CN109866438A - 用于灌注成型t型带筋复合材料制品的模具、装置及灌注成型方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供用于灌注成型T型带筋复合材料制品的模具、装置及灌注成型方法，模具包括：复合材料模具，具有模腔，适于灌注成型T型带筋复合材料制品基础结构，复合材料模具设有第一沟槽，位于T型带筋复合材料制品的筋板位置处；辅助模具，放置于第一沟槽中，且一侧与第一沟槽内壁贴合，另一侧与第一沟槽内壁形成第二沟槽，第二沟槽适于灌注成型T型带筋复合材料制品筋板；装置包括模具和真空灌注辅助结构。该模具、装置及灌注成型方法通过将成型模具设计为筋板位置预设大截面沟槽，沟槽内放置辅助模具，构成可形成筋板的间隙，实现复合材料带筋制品的一体灌注成型，实现增强材料的连续性，提高制品结构力学强度、减少二次定位的粘结工序。

Description

用于灌注成型T型带筋复合材料制品的模具、装置及灌注成型 方法

技术领域

本发明属于复合材料模具技术领域，具体涉及用于灌注成型T型带筋复合材料制品的模具、装置及灌注成型方法。

背景技术

复合材料指由两种或两种以上的不同性质或不同组织的组分构成的材料，一般由基体和增强材料构成，其中连续分布的组分为基体，例如聚合物树脂基体等，纤维、颗粒、晶须等分散在基体中，可改进其机械性能的高强度材料称为增强材料。复合材料制品的成型一般包括将预浸料按产品要求，铺置成一定形状，然后固化成型形成复合材料制品。

对于相对平顺简单易脱模的复合材料制品通常可在复合材料模具上采用真空灌注使基体材料浸润增强材料的工艺成型；而对于复杂的制品如T型件、大弧面上有多条突起的筋条等结构，其中，筋条又可称之为筋板或加强筋，传统方法中多采用分体成型方式分别单独成型，固化脱模后，再用定位工装或者夹具，借助树脂腻子或者结构胶二次粘接，局部补强的成型工艺。但是，这样对于复合材料结构来说增强材料玻璃纤维本身不连续，不利于其结构稳定；同时二次作业增加了各种作业工序，劳动量加大，成本上升，特别是对于批量生产带来诸多难题。

发明内容

本发明解决的技术问题是提供用于灌注成型T型带筋复合材料制品的模具、装置及灌注成型方法，通过将原传统成型模具设计为筋板位置预设大截面沟槽，在沟槽内放置预成型辅助模具，在沟槽与辅助模具间构成可形成筋板的间隙，实现复合材料带筋制品的一体灌注成型。

为了解决上述问题，本发明提供用于灌注成型T型带筋复合材料制品的模具，包括：

复合材料模具，复合材料模具具有模腔，模腔适于灌注成型T型带筋复合材料制品的基础结构，复合材料模具设有第一沟槽，第一沟槽位于T型带筋复合材料制品的筋板位置处；

辅助模具，辅助模具放置于第一沟槽中，且一侧与第一沟槽的内壁贴合，另一侧与第一沟槽的内壁形成第二沟槽，第二沟槽适于灌注成型T型带筋复合材料制品的筋板。

技术方案中，优选的，辅助模具为硅橡胶材质。

技术方案中，优选的，辅助模具在垂直于第二沟槽深度方向上的横截面宽度为50-120mm。

本发明的另一目的是提供用于灌注成型T型带筋复合材料制品的装置，包括上述用于灌注成型T型带筋复合材料制品的模具和真空灌注辅助结构。

技术方案中，优选的，真空灌注辅助结构包括：脱模布、导流管、抽气管、导流网和真空袋膜，脱模布铺设于模腔的上方，导流管、抽气管和导流网铺设于脱模布的上方，真空袋膜密封于复合材料模具的顶部，抽气管的一端与抽真空装置连接，导流管的一端与注胶装置连接。

