CN109795137A - 用于在树脂材料工件的模制中固定加强纤维的方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于在树脂材料工件的模制中固定加强纤维的方法，其包括：获取步骤，其中获取用于制造工件的树脂材料的粘度温度曲线；确定步骤，其中根据粘度温度曲线确定树脂材料的低粘度平台的温度范围；以及固定步骤，其中将在温度范围中的树脂材料喷射在加强纤维上以将加强纤维固定在用于模制树脂材料工件的模具上。本发明还涉及一种用于在本发明的方法中固定加强纤维的喷射装置，其包括用于容纳树脂材料的容器、喷嘴、压缩空气源、将喷嘴与压缩空气源连接的气体管路和将喷嘴与容器连接的流体管路，还包括加热器件、测温器和加热控制系统，加热控制系统与加热器件、测温器连接并且能够控制加热器件从而控制容器内的树脂材料处于低粘度平台。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于在树脂材料工件的模制中固定加强纤维的方法，本发明还涉及一种用于在所述方法中固定加强纤维的喷射装置。
背景技术
在树脂材料工件的模制过程中，通常需要在工件中加入加强纤维(例如碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维等)以对工件的性能进行加强，为此需要在制备工件之前将加强纤维铺贴在用于模制树脂材料工件的模具上并固定和定位，特别是对于具有大曲率或结构形式复杂的型面的工件而言，加强纤维的铺贴定位更为重要。一般来说，传统的铺贴定位方法包括对加强纤维表面预先喷涂定型剂，或采用缝合、编织等机械手段进行加强纤维的定位。
特别地，对于航空领域所使用的工件的制造来说，通常采用模制工艺，并且作为原料所采用的成型树脂材料多数为高温固化体系，即需要加热至高温进行固化。若采用在加强纤维的表面喷涂定型剂的方式进行铺贴定位，由于当前所采用的用于在模具中铺贴定位加强纤维的定型剂通常为低温固化体系，定型剂与后续加热的成型树脂材料之间容易产生材料相容性问题。若采用机械手段进行加强纤维的铺贴定位，则机械设备在预成型制备过程中容易对加强纤维本身及其力学取向造成损伤。因此，这两种方法均容易对零件造成制造性能的负面影响。
有鉴于此，对于质量要求很高的航空领域的工件制造来说，亟需寻找一种能对加强纤维进行高效定位，且对工件的树脂材料本身及其制造过程不产生任何影响的铺贴定位或固定的方法。
发明内容
基于现有技术中在纤维铺贴定位的过程中，定型剂可能与纤维产生材料相容性问题或机械定位可能产生纤维损伤的情况，本发明提供一种新型的用于在树脂材料工件的模制中固定加强纤维的方法及用于该方法的喷射装置，其能够实现用于制造工件的树脂材料在加强纤维表面的均匀分布，并实现加强纤维的粘接，到达固定和定位的效果。
为了实现以上目的，根据本发明的用于在树脂材料工件的模制中固定加强纤维的方法包括：获取步骤，其中获取用于制造工件的树脂材料的粘度温度曲线；确定步骤，其中根据粘度温度曲线确定树脂材料的低粘度平台的温度范围；以及固定步骤，其中将在温度范围中的树脂材料喷射在加强纤维上以将加强纤维固定在用于模制树脂材料工件的模具上。
根据本发明的一种优选技术方案，还包括压实步骤，其中利用真空将加强纤维压实在用于模制树脂材料工件的模具上。优选地，利用真空袋、密封胶条、抽气管实现压实步骤，其中，将真空袋覆盖已固定在模具上的加强纤维并在周围利用密封胶条进行密封，抽气管插入密封的真空袋中，通过抽取空气造成的真空袋中的负压使得加强纤维受力均匀地被压在模具上。
根据本发明的一种优选技术方案，可以在加强纤维与模具之间设有隔离层，由此避免在利用真空压实期间加强纤维与真空袋的粘结，进而在压实步骤之后移除真空袋时损伤加强纤维。
根据本发明的一种优选技术方案，可以在加强纤维与真空袋之间设有隔离层，由此能够在压实步骤之后，意图对加强纤维的位置进行调整时简单地通过从模具剥离隔离层就将加强纤维整体地与模具分离，从而避免在对已经固定的加强纤维进行操作时的损伤。
