CN110216900B - 三维中空复合材料的成型方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了三维中空复合材料的成型方法，步骤为：(1)划分导流成型区域，形成至少两个导流区；(2)铺设三维中空织物，使相邻两个导流区的三维中空织物的相对两端中的至少一端向上折弯，形成折弯部，以形成一分区通道；(3)对各导流区分别进行真空导流并完成；(4)在三维中空织物的下表面铺设下连接层，将折弯部舒展并整平，形成无缝状；(5)在三维中空织物的上表面铺设上连接层；(6)使树脂将上连接层浸润后，固化。采用本发明产品可一次成型，无需进行二次修补，既保证了成型后复合材料的平整过度、无厚度差，也保证了复合材料的强度，最主要的是能够保证产品的电性能稳定性，而且操作简单、节省时间，提高了生产效率。

Description

三维中空复合材料的成型方法
技术领域
本发明属于复合材料领域，具体涉及一种三维中空复合材料的成型方法。
背景技术
三维中空织物是一种新型的夹芯型材料，夹心结构的基础是构成中空织物表层的经、纬纱和连续两个表层并形成芯部的Z向纤维，Z向纤维“8”字形的空间形态使织物具有良好的结构稳定性。中空织物与树脂复合而成的三维中空复合材料克服了传统蜂窝、泡沫芯材等夹层复合材料易分层、耐冲击性差的缺点，并且具有可设计性强、可填充、预埋的优点，以及良好的保温、隔热、隔音效果，目前已经广泛应用于轨道交通、车载方舱、建材和通信等领域。
在中空织物使用过程中，受三维中空织物幅宽、产品外形及尺寸的限制，三维中空织物一般需进行拼接处理。对于手糊成型和小面积导流成型而言，通常是将中空织物先进行拼接，并对拼接处进行局部增强，然后树脂浸润复合成型。但对于大尺寸产品而言，真空导流成型过程中，采用一次成型时，对设备的要求较高，树脂要具有较长的可操作时间，导致导流时间较长，生产效率无法有效提高。
发明内容
为解决上述问题，本发明提出了一种新的三维中空复合材料的成型方法，利用该成型方法，可以很好地解决当前大面积导流和分区域导流中，中空织物的拼接问题，具体的技术方案如下：
三维中空复合材料的成型方法，其包括以下步骤：
(1)划分导流成型区域，形成至少两个导流区；
(2)剪裁并铺设三维中空织物，使相邻两个导流区的三维中空织物的相对两端的端面能够相互抵接，以形成无缝状，然后将上述的相对的两端中的至少一端向上折弯，形成折弯部，在该相邻的两个导流区之间形成一分区通道；
(3)对各导流区分别进行真空导流并完成，使三维中空织物被树脂完全浸润；
(4)在三维中空织物的下表面铺设下连接层，并将下连接层用树脂浸润，然后将折弯部舒展并整平，使相邻两个导流区的三维中空织物的相对两端的端面相互抵接，形成无缝状；下连接层跨越相邻两个导流区的三维中空织物的抵接处；
(5)在三维中空织物的上表面铺设上连接层，使上连接层跨越相邻两个导流区的三维中空织物的抵接处；
(6)使树脂将上连接层浸润后，固化。
优选地，所述第一平面型材料为玻纤布、碳纤维布或表面毡中的至少一种；所述第二平面型材料为玻纤布、碳纤维布或表面毡中的至少一种。
各种单一材质的三维中空织物，或两种及以上材质混杂织造而成的三维中空织物均可使用本发明中的成型方法来制备复合材料。本发明中，至少将部分三维中空织物进行折弯形成分区通道，该分区通道可用于铺设真空膜，以及用于铺设下连接层的操作空间。采用分区操作后，由于真空导流的区域变小，降低了对设备的要求，由于导流区域的缩小，使树脂有足够的时间充满各导流区，使复合材料的内部均匀性得到有效的保证。分区导流，可以同时对两个以上的导流区进行真空导流，可是导流效率大幅度地提高，显著地缩短施工时间，尤其是对于大型的设备的成型具有更高效的施工效率。