本发明的再一目的是提供T型带筋复合材料制品的灌注成型方法，包括以下步骤：

第一步、取上述的用于灌注成型T型带筋复合材料制品的装置，对复合材料模具和辅助模具进行表面处理；

第二步、在表面处理后的复合材料模具的模腔中及第一沟槽中铺放增强材料；

第三步、将表面处理后的辅助模具放入经第二步处理后的第一沟槽中；

第四步、在增强材料上设置真空灌注辅助结构；

第五步、向用于灌注成型T型带筋复合材料制品的模具中真空灌注第一固化剂与第一树脂基体材料的混合物；

第六步、将第五步得到的产品固化成型，并脱模，得到T型带筋复合材料制品。

技术方案中，优选的，还包括制作辅助模具的步骤，具体包括：

使用数控加工的方法得到辅助模具的阳模；使用辅助模具的阳模通过浇筑成型得到辅助模具。

技术方案中，优选的，使用辅助模具的阳模浇筑成型获得辅助模具的步骤包括：

(a)将第二树脂基体材料与第二固化剂的混合物填充入辅助模具的阳模中，然后进行固化；

(b)将固化后的产品加热保温，然后降温；

(c)向降温后的辅助模具的阳模中再次填充第二树脂基体材料与第二固化剂的混合物，进行二次成型；

(d)对二次成型后的产品进行固化、脱模，得到辅助模具。

技术方案中，优选的，在将第二树脂基体材料与第二固化剂的混合物填充入辅助模具的阳模之前，将第二树脂基体材料与第二固化剂的混合物真空脱泡处理。

技术方案中，优选的，还包括制作复合材料模具的步骤，具体包括：

使用数控加工的方法得到复合材料模具的阳模；使用复合材料模具的阳模通过浇筑成型得到复合材料模具。

本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：

该用于灌注成型T型带筋复合材料制品的模具、装置及灌注成型方法：

1.通过将原传统成型模具设计为筋板位置预设大截面沟槽，在沟槽内放置预成型的辅助模具，在成型模具上整体铺设连续的增强材料，利用辅助模具进行定位和间隙的填充，实现了T型件或带筋板的复合材料制品的一体真空灌注成型，与现有技术中的分体多次成型，再采用二次定位粘接的工艺成型方式相比，该T型带筋复合材料制品的灌注成型方法可实现增强材料的连续性，提高制品的结构力学强度；

2.同时能够利用真空灌注工艺一体成型，减少了二次定位的粘结工序，使得制品尺寸准确，工序减少，质量提升，有利于批量生产；

3.产品固化后脱模时可将制品与辅助模具一并脱出，然后再将制品与辅助模具分离，辅助模具重复利用，可解决复杂制件脱模困难的问题。

附图说明

图1是本发明实施例所述的用于灌注成型T型带筋复合材料制品的装置的结构示意图；

图2是本发明实施例所述的用于灌注成型T型带筋复合材料制品的模具中复合材料制品一体成型后的结构示意图。

其中：1-复合材料模具；2-第一沟槽；3-辅助模具；4-第二沟槽；5-脱模布；6-导流管；7-导流网；8-真空袋膜；9-抽真空装置；10-注胶装置；11-T型带筋复合材料制品；12-加强材料；13-抽气管。

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做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。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

现有技术中，对于例如T型件、大弧面上有多条突起的筋条等结构的结构复杂的复合材料制品，一般采用分体多次成型，然后二次定位粘接的工艺成型的方法，但对于分体多次成型工艺来说，增强材料玻璃纤维本身不连续，不利于其结构稳定，同时二次作业增加了各种作业工序，劳动量加大，成本上升。

为了解决这一问题，如图1、图2所示，本发明提供了用于灌注成型T型带筋复合材料制品的装置，包括：

复合材料模具1，复合材料模具1具有模腔，适于灌注成型T型带筋复合材料制品的基础结构，复合材料模具1上设有第一沟槽2，第一沟槽2设于T型带筋复合材料制品的筋板位置处；

辅助模具3，辅助模具3放置于第一沟槽2中，一侧与第一沟槽2的内壁贴合，另一侧与第一沟槽2的内壁形成第二沟槽4，第二沟槽4适于灌注成型T型带筋复合材料制品的筋板，在垂直于第二沟槽4深度方向的横截面上，第二沟槽4的宽度与T型带筋复合材料制品的筋板的宽度相同。