根据本发明的一种优选技术方案，隔离层是四氟布，也可以是由其他能够实现隔离的材料构成。
根据本发明的一种优选技术方案，在压实步骤中进行加热，以保持温度范围。由此，将树脂材料保持在其低粘度平台的温度范围，从而能够在压实步骤之后继续利用保持树脂材料的低粘度特性，以进行后续可能的其他操作。
根据本发明的一种优选技术方案，在低粘度平台中树脂材料的粘度为250-300CPs。优选地，低粘度平台不小于2小时。
根据本发明的一种优选技术方案，树脂材料是具有低粘度平台的树脂，特别是环氧树脂、不饱和聚酯、酚醛树脂，例如由美国Cytec公司生产的CYCOM890环氧树脂、美国Cytec公司生产的EP2400环氧树脂和美国Hexcel公司生产的RTM6-2环氧树脂。
根据本发明，还提供一种用于在前述方法中固定加强纤维的喷射装置，该喷射装置包括用于容纳树脂材料的容器、喷嘴、压缩空气源、将喷嘴与压缩空气源连接的气体管路和将喷嘴与容器连接的流体管路，其中，喷射装置还包括加热器件、测温器和加热控制系统，加热控制系统与加热器件、测温器连接并且能够控制加热器件从而控制容器内的树脂材料处于低粘度平台。
根据本发明的一种优选技术方案，加热器件是包围在容器外周的加热丝，并在加热丝外可以包裹有保温层。优选地，测温器是插入容器内的热电偶。
通过本发明，在固定加强纤维时不会对后续结构成型的工艺参数(如树脂灌注温度、树脂灌注压力、树脂灌注时间、树脂固化温度、树脂固化时间、成型压力或真空度等)造成任何影响，并且由于在固定加强纤维时并未采用不同的材料，不会对成型材料体系的相容性造成影响。
附图说明
在附图中示出了根据本发明的有利的实施方案。在附图中：
图1示出了根据本发明的用于在树脂材料工件的模制中固定加强纤维的方法的流程图；
图2示出了根据本发明的压实步骤的示意图；以及
图3示出了根据本发明的用于在根据本发明的方法中固定加强纤维的喷射装置。
具体实施方式
下面，将参照附图详细描述根据本发明的用于在树脂材料工件的模制中固定加强纤维的方法和在本发明的方法中固定加强纤维的喷射装置的具体实施方式。以下所给出的仅仅是根据本发明的优选实施方式，本领域技术人员可以在所述优选实施方式的基础上想到能够实现本发明的其他方式，所述其他方式同样落入本发明的范围内。
本发明的构思在于，对于使用树脂材料来模制的工件，通过控制温度将用于制造工件的树脂材料的粘度控制在适当水平，并将其喷射至加强纤维的表面，利用树脂材料的粘性对加强纤维进行固定。
参见图1，其示出了根据本发明的用于在树脂材料工件的模制中固定加强纤维的方法的流程图。具体地，根据本发明的方法包括：获取步骤，其中获取用于制造工件的树脂材料的粘度温度曲线；确定步骤，其中根据粘度温度曲线确定树脂材料的低粘度平台的温度范围；以及固定步骤，其中将在温度范围中的树脂材料喷射在加强纤维上以将加强纤维固定在用于模制树脂材料工件的模具上。优选地，在低粘度平台中树脂材料的粘度为250-300CPs，低粘度平台不小于2小时。此外，树脂材料优选是具有低粘度平台的树脂，特别是环氧树脂、不饱和聚酯、酚醛树脂，例如由美国Cytec公司生产的CYCOM890环氧树脂、美国Cytec公司生产的EP2400环氧树脂和美国Hexcel公司生产的RTM6-2环氧树脂。
根据本发明的方法还可以包括压实步骤，其中利用真空将加强纤维压实在用于模制树脂材料工件的模具上。参见图2，其示出了根据本发明的压实步骤的示意图。其中，将真空袋覆盖已固定在模具上的加强纤维并在周围利用密封胶条进行密封，抽气管插入密封的真空袋中，通过抽取空气造成的真空袋中的负压使得加强纤维受力均匀地被压在模具上。优选地，可以在加强纤维与模具之间设有隔离层，由此避免在利用真空压实期间加强纤维与真空袋的粘结，进而在压实步骤之后移除真空袋时损伤加强纤维。还优选地，可以在加强纤维与真空袋之间设有隔离层，由此能够在压实步骤之后，意图对加强纤维的位置进行调整时简单地通过从模具剥离隔离层就将加强纤维整体地与模具分离，从而避免在对已经固定的加强纤维进行操作时的损伤。其中，隔离层优选地是四氟布，也可以是由其他能够实现隔离的材料构成。此外，还可以在压实步骤中进行加热，以保持温度范围。由此，将树脂材料保持在其低粘度平台的温度范围，从而能够在压实步骤之后继续利用保持树脂材料的低粘度特性，以进行后续可能的其他操作。