在完成成型后，可根据具体的情况对两个导流区的接头区域的上连接层和下连接层的毛边进行打磨，对于要求不高的产品，该打磨还可取消。采用本发明产品可一次成型，无需进行二次修补，既保证了成型后复合材料的平整过度、无厚度差，也保证了复合材料的强度，最主要的是能够保证产品的电性能稳定性，而且操作简单、节省时间，提高了生产效率。
优选地，步骤(2)中，分区通道的宽度为50-300mm。在上述宽度范围内，除可保证真空导流时，有充足的真空膜的铺设操作空间外，还可保证下连接层的铺设操作，同时可使三维中空织物形成折弯部。如此，即可实现产品的一次固化成型。
优选地，上连接层包括2-4层第一平面型材料，下连接层包括2-4层第二平面型材料。第一平面型材料的克重为50-200g/m2；第二平面型材料的克重为50-200g/m2。
采用2-4层的平面型材料来制备上连接层或下连接层，在具体操作时，可根据平面型材料的克重以及相邻两块三维中空织物之间的连接强度的要求来进行选择。采用本方法具有一定的设计灵活性。
具体地，在跨越抵接处的方向上，上连接层中的各第一平面型材料，从上至下逐渐变窄；在跨越抵接处的方向上，下连接层中的各第二平面型材料，从上至下逐渐变宽。
采用上述设计时，可使上连接层和下连接层呈现外表面较为光滑的中间高、两侧低的山脊状，减少复合材料的外表面产生剥离现象的概率，在使用过程中，可以避免或减少由于摩擦而造成局部磨损过大的情况。
具体地，在跨越抵接处的方向上，上连接层中位于最下层的第一平面型材料的宽度为50-70mm，相邻的两层第一平面型材料的宽度差为20-40mm；在跨越抵接处的方向上，下连接层中位于最上层的第二平面型材料的宽度为50-70mm，相邻的两层第二平面型材料的宽度差为20-40mm。进一步，上连接层中，相邻的两层第一平面型材料中，位于上层的第一平面型材料跨越位于下层的第一平面型材料；下连接层中，相邻的两层第二平面型材料中，位于下层的第二平面型材料跨越位于上层的第二平面型材料。
将最贴近三维中空织物的宽度限制在50-70mm时，即可保证连接强度，使相邻的两层平面型材料的宽度差限制在20-40mm时，可以使两端能够粘结在三维中空织物的表面，从而使所有的平面型材料均能够粘结到三维中空织物的表面，保证相邻两个三维中空织物之间连接的稳定性。
采用上述设计时，一方面能够保证产品在拼接处的连接强度；另一方面能够保证产品在拼接处的厚度为渐变过渡，具有一定的打磨余量，最终效果为在保证连接强度的前提下使产品表面平整，无明显厚度差，不使产品的电性能受到显著影响。
附图说明
图1为两块相邻的三维中空织物布置完成后的简图。
图2为将其中一块三维中空织物的一端折弯后的简图。
图3为下连接层铺设完成后的简图。
图4为将折弯部分展开后的简图。
图5为上连接层铺设完成后的简图。
具体实施方式
以下结合具体的实施例对本发明作进一步的说明。
请参阅图1-图5，三维中空复合材料的成型方法，其包括以下步骤：
以下仅以两块三维中空织物的拼接来进行示例性地说明：
(1)划分导流成型区域，形成两个导流区；该两个导流区分别为第一导流区101和第二导流区201。
(2)剪裁并铺设三维中空织物，使相邻两个导流区的三维中空织物的相对两端的端面能够相互抵接，以形成无缝状，然后将上述的相对的两端中的至少一端向上折弯，在该相邻的两个导流区之间形成一分区通道。
具体在本实施例中，在第一导流区101中放置有三维中空织物A10，在第二导流区201放置有三维中空织物B20。三维中空织物A10与三维中空织物B20的相对的两端能够相互抵接，以形成无缝状，在图1中，虚线100表示三维中空织物A10与三维中空织物B20的抵接边缘。
然后将三维中空织物A10的朝向三维中空织物B20的一端向上折弯，形成折弯部11。该折弯部11与三维中空织物B20的端面210之间具有一间距，该间距形成为第一导流区101和第二导流区201之间的分区通道S。