其中，复合材料模具1和辅助模具3的结构和尺寸根据实际所要制备的复合材料制品的特征进行分体设计，复合材料模具1的结构和尺寸根据所要制备的复合材料制品的上部分基础结构设计，辅助模具3的尺寸依据所要制备的复合材料制品的筋板处的尺寸和复合材料模具1中的第一沟槽2的尺寸进行设计，使辅助模具3放置于第一沟槽2中时与第一沟槽2形成的第二沟槽4的结构和尺寸与筋板一致。真空灌注前整体铺入加强材料12，真空灌注后复合材料模具1中形成T型件或带筋制品的上部分基础结构，第二沟槽4中形成T型件或带筋制品的筋板，从而在真空灌注时可在该模具中一体灌注成型制得T型带筋复合材料制品11。

该模具通过将原传统成型模具设计为筋板位置预设大截面沟槽，在沟槽内放置辅助模具，利用辅助模具进行定位和间隙的填充，可实现复合材料带筋制品的一体灌注成型，制得的带筋制品中基础结构部分与筋板处的增强材料连续，可使复合材料制品的结构力学强度大大提高；且真空灌注一体成型，减少了二次定位的粘结工序，制品尺寸准确，工序减少，质量提升，有利于批量生产；产品固化后脱模时可将制品与辅助模具3一并脱出，可解决复杂制件脱模困难的问题。

其中，辅助模具3可选但不限于硅橡胶材质，可使用硅橡胶树脂与固化剂混合后浇筑固化成型获得，产品脱模后，与制品一起脱出的硅橡胶体可重复利用。

考虑到辅助模具制作成型的难易程度，在垂直于第二沟槽4深度方向的横截面上，辅助模具的宽度尺寸最好选择50-120mm。

本发明的另一目的是提供用于灌注成型T型带筋复合材料制品的装置，如图1、图2所示，包括上述的用于灌注成型T型带筋复合材料制品的模具和真空灌注辅助结构。真空灌注辅助结构用于对上述模具进行密封，并向其中真空灌注树脂材料。

进一步的，真空灌注辅助结构包括：脱模布5、导流管6、抽气管13、导流网7和真空袋膜8，脱模布5铺设于填充在模腔中的增强材料层12的上方，导流管6、抽气管13和导流网7铺设于脱模布5的上方，真空袋膜8密封于复合材料模具的顶部，抽气管13的一端与抽真空装置9连接，导流管6的一端与注胶装置10连接。将增强材料层12铺设于上述模具中复合材料模具1及其筋板位置处设置的第一沟槽2中后，根据设计向第一沟槽2中放入辅助模具3，然后在铺设的增强材料层上依次铺设脱模布5、导流管6、抽气管13和导流网7，再将真空袋膜8铺设于复合材料模具顶部并进行密封，导流管6的一端从真空袋膜8上设置的抽气口伸出，抽气口与抽真空装置9的抽气管连接，抽气管13的一端从真空袋膜8上设置的进胶口伸出，进胶口与注胶装置10的出胶管连接，抽真空装置9将其中的空气抽净，同时注胶装置10提供的加入固化剂的树脂基体材料被真空吸入导流管6中，经导流管6的引流，并经导流网7分布至增强材料的不同部位处，将增强材料完全浸润，完成一体灌注成型工艺。

