CN110238998A - 一种使用于rtm成型技术制备空心制件的可冲洗芯模制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种使用于RTM成型技术制备空心制件的可冲洗芯模制备方法，所述芯模可在RTM固化后经自来水冲洗脱除，其组成包括可溶芯模和带胶密封膜，所述可溶芯模经自来水冲洗后可部分软化溶解并随水流冲出制件内部，所述带胶密封膜可以耐高温200℃，并保证密封，防止RTM注胶过程中，树脂浸入芯模内部，造成芯模固化，影响制件成型后芯模冲洗。本发明所述的适用于RTM成型技术制备空心制件的可冲洗芯模，可实现空心RTM制件的制备，降低了制件的重量，提高了制件的强度，且制作过程简单，安装实施方便。

Description

一种使用于RTM成型技术制备空心制件的可冲洗芯模制备 方法

技术领域

本发明专利属于复合材料RTM成型制备领域，尤其是涉及一种空心复合材料制件制备方法。

背景技术

复合材料在各个领域广泛应用的现状下，树脂基复合材料因其独特的性能受到广泛关注，在树脂基复合材料的制备过程中，为保证产品的质量和性能，通常选用金属作为成型模具，与实心制件相比，空心制件可以减少重量，降低成本，尤其是在航空航天领域，制件的重量也是影响其使用情况的一个决定性因素。因此，在整体材料RTM成型工艺中，急需开发新的可脱除芯模以适应树脂基复合材料高强轻质的使用要求。水溶性聚合物具有亲水性，遇水可以溶解或溶胀，利用水溶性聚合物的这一特性作为胶黏剂与颗粒物质相混合制备水溶性芯模，可以实现制件成型后，芯模遇水溃散，制备空心的复杂结构的复合材料制件，在复合材料领域正逐步开展应用。

目前，研究报道的可溶芯模材料的粘结剂主要有聚乙烯醇和聚乙烯吡咯烷酮，聚乙烯醇虽然水溶性较好，但在固化温度超过160℃时，超过聚乙烯醇的玻璃化转变温度，影响了其二次水溶性，对后期芯模的整体脱除造成影响，与此不同，聚乙烯吡咯烷酮的玻璃化转变温度较高，可达到190℃，水溶性好，可以提高芯模的使用温度。除此之外，聚乙二醇同样具有良好的水溶性，并与许多有机物组份有良好的相溶性，可以作为胶黏剂使用，且韧性较高，可以提高芯模的实用性，是用作可溶芯模的理想材料之一，将其与聚乙烯吡咯烷酮按比例混合，作为制备可溶芯模的胶黏剂，制备一种兼具优异水溶分散性与断裂韧性的可溶性芯模，在实现RTM成型工艺中获取空心复合材料制件具有重大的应用价值。

发明内容

有鉴于此，本发明针对现有技术方法的不足，旨在提出一种使用于RTM成型技术制备空心制件的可冲洗芯模，以解决现有技术中RTM制备复杂结构空心制件的工艺技术问题。本发明发明尤其适用于制备结构形状复杂、不易脱模或异型结构开口尺寸小于制件内径的复合材料制件，制备成本低、部分原料可重复使用，适用于大量制件的成型制备。

为达到上述目的，本发明明确了芯模的制备技术方案，其特征包括以下步骤：

步骤一、芯模原材料配制：

1)按照各组分的质量配比，配制芯模用原材料，各组分的质量比为碳酸氢钠∶聚乙二醇∶聚乙烯吡咯烷酮∶水∶石英砂或滑石粉＝0-2∶1.5-2.5∶0.5-1.2∶8-25∶100；

2)芯模预成型：成型模具内部贴脱模布，将原材料搅拌浸润均匀后加入成型模具中，分多次添加，并反复压实，直至填满整个模具为止；

3)芯模固化成型：将填满配料的模具置于烘箱中，固化成型后脱模。

步骤二、RTM成型制备空心复合材料制件：

1)将脱模后的芯模，轻微打磨后用带胶密封膜包覆，在芯模上铺覆或编织织物，织物处理完成后，装模、固化、成型、脱模获得复合材料制件；

2)在复合材料制件开口处，将芯模外包覆的密封膜破坏，置于温水中一定时间后，芯模的水溶性胶黏剂溶于水中，芯模变软溃散，从复合材料制件内部脱除，获得空心结构的复合材料制件。

进一步，所述步骤一中，原材料石英砂在使用之前要反复清洗，并烘干后使用。

进一步，所述步骤一中，原材料配制时，要先将聚乙二醇和聚乙烯吡咯烷酮分别配制成一定浓度的溶液，然后与石英砂或滑石粉混合浸润均匀。

进一步，所述步骤一中，原材料配制时，根据使用情况可以确定是否添加碳酸氢纳，在添加碳酸氢钠的芯模脱除是，水中可以添加质量分数为1-5％的盐酸，加速溶解溃散。

进一步，所述步骤一中，芯模固化温度为140-180℃，优选的固化温度为150-160℃。

进一步，所述步骤二中，芯模在实际实用中包括外表面的带胶耐高温密封膜，密封膜耐高温200℃。

进一步，所述步骤二中，芯模在使用中是否选择包覆真空袋，根据实际需求确定。

进一步，所述步骤二中，芯模水洗脱除是水温控制在40-80℃，优化温度50-60℃。

进一步，所述步骤二中，芯模具有一定强度，可以承受在其外部铺覆或编织织物。

进一步，所述步骤一中，芯模在成型制备后，在使用之前，要注意干燥保存，防止吸湿。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1)制备芯模具有一定的强度韧性和耐高温，部分原材料可以重复使用，降低成本，适合大量生产使用；