在本实施例中，分区通道S的宽度为120mm，可以理解，在其它实施例中，分区通道S的宽度还可以为50mm、80mm、150mm、200mm或300mm，分区通道S的具体宽度可以根据实际的操作需要进行选取。
可以理解，在其它实施例中，还可以将三维中空织物A10和三维中空织物B20的相对的两端均进行折弯，各形成一折弯部。
附图中，标记1表示中空织物的上面层，标记2表示中空织物的绒经层，标记3表示中空织物的下面层。三维中空织物A10与三维中空织物B20的结构相同。
(3)对第一导流区101和第二导流区201分别进行真空导流并完成，使三维中空织物A10与三维中空织物B20被树脂完全浸润。
(4)在铺设下连接层30，并立即将下连接层30用树脂浸润。
然后将折弯部11放平，使三维中空织物A10舒展并整平，使三维中空织物A10与三维中空织物B20的相对两端的端面相互抵接，形成无缝状。
在本实施例中，下连接层30包括两层第二平面型材料，该第二平面型材料为玻纤布，该两层第二平面型材料从上至下分别为第一层下玻纤布31和第二层下玻纤布32，第一层下玻纤布31和第二层下玻纤布32均跨越三维中空织物A10与三维中空织物B20的抵接处，即跨越抵接边缘100，在跨越抵接处的方向上，第一层下玻纤布31的宽度为50mm，第二层下玻纤布32的宽度70mm。
在铺设两层第二平面型材料时，使位于下层的第二层下玻纤布32跨越位于上层的第一层下玻纤布31。
在图1中，箭头X表示跨越抵接处的方向。
可以理解，在其它实施例中，第一层下玻纤布31的宽度还可以为55mm、60mm或70mm，第二层下玻纤布32的宽度可以较第一层下玻纤布31的宽度宽25mm、30mm或40mm。
在本实施例中，三维中空织物A10与三维中空织物B20的抵接面均为以平面，即三维中空织物A10朝向三维中空织物B20的端面为平面，且三维中空织物B20朝向三维中空织物A10的端面为平面，可以理解，在其它实施例中，抵接面还可以为曲面，例如可以为呈锯齿状或波浪状。
(5)在三维中空织物A10和三维中空织物B20的上表面铺设上连接层40，使上连接层40跨越三维中空织物A10和三维中空织物B20的抵接处，即跨越抵接边缘100。完成上连接层40的铺设后，即用树脂将上连接层浸润。
在本实施例中，上连接层40包括两层第一平面型材料，该第一平面型材料为玻纤布，该两层第一平面型材料从下至上分别为第一层上玻纤布41和第二层上玻纤布42，第一层上玻纤布41和第二层上玻纤布42均跨越三维中空织物A10与三维中空织物B20的抵接处，即跨越抵接边缘100，在跨越抵接处的方向上，第一层上玻纤布41的宽度为50mm，第二层上玻纤布42的宽度70mm。
在铺设两层第一平面型材料时，使位于上层的第二层上玻纤布42跨越位于下层的第一层上玻纤布41。
可以理解，在其它实施例中，第一层上玻纤布41的宽度还可以为55mm、60mm或70mm，第二层上玻纤布42的宽度可以较第一层下玻纤布31的宽度宽25mm、30mm或40mm。
(6)使树脂将上连接层40及下连接层30浸润后，铺设脱模布，然后加热固化。并将上连接层和下连接层的毛边进行打磨，使其光滑。
在本实施例中，上连接层和下连接层的层数相同，均为2层，可以理解，在其它实施例中，上连接层和下连接层的层数还可以为不相同的其它层数，例如，上连接层为3层，下连接层为4层。
本实施例中，第一平面型材料和第二平面型材料均采用克重为120g/m2的玻纤布，在其它实施例中，第一平面型材料和第二平面型材料还可以为碳纤维布或表面毡，且在同一实施例中，第一平面型材料和第二平面型材料也可以采用不同的材料，例如，第一平面型材料采用玻纤布，第二平面型材料采用碳纤维布。或者，第一平面型材料采用碳纤维布，第二平面型材料采用表面毡。