需要说明的是，所述增强材料包括但不限于玻璃纤维，本实施例中，所述增强材料为玻璃纤维，本领域技术人员还可以根据实际情况选择其他材料作为增强材料。

本发明的再一目的是提供T型带筋复合材料制品的灌注成型方法，包括以下步骤：

第一步、取上述的用于灌注成型T型带筋复合材料制品的装置，对复合材料模具和辅助模具进行表面处理；

具体的，表面处理包括将复合材料模具和辅助材料模具表面过水砂、抛光、然后打好脱模剂，以方便固化完成后的脱模过程；

第二步、在表面处理后的复合材料模具的模腔中及第一沟槽中铺放增强材料；

具体的，按照复合材料制品结构的设计铺放增强材料，实现增强材料在复合材料模具中及第一沟槽中筋板部位的连续铺放；

第三步、将表面处理后的辅助模具放入经第二步处理后的第一沟槽中；

第四步、在增强材料上铺设真空灌注辅助结构；

具体的，包括在增强材料上依次铺设脱模布、导流管和导流网，并使用真空袋膜将整体模具顶部密封，将导流管两端分别与抽真空装置和注胶装置连接；

第五步、向T型带筋复合材料制品一体灌注成型的模具中真空灌注第一固化剂与第一树脂基体材料的混合物；

先打开抽真空装置，抽走增强材料中的气体，然后打开注胶装置，通过真空的负压将树脂基体材料吸入并使其浸润增强材料；

其中，第一树脂基材料与第一固化剂均为现有技术中常规产品，本领域技术人员可根据实际所要生产的复合材料制品的材质进行选择，本实施例中，仅提供一种具体的实现方式，第一树脂基材料使用环氧树脂实现，具体的，使用瀚森公司生产的RIM935环氧树脂；第一固化剂用于使第一树脂基材料固化，第一固化剂选择瀚森公司生产的RIM937固化剂。

第六步、将第五步得到的产品固化成型，并脱模，得到T型带筋复合材料制品。

具体的，脱模包括将固化后的产品与辅助模具一体脱模，然后将固化后的产品与辅助模具分离，辅助模具可重复利用。

其中，进一步优选的，还包括在第三步之前进行辅助模具的制作步骤，辅助模具的制作步骤包括：

使用数控机床根据辅助模具的设计加工得到辅助模具的阳模；使用辅助模具的阳模通过浇筑成型得到辅助模具。

更优选的，浇筑成型获得辅助模具的步骤包括：

(a)将第二树脂基体材料与第二固化剂的混合物填充入辅助模具的阳模中，然后进行固化；

(b)将固化后的产品加热保温，然后降温；

(c)向降温后的辅助模具的阳模中再次填充第二树脂基体材料与第二固化剂的混合物，进行二次成型；

(d)对二次成型后的产品进行固化、脱模得到辅助模具。

由于浇筑成型后得到的辅助模具长度过长时，降温后其长度会出现一定程度的收缩，因此，对固化成型后的辅助模具再次浇筑，二次成型，可使辅助模具的尺寸更准确。

其中，第二树脂材料与第二固化剂均为现有技术中常规产品，本领域技术人员可根据实际所要生产的辅助模具的材质进行选择，本实施例中，仅提供一种具体的实现方式，本实施例中第二树脂材料为硅橡胶环氧树脂，制得的辅助模具为硅橡胶体，具体的，使用蔼可颂公司生产的ESSIL3038环氧树脂；第二固化剂用于使硅橡胶环氧树脂固化，本实施例中选择蔼可颂公司生产的ESSIL3038催化剂。

进一步优选的，将第二树脂材料与第二固化剂混合后，还放入负压室进行真空脱泡处理，然后再将混合材料填充入辅助模具的阳模进行浇筑，可防止材料中的气体在浇筑时产生气泡，影响辅助模具的质量。

进一步优选的，使用辅助模具的阳模浇筑成型获得辅助模具的步骤中，对固化后的产品进行加热的温度范围为70-90℃，保温时长为16-32小时。

其中，还包括在第一步之前进行复合材料模具的制作步骤，复合材料模具的制作步骤包括：

使用数控机床加工得到复合材料模具的阳模；使用复合材料模具的阳模通过浇筑成型得到复合材料模具。

该T型带筋复合材料制品的灌注成型方法通过将原传统成型模具设计为筋板位置预设大截面沟槽，在沟槽内放置预成型的辅助模具，在成型模具上整体铺设连续的增强材料，利用辅助模具进行定位和间隙的填充，实现了T型件或带筋板的复合材料制品的一体真空灌注成型，可实现增强材料的连续性，提高制品的结构力学强度；同时能够利用真空灌注工艺一体成型，减少了二次定位的粘结工序，使得制品尺寸准确，工序减少，质量提升，有利于批量生产。

