CN110091521B - 一种复合材料构件的成型方法和复合材料构件 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种复合材料构件的成型方法，该成型方法包括：步骤S1，按照实际要求，准备阳模、泡沫材料和预浸料；步骤S2，在阳模上，按照设计的铺层顺序及层数铺贴预浸料；步骤S3，将阳模和泡沫材料压实连接，以得到合模结构，然后使预浸料在设计的温度、压力和时间条件下固化成型；步骤S4，在固化结束后，脱模取出固化的复合材料构件。本发明通过利用阳模和泡沫材料作为压实预浸料的辅助手段，由于泡沫材料在受压时可塑性很好且能保证构件各方向受力均匀可调，再则通过工艺设置压力和温度加工曲线，使得构件被充分均匀压实，从而达到改善分层，气孔和气隙等未压实现象。

Description

一种复合材料构件的成型方法和复合材料构件
技术领域
本发明涉及材料技术领域的成型方法，具体来说，涉及一种复合材料构件的成型方法和复合材料构件。
背景技术
复合材料构件由于具有良好的抗高温蠕变、耐蚀性、高屈服强度和断裂韧性，用于航空航天、石油、化工、冶金、电力等领域。
此外，现有的复合材料构件的成型方法较多，但都存在一定缺陷，例如，现有技术公开了一种预浸料模压成型方法，其通过利用硅胶片的热膨胀性能，在加热成型中硅胶片受热产生内压使预浸料在各个方向上获得均匀压力，从而解决了成型构件侧面所受正压力不足和遭受的内拉力影响的技术问题，然而在此方法中，当构件形状复杂时，不同位置的硅胶片的外形和厚度都不相同，从而导致其热膨胀系数不同，当热压罐加热时难以控制其膨胀压力，甚至会由于压力不同而使得制件变形；另外一个现有技术公开了一种“C”形橡胶芯模成型方法、用于“工”形构件的成型方法和用于“工”形构件的成型装置，其通过利用未硫化橡胶铺设在橡胶芯模成型模具的凹部内并与所述凹部紧密贴合，然而在此方法中，由于硫化橡胶自身具有一定的形状，各方向的膨胀系数不同，所以硫化橡胶在受热时膨胀不均匀，从而导致预浸料在一定程度上受力不均匀，对于构件曲面容易产生内侧拉力。
针对相关技术中的问题，目前尚未提出有效的解决方案。
发明内容
针对相关技术中的问题，本发明提出一种复合材料构件的成型方法和复合材料构件，其解决了现有的真空袋压成型方法中构件拐角处易出现的分层、孔隙、气孔等未压实的问题，此外，其相比于一种预浸料模压成型方法的现有技术，其在阳模和柔性泡沫材料上加压时可使得构件受力更加均匀，以及，其相比于一种“C”形橡胶芯模成型方法、用于“工”形构件的成型方法和用于“工”形构件的成型装置的现有技术，由于柔性泡沫材料的可塑性极好，可以制的结构更加复杂的复合材料制品。
本发明的技术方案是这样实现的：
根据本发明的一个方面，提供了一种复合材料构件的成型方法。
该复合材料构件的成型方法包括：步骤S1，按照实际要求，准备阳模、泡沫材料和预浸料；步骤S2，在阳模上，按照设计的铺层顺序及层数铺贴预浸料；步骤S3，将阳模和泡沫材料压实连接，以得到合模结构，然后使预浸料在设计的温度、压力和时间条件下固化成型；步骤S4，在固化结束后，脱模取出固化的复合材料构件。
根据本发明的一个实施例，步骤S3包括：步骤S31，根据预设的第一预设压力，将合模结构加压至第一预设压力；步骤S32，根据预设的第一温度梯度，将合模结构加热至第一预设温度，并在第一时间段内保温保压；步骤S33，根据预设的第一压力梯度，将合模结构加压至第二预设压力。
根据本发明的一个实施例，步骤S32和步骤S33之间还包括：根据预设的第二温度梯度，将合模结构加热至第二预设温度，并在第二时间段内保温保压。
根据本发明的一个实施例，步骤S33还包括：根据预设的第二压力梯度，将合模结构加压至第三预设压力。
根据本发明的一个实施例，步骤S1还包括：在阳模的内表面上涂抹脱模剂。
根据本发明的一个实施例，步骤S1还包括：将阳模和压合板固定连接。
