕，调整、控制工作现场温湿度，缠绕完成后，切断封头纤维；
（3）薄膜缠绕：手动或利用简易薄膜缠绕工装，在模具筒身缠绕薄膜；
（4）固化：按照制件的固化制度旋转固化；
（5）脱模：拆除制件表面的薄膜，沿切割槽线切割制件，将封头部分的残余制件脱出，然后再脱出制件。
2.根据权利要求1所述简易圆筒模具，其特征在于：模具筒身无开槽，两端封头为球形或椭圆形，筒身与封头交界线处设计切割槽。
3.根据权利要求1所述一种简易复合材料网格制件成型方法，其特征在于：所述薄膜的耐温温度高于制件的最高成型温度，薄膜的宽度为10mm-100mm、厚度为20um-100um。
4.根据权利要求1或3所述一种简易复合材料网格制件成型方法，其特征在于：所述薄膜为PE或PET或PA。
5.根据权利要求1所述一种简易复合材料网格制件成型方法，其特征在于：所述步骤（4）的固化制度为旋转固化的升温速率为0-3℃/min，旋转速度为1r/min-30r/min。
6.根据权利要求1所述一种简易复合材料网格制件成型方法，其特征在于：所述湿法缠绕所用纤维为碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维中的一种或多种混杂。
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