下面结合具体实施例对本发明的一体灌注成型生产T型带筋复合材料制品的方法的具体实施方式做进一步介绍：

实施例一

本实施例所述的T型带筋复合材料制品的灌注成型方法的具体步骤如下：

1)模具的整体设计：

根据复合材料制品的特征进行模具的分体设计，并对模具上筋板位置重点处理。将模具分体设计为两部分，复合材料模具和辅助模具，复合材料模具即为传统的模具部分，用于形成T型件或带筋板制品的基础结构部分，辅助模具使用硅橡胶体，用于与复合材料模具配合构成可形成T型件或带筋制品的筋板处的结构。复合材料模具上预留大尺寸沟槽，沟槽的截面尺寸以易于成型硅橡胶体为宜，硅橡胶体的截面尺寸一般以50～120mm为宜，沟槽横向截面宽度为制品T型筋板厚度加上硅橡胶体的截面宽度，同时需要设计一定的拔模斜度和圆角，以利于后续制品成型后的脱模。

2)复合材料模具的阳模的制作：

按照上述模具设计进行复合材料模具的阳模成型，采用金属钢架加上环氧代木层，通过五轴CNC数控加工中心进行型面的加工，得出设计中的三维型面，得到复合材料模具的阳模。

3)复合材料模具的成型：

对得到的复合材料模具的阳模的型面进行表面处理，经过表面处理后进行复合材料模具的制作，分别在阳模上制作表面层、内结构层、加热层、外结构层、加固层，再用金属钢架作为模具的整体增强骨架最后得到复合材料模具。

4)硅橡胶体的模具的设计与制作：

针对第1)步中的硅橡胶体外形尺寸进行设计，因为硅橡胶体呈一类似长方体的实体，采用硅橡胶树脂浇筑成型制作硅橡胶体，为易于其成型与脱模，需要对硅橡胶体采用组合模结构形式，因硅橡胶树脂固化原因，分模时采用类似下箱体与上箱盖的成型原则，上箱盖深度最好在10mm以内为宜，上下箱体边部需设计用2mm左右的合模间隙，同时上下箱体均有对应的法兰，配套设计相应的螺栓。按照分模结构分别进行阳模的设计与加工，阳模的加工成型方式按照步骤2)中复合材料模具的阳模的制作方法进行。

5)硅橡胶体的成型：

将双组份的硅橡胶环氧树脂与固化剂进行混合，然后放入负压室进行真空脱泡处理，之后将硅橡胶填充进硅橡胶模具中，在填充过程中为避免气泡的产业，需采用导管导流，并调整硅橡胶模具的状态使其填充高度均匀，当截面过大时可采用二次成型方式，另外在上箱盖中也整体填充上硅橡胶双组份树脂，将下箱体与上箱盖合模，法兰边螺栓配对拧紧，进行加热固化，加热固化可采用上下箱体复合材料模具内部设计有内置加热体加热，也可以采用合模后整体放入烘炉或者进行热风机的形式加热。控制升温速度和保温时间，在50℃时加热24小时为宜。

6)硅橡胶体的后处理：

当硅橡胶长度过长时会出现一定程度的收缩，因此，硅橡胶固化后，再对其加热到80℃保温24小时，然后降温，再配备双组份硅橡胶环氧树脂与固化剂二次成型，在50℃时加热24小时固化定型，对周边的硅橡胶体毛边进行处理得到最终需求的硅橡胶体，并将硅橡胶体放入复合材料模具预先加工的沟槽检查各项尺寸是否与设计一致，并做最后的调整定型。

7)复合材料制品的一体灌注成型：

对上述的复合材料模具、硅橡胶体整体做表面处理，包括过水砂、抛光、打脱模剂，然后按照复合材料制品成型工艺文件进行制品的加工，根据需要做好相应的标识，按照结构设计进行增强材料玻璃纤维织物的铺放，包括沟槽内T型筋的铺放，在增强材料玻璃纤维织物的表面整体铺放真空灌注辅助结构，包括依次铺设脱模布、导流管和导流网，并使用真空袋膜将整体模具顶部密封，将导流管两端分别与抽真空装置和注胶装置连接，利用真空设备吸入配备准确的加入固化剂的树脂基体进行真空灌注，然后固化成型，脱模得到所需的复合材料制品。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.用于灌注成型T型带筋复合材料制品的模具，其特征在于：包括：