根据本发明的一个实施例，步骤S31之前包括：在第三时间段内，对合模结构进行抽真空处理。
根据本发明的一个实施例，步骤S3包括：将合模结构放置到真空袋内，并将真空袋和真空泵连接，从而通过真空泵进行抽真空处理。
根据本发明的一个实施例，脱模剂包括以下至少之一：油酸、石蜡、硬脂酸、硅脂脱模剂、有机硅油脱模剂、硬脂酸锌、硅脂或硅橡胶。
根据本发明的另一方面，提供了一种复合材料构件。
该复合材料构件包括：复合材料构件通过上述任一项复合材料构件的成型方法制得。
本发明的有益技术效果在于：
本发明通过按照实际要求，准备阳模、泡沫材料和预浸料，随后在阳模上，按照设计的铺层顺序及层数铺贴预浸料，随后将阳模和泡沫材料压实连接，以得到合模结构，然后使预浸料在设计的温度、压力和时间条件下固化成型，最后在固化结束后，脱模取出固化的复合材料构件，从而通过利用阳模和泡沫材料作为压实预浸料的辅助手段，由于泡沫材料在受压时可塑性很好且能保证构件各方向受力均匀可调，再则通过工艺设置压力和温度加工曲线，使得构件被充分均匀压实，从而达到改善分层，气孔和气隙等未压实现象。
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获得其他的附图。
图1是根据本发明实施例的复合材料构件的成型方法的流程图；
图2是根据本发明实施例的成形模具的示意图；
图3是根据本发明具体实施例的复合材料构件的成型方法的流程图。
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所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
根据本发明的实施例，提供了一种复合材料构件的成型方法。
如图1所示，根据本发明实施例的复合材料构件的成型方法包括：步骤S101，按照实际要求，准备阳模、泡沫材料和预浸料；步骤S103，在阳模上，按照设计的铺层顺序及层数铺贴预浸料；步骤S105，将阳模和泡沫材料压实连接，以得到合模结构，然后使预浸料在设计的温度、压力和时间条件下固化成型；步骤S107，在固化结束后，脱模取出固化的复合材料构件。
借助于上述技术方案，通过按照实际要求，准备阳模、泡沫材料和预浸料，随后在阳模上，按照设计的铺层顺序及层数铺贴预浸料，随后将阳模和泡沫材料压实连接，以得到合模结构，然后使预浸料在设计的温度、压力和时间条件下固化成型，最后在固化结束后，脱模取出固化的复合材料构件，从而通过利用阳模和泡沫材料作为压实预浸料的辅助手段，由于泡沫材料在受压时可塑性很好且能保证构件各方向受力均匀可调，再则通过工艺设置压力和温度加工曲线，使得构件被充分均匀压实，从而达到改善分层，气孔和气隙等未压实现象。
为了更好的描述本发明的技术方案，下面通过具体的实施例进行详细的描述。
如图2所示，该成型模具包括阳模(或硬模)1、泡沫材料(或柔性泡沫材料)2和压合板3，其中，阳模1与泡沫材料2形成一个密闭的空间，同时，预浸料按铺层设计方案铺覆于阳模1的内表面上，另外，将阳模1和压合板3固定连接，从而可通过压合板3对阳模1施加压力，此外，阳模1上设置有用于抽真空的开口。另外，当制备的复合材料构件的深度很深时，对于压力的控制难度会大幅增加，当温度要求较高时，会受到泡沫材料2的温度限制，此时生产成本会大幅提高，同时，考虑到泡沫使用寿命的问题，模具的制造成本会增加很多，因此我们所制造的模具，最适合用于形体较小且结构复杂的构件。
此外，如图3所示，该复合材料构件的成型方法的具体流程包括：
步骤31，根据产品的形状，制造硬模(或硬性阳模具)1，并通过下料机下料和阳模1相匹配的泡沫材料2，从外，还根据实际需求，通过下料机下料预浸料；
步骤32，在如图2所示的阳模1的内表面上，按照设计的铺层顺序及层数铺贴预浸料；