第二平面型材料和第二平面型材料的克重也可以不同，具体的要求可根据连接强度和制作的便利进行，例如可以选用80g/m2克重的第一平面型材料，而选用150g/m2克重的第二平面型材料；或选用200g/m2克重的第一平面型材料，而选用50g/m2克重的第二平面型材料。
在各附图中，为显示清楚，第一层下玻纤布31与第二层下玻纤布32之间、第一层下玻纤布31与三维中空织物之间、第一层上玻纤布41与第二层上玻纤布42以及第一层上玻纤布41与三维中空织物之间均具有一个小的距离，在实际的生产中，上述小的距离是没有的。
本实施例仅为示例性将导流成型区域划分为两个导流区，在其它实施例中，可以将导流成型区域划分为更多个导流区，例如5个、10个乃至更多个。
参照本实施可以来制备大型的天线罩，例如对外形最大长度为11.5m，最大高度为4.73米的天线罩进行制备时，需要将整个天线罩划分为10个导流区，相邻两个导流区的三维中空织物的连接方式，即可采用上述实施例中的方案。参照上述实施例制备的天线罩，能够实现一次导流成型，产品表面平整，拼接良好，拼接处的力学性能和电性能均满足使用要求，且生产效率高。

Claims (8)

1.三维中空复合材料的成型方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)划分导流成型区域，形成至少两个导流区；
(2)剪裁并铺设三维中空织物，使相邻两个导流区的三维中空织物的相对两端的端面能够相互抵接，以形成无缝状，然后将上述的相对的两端中的至少一端向上折弯，形成折弯部，在该相邻的两个导流区之间形成一分区通道；
(3)对各导流区分别进行真空导流并完成，使三维中空织物被树脂完全浸润；
(4)在三维中空织物的下表面铺设下连接层，并将下连接层用树脂浸润，然后将折弯部舒展并整平，使相邻两个导流区的三维中空织物的相对两端的端面相互抵接，形成无缝状；下连接层跨越相邻两个导流区的三维中空织物的抵接处；
(5)在三维中空织物的上表面铺设上连接层，使上连接层跨越相邻两个导流区的三维中空织物的抵接处；
(6)使树脂将上连接层浸润后，固化。
2.如权利要求1所述的成型方法，其特征在于，
步骤(2)中，分区通道的宽度为50-300mm。
3.如权利要求1所述的成型方法，其特征在于，
上连接层包括2-4层第一平面型材料，下连接层包括2-4层第二平面型材料。
4.如权利要求3所述的成型方法，其特征在于，
所述第一平面型材料为玻纤布、碳纤维布或表面毡中的至少一种；
所述第二平面型材料为玻纤布、碳纤维布或表面毡中的至少一种。
5.如权利要求3所述的成型方法，其特征在于，
第一平面型材料的克重为50-200g/m2；
第二平面型材料的克重为50-200g/m2。
6.如权利要求3所述的成型方法，其特征在于，
在跨越抵接处的方向上，上连接层中的各第一平面型材料，从上至下逐渐变窄；
在跨越抵接处的方向上，下连接层中的各第二平面型材料，从上至下逐渐变宽。
7.如权利要求6所述的成型方法，其特征在于，
在跨越抵接处的方向上，上连接层中位于最下层的第一平面型材料的宽度为50-70mm，相邻的两层第一平面型材料的宽度差为20-40mm；
在跨越抵接处的方向上，下连接层中位于最上层的第二平面型材料的宽度为50-70mm，相邻的两层第二平面型材料的宽度差为20-40mm。
8.如权利要求6所述的成型方法，其特征在于，
上连接层中，相邻的两层第一平面型材料中，位于上层的第一平面型材料跨越位于下层的第一平面型材料；
下连接层中，相邻的两层第二平面型材料中，位于下层的第二平面型材料跨越位于上层的第二平面型材料。
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