复合材料模具，所述复合材料模具具有模腔，所述模腔适于灌注成型所述T型带筋复合材料制品的基础结构，所述复合材料模具设有第一沟槽，所述第一沟槽位于所述T型带筋复合材料制品的筋板位置处；

辅助模具，所述辅助模具放置于所述第一沟槽中，且一侧与所述第一沟槽的内壁贴合，另一侧与所述第一沟槽的内壁形成第二沟槽，所述第二沟槽适于灌注成型所述T型带筋复合材料制品的筋板。

2.根据权利要求1所述的用于灌注成型T型带筋复合材料制品的模具，其特征在于：所述辅助模具为硅橡胶材质。

3.根据权利要求1所述的用于灌注成型T型带筋复合材料制品的模具，其特征在于：所述辅助模具在垂直于所述第二沟槽深度方向上的横截面宽度为50-120mm。

4.用于灌注成型T型带筋复合材料制品的装置，其特征在于：包括权利要求1-3任一所述的用于灌注成型T型带筋复合材料制品的模具和真空灌注辅助结构。

5.根据权利要求4所述的用于灌注成型T型带筋复合材料制品的装置，其特征在于：所述真空灌注辅助结构包括：脱模布、导流管、抽气管、导流网和真空袋膜，所述脱模布铺设于所述模腔的上方，所述导流管、所述抽气管和所述导流网铺设于所述脱模布的上方，所述真空袋膜密封于所述复合材料模具的顶部，所述抽气管的一端与抽真空装置连接，所述导流管的一端与注胶装置连接。

6.T型带筋复合材料制品的灌注成型方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步、取权利要求4或5中所述的用于灌注成型T型带筋复合材料制品的装置，对所述复合材料模具和所述辅助模具进行表面处理；

第二步、在表面处理后的所述复合材料模具的模腔中及所述第一沟槽中铺放增强材料；

第三步、将表面处理后的所述辅助模具放入经第二步处理后的所述第一沟槽中；

第四步、在所述增强材料上设置所述真空灌注辅助结构；

第五步、向所述用于灌注成型T型带筋复合材料制品的模具中真空灌注第一固化剂与第一树脂基体材料的混合物；

第六步、将第五步得到的产品固化成型，并脱模，得到所述T型带筋复合材料制品。

7.根据权利要求6所述的T型带筋复合材料制品的灌注成型方法，其特征在于：还包括制作所述辅助模具的步骤，具体包括：

使用数控加工的方法得到所述辅助模具的阳模；使用所述辅助模具的阳模通过浇筑成型得到所述辅助模具。

8.根据权利要求7所述的T型带筋复合材料制品的灌注成型方法，其特征在于：使用所述辅助模具的阳模浇筑成型获得所述辅助模具的步骤包括：

(a)将第二树脂基体材料与第二固化剂的混合物填充入所述辅助模具的阳模中，然后进行固化；

(b)将固化后的产品加热保温，然后降温；

(c)向降温后的所述辅助模具的阳模中再次填充所述第二树脂基体材料与所述第二固化剂的混合物，进行二次成型；

(d)对二次成型后的产品进行固化、脱模，得到所述辅助模具。

9.根据权利要求8所述的T型带筋复合材料制品的灌注成型方法，其特征在于：在将所述第二树脂基体材料与所述第二固化剂的混合物填充入所述辅助模具的阳模之前，将所述第二树脂基体材料与所述第二固化剂的混合物真空脱泡处理。

10.根据权利要求6所述的T型带筋复合材料制品的灌注成型方法，其特征在于：还包括制作所述复合材料模具的步骤，具体包括：

使用数控加工的方法得到所述复合材料模具的阳模；使用所述复合材料模具的阳模通过浇筑成型得到所述复合材料模具。