参见图3，其示出了根据本发明的用于在根据本发明的方法中固定加强纤维的喷射装置。该喷射装置包括用于容纳树脂材料的容器、喷嘴、压缩空气源、将喷嘴与压缩空气源连接的气体管路和将喷嘴与容器连接的流体管路，其中，喷射装置还包括加热器件、测温器和加热控制系统，加热控制系统与加热器件、测温器连接并且能够控制加热器件从而控制容器内的树脂材料处于低粘度平台，其温度控制范围例如在±5℃。加热器件优选是包围在容器外周的加热丝，并在加热丝外可以包裹有保温层、例如保温棉。测温器优选是插入容器内的热电偶，向加热控制系统提供温度参数。
根据本发明的用于在树脂材料工件的模制中固定加强纤维的方法及用于该方法的喷射装置适用于大多数具有低粘度平台的树脂材料和复合材料成型工艺，因此具有较强的普遍适应性。
鉴于在此结合优选的实施例已经对本发明进行了演示和描述，显而易见，在符合本发明权利要求预期的广泛范围内可以进行变型、替换和附加。
Claims (13)
1.一种用于在树脂材料工件的模制中固定加强纤维的方法，其特征在于，所述方法包括：
获取步骤，其中获取用于制造工件的树脂材料的粘度温度曲线；
确定步骤，其中根据所述粘度温度曲线确定所述树脂材料的低粘度平台的温度范围；以及
固定步骤，其中将在所述温度范围中的所述树脂材料喷射在所述加强纤维上以将所述加强纤维固定在用于模制所述树脂材料工件的模具上。
2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括压实步骤，其中利用真空将所述加强纤维压实在用于模制所述树脂材料工件的模具上。
3.按照权利要求2所述的方法，其特征在于，利用真空袋、密封胶条、抽气管实现所述压实步骤。
4.按照权利要求3所述的方法，其特征在于，在所述压实步骤中，在所述加强纤维与所述模具之间和/或在所述加强纤维与所述真空袋之间设有隔离层。
5.按照权利要求4所述的方法，其特征在于，所述隔离层是四氟布。
6.按照前述权利要求2至5中任一项所述的方法，其特征在于，在所述压实步骤中进行加热，以保持所述温度范围。
7.按照前述权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于，在所述低粘度平台中所述树脂材料的粘度为250-300CPs。
8.按照前述权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于，所述低粘度平台不小于2小时。
9.按照前述权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于，所述树脂材料是具有低粘度平台的树脂。
10.按照权利要求9所述的方法，其特征在于，所述树脂材料是环氧树脂、不饱和聚酯、酚醛树脂。
11.一种用于在按照前述权利要求中任一项所述的方法中固定加强纤维的喷射装置，所述喷射装置包括用于容纳树脂材料的容器、喷嘴、压缩空气源、将所述喷嘴与所述压缩空气源连接的气体管路和将所述喷嘴与所述容器连接的流体管路，其特征在于，所述喷射装置还包括加热器件、测温器和加热控制系统，所述加热控制系统与所述加热器件、所述测温器连接并且能够控制加热器件从而控制所述容器内的树脂材料处于低粘度平台。
12.按照权利要求11所述的喷射装置，其特征在于，所述加热器件是包围在所述容器外周的加热丝。
13.按照权利要求11或12所述的喷射装置，其特征在于，所述测温器是插入所述容器内的热电偶。
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