步骤S33，将阳模1与柔性泡沫材料2压实连接，形成一个密封的空间，且柔性泡沫材料2上还包裹隔离膜，从而将柔性泡沫材料2用作一个半模，从而将阳模1与柔性泡沫材料2合模，得到合模结构，然后对该合模结构进行抽真空处理，从而除去阳模1和预浸料之间的空气，此外，当然可以理解，该抽真空处理过程中的参数(如第三时间段)可根据实际需求进行设置，例如，根据本发明的一个实施例，在-0.95Bar的压力条件下，对该合模结构进行抽真空至少15分钟，本发明对此不作限定；
步骤S34，将合模结构放入至固化罐内，并根据预设的第一预设压力，将罐内的压力加压至第一预设压力，此外，当然可以理解，该第一预设的压力的具体数值可根据实际需求进行设置，例如，根据本发明的一个实施例，可通过利用压力为60～80psi的有压流体将罐内的加压至第一预设压力100～115psi，本发明对此不作限定；
步骤S35，根据预设的第一温度梯度，将合模结构加热至第一预设温度，并在第一时间段内保温保压，此外，当然可以理解，该第一温度梯度和第一预设温度的具体数值可根据实际需求进行设置，例如，根据本发明的一个实施例，将合模结构以1℃/min加热至预设温度65℃，保温保压15min，从而使预浸料被充分压实成型；
步骤S36，根据预设的第一压力梯度，将合模结构加压至第二预设压力，此外，当然可以理解，该第二温度梯度和第二预设温度的具体数值可根据实际需求进行设置，例如，根据本发明的一个实施例，继续增加压合板3上压力至第二预设压力120～180psi；
步骤S37，按固化曲线加热模具，树脂固化，脱模处理。
另外，还可在步骤31中，预先在阳模1的内表面上涂抹脱模剂，从而便于脱模，同时，该脱模剂包括但不限于：油酸、石蜡、硬脂酸、硅脂脱模剂、有机硅油脱模剂、硬脂酸锌、硅脂或硅橡胶。
此外，还可根据实际需求对上述流程适当的增加或者减少相应的流程，例如，根据本发明的一个实施例，步骤S35还包括：根据预设的第二温度梯度，将合模结构加热至第二预设温度，并在第二时间段内保温保压；根据本发明的另一个实施例，步骤S36还包括：根据预设的第二压力梯度，将罐内的压力加压至第三预设压力。
为了便于理解本发明的上述技术方案，下面通过具体的实施例进行详细的描述。
实施例一
该复合材料构件的成型方法包括以下步骤：
步骤A：根据产品的形状制造模具的阳模1，并且下料泡沫材料2和预浸料；
步骤B：将预浸料按铺层工艺要求裁剪、铺覆于带脱模布的阳模1上；
步骤C：将阳模1与柔性泡沫材料2压实连接，形成一个密封的空间，且柔性泡沫材料2上包裹隔离膜，合模；
步骤E：对密封模具用真空泵抽真空，-0.95Bar以下至少15分钟，除去模具及预浸料之间的空气；
步骤F：利用压力为60～80psi的有压流体将罐内加压至第一预设压力100～115psi；
步骤G：将模具以1℃/min加热至预设温度65℃，保温保压15min，使预浸料被充分压实成型；
步骤H：继续增加压合板3上压力至第二预设压力120～180psi，按固化曲线加热模具，树脂固化，脱模处理。
实施例二
本实施例中的流程与实施例一基本相同，其不同之处在于：在步骤G中增加温度梯度，按温度梯度保温保压。在固化阶段，进一步提高树脂的浸润程度，可以使产品更紧密，制造复杂结构产品。该复合材料构件的成型方法包括以下步骤：
步骤A：根据产品的形状制造模具的阳模1，并且下料泡沫材料2和预浸料；
步骤B：将预浸料按铺层工艺要求裁剪、铺覆于带脱模布的阳模1上；
步骤C：将阳模1与柔性泡沫材料2压实连接，形成一个密封的空间，且柔性泡沫材料2上包裹隔离膜，合模；
步骤E：对密封模具用真空泵抽真空，-0.95Bar以下至少15分钟，除去模具及预浸料之间的空气；
步骤F：利用压力为60～80psi的有压流体将气囊加压至第一预设压力100～115psi；
步骤G：将模具以1℃/min加热至预设温度30℃，保温保压10min；之后以1℃/min加热至预设温度65℃，保温保压30min；树脂充分浸润；
步骤H：继续增加压合板3上的压力至第二预设压力120～180psi，按固化曲线加热模具，树脂固化，脱模处理。
实施例三
本实施例中的流程与实施例一基本相同，其不同之处在于：在步骤H中增加压力梯度，按压力梯度保温保压。在固化阶段，进一步提高树脂的浸润程度，可以使产品更紧密，制造复杂结构产品。该复合材料构件的成型方法包括以下步骤：
步骤A：根据产品的形状制造模具的阳模1，并且下料泡沫材料2和预浸料；
步骤B：将预浸料按铺层工艺要求裁剪、铺覆于带脱模布的阳模1上；
步骤C：将阳模1与柔性泡沫材料2压实连接，形成一个密封的空间，且柔性泡沫材料2上包裹隔离膜，合模；
步骤E：对密封模具用真空泵抽真空，-0.95Bar以下至少15分钟，除去模具及预浸料之间的空气；
步骤F：利用压力为60～80psi的有压流体将罐内加压至第一预设压力100～115psi；
步骤G：将模具以1℃/min加热至预设温度30℃，保温保压10min；之后以1℃/min加热至预设温度65℃，保温保压30min；树脂充分浸润；
步骤H：继续增加压合板3上的压力至第二预设压力120～150psi，继续增加压合板3的压力至第三预设压力150psi～180psi；按固化曲线加热模具，树脂固化，脱模处理。
根据本发明的实施例，还提供了一种复合材料构件。
该复合材料构件包括：复合材料构件通过上述任一项复合材料构件的成型方法制得。
综上所述，借助于本发明的上述技术方案，通过按照实际要求，准备阳模、泡沫材料和预浸料，随后在阳模上，按照设计的铺层顺序及层数铺贴预浸料，随后将阳模和泡沫材料压实连接，以得到合模结构，然后使预浸料在设计的温度、压力和时间条件下固化成型，最后在固化结束后，脱模取出固化的复合材料构件，从而通过利用阳模和泡沫材料作为压实预浸料的辅助手段，由于泡沫材料在受压时可塑性很好且能保证构件各方向受力均匀可调，再则通过工艺设置压力和温度加工曲线，使得构件被充分均匀压实，从而达到改善分层，气孔和气隙等未压实现象。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种复合材料构件的成型方法，其特征在于，包括：
步骤S1，按照实际要求，准备阳模、泡沫材料、压合板和含有树脂的预浸料，其中，将所述阳模和所述压合板固定连接；
步骤S2，在所述阳模上，按照设计的铺层顺序及层数铺贴所述预浸料；
步骤S3，将所述阳模和所述泡沫材料压实连接，以得到合模结构；然后对所述合模结构进行抽真空处理，从而除去所述阳模和所述预浸料之间的空气；所述步骤S3包括：
步骤S31，将所述合模结构放入至固化罐内，利用有压流体将所述固化罐内加压至第一预设压力；
步骤S32，将所述合模结构加热至第一预设温度，保温保压，使所述树脂充分浸润；
步骤S33，继续增加所述压合板上的压力至第二预设压力，以及继续增加所述压合板的压力至第三预设压力；然后使所述预浸料在设计的温度、压力和时间条件下固化成型；
步骤S4，在固化结束后，脱模取出固化的复合材料构件，
其中，所述泡沫材料为柔性泡沫材料，所述阳模上设置有用于抽真空的开口。
2.根据权利要求1所述的成型方法，其特征在于，所述步骤S32和所述步骤S33之间还包括：
根据预设的第二温度梯度，将所述合模结构加热至第二预设温度，并在第二时间段内保温保压。
3.根据权利要求1所述的成型方法，其特征在于，所述步骤S1还包括：
在所述阳模的内表面上涂抹脱模剂。
4.根据权利要求1所述的成型方法，其特征在于，所述步骤S3包括：
将所述合模结构放置到真空袋内，并将所述真空袋和真空泵连接，从而通过所述真空泵进行所述抽真空处理。
5.根据权利要求3所述的成型方法，其特征在于，所述脱模剂包括以下至少之一：油酸、石蜡、硬脂酸、硅脂脱模剂、有机硅油脱模剂、硬脂酸锌、硅脂或硅橡胶。
6.一种复合材料构件，其特征在于，所述复合材料构件通过权利要求1-5任一项所述的复合材料构件的成型方法制得。
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