2)制备芯模经配方调整，可以在水中较快地溃散，满足芯模在复合材料制件成型后完整脱除，且脱除过程可以室温水中完成，方便使用，提高效率；

3)制备芯模可以实现结构复杂、开口尺寸较小的空心复合材料制件制备，制件具有较高的纤维体积含量、强度和表面质量。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1本发明芯模成型工艺流程图；

图2本发明芯模在RTM成型制备空心复合材料制件的工艺流程图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面对本发明的实施方式进行详细描述，具体操作步骤如下：

1)配制聚乙二醇、聚乙烯吡咯烷酮水溶液：分别称取15克聚乙二醇和5克聚乙烯吡咯烷酮依次加入 100ml水中，搅拌溶解；

2)取石英砂用水清洗三次，置于80℃烘箱中，烘干；

3)取1)中溶液与2)中烘干的石英砂1000克，充分搅拌润湿均匀，待用；

4)将3中混合均匀的石英砂浆分多次加入到芯模模具中，每次都反复压实；

5)将组装好的芯模模具加入烘箱中，设定温度180℃，时间5小时，芯模成型；

6)芯模冷却后，取出芯模，打磨两端，包覆带胶耐高温聚四氟乙烯密封膜；

7)在6)中芯模表面铺覆织物，然后装模、注胶、固化、成型、脱模；

8)将制件开口处密封膜打破，将制件置于60℃水中，静止30分钟，芯模胶黏剂溶于温水，芯模溃散，从制件开口处流出，反复冲洗后得空心制件，芯模主要原材料石英砂或滑石粉收集循环使用。

实施例1

1)配制碳酸氢钠、聚乙二醇、聚乙烯吡咯烷酮水溶液：分别称取5克碳酸氢纳、12克聚乙二醇和5 克聚乙烯吡咯烷酮依次加入100ml水中，搅拌溶解；

2)取石英砂用水清洗三次，置于80℃烘箱中，烘干；

3)取1)中溶液与2)中烘干的石英砂1000克，充分搅拌润湿均匀，待用；

4)将3中混合均匀的石英砂浆分多次加入到芯模模具中，每次都反复压实；

5)将组装好的芯模模具加入烘箱中，设定温度160℃，时间4小时，芯模成型；

6)芯模冷却后，取出芯模，打磨两端，包覆带胶耐高温聚四氟乙烯密封膜；

7)在6)中芯模表面铺覆织物，然后装模、注胶、注胶完成后保压、固化、成型、脱模；

8)将制件开口处密封膜打破，将制件置于40℃、质量分数1％的盐酸水溶液中，静止30分钟，芯模胶黏剂溶于盐酸水溶液，芯模溃散，从制件开口处流出，反复冲洗后得空心制件，芯模主要原材料石英砂收集循环使用。

实施例2

1)配制聚乙二醇、聚乙烯吡咯烷酮水溶液：分别称取18克聚乙二醇和6克聚乙烯吡咯烷酮依次加入120ml水中，搅拌溶解；

2)取石英砂用水清洗三次，置于80℃烘箱中，烘干；

3)取1)中溶液与2)中烘干的石英砂1000克，充分搅拌润湿均匀，待用；

4)将3中混合均匀的石英砂浆分多次加入到芯模模具中，每次都反复压实；

5)将组装好的芯模模具加入烘箱中，设定温度170℃，时间5小时，芯模成型；

6)芯模冷却后，取出芯模，打磨两端，包覆带胶耐高温聚四氟乙烯密封膜；

7)在6)中芯模表面铺覆织物，然后装模、注胶、固化、成型、脱模；

8)将制件开口处密封膜打破，将制件置于40℃水中，静止40分钟，芯模胶黏剂溶于温水，芯模溃散，从制件开口处流出，反复冲洗后得空心制件，芯模主要原材料石英砂收集循环使用。

实施例3

1)配制聚乙二醇、聚乙烯吡咯烷酮水溶液：分别称取20克聚乙二醇和10克聚乙烯吡咯烷酮依次加入200ml水中，搅拌溶解；

2)取石英砂用水清洗三次，置于80℃烘箱中，烘干；

3)取1)中溶液与2)中烘干的石英砂1000克，充分搅拌润湿均匀，待用；

4)将3中混合均匀的石英砂浆分多次加入到芯模模具中，每次都反复压实；

5)将组装好的芯模模具加入烘箱中，设定温度160℃，时间4小时，芯模成型；

6)芯模冷却后，取出芯模，打磨两端，包覆带胶耐高温聚四氟乙烯密封膜；

7)在6)中芯模表面铺覆织物，然后装模、注胶、固化、成型、脱模；

8)将制件开口处密封膜打破，将制件置于80℃水中，静止20分钟，芯模胶黏剂溶于温水，芯模溃散，从制件开口处流出，反复冲洗后得空心制件，芯模主要原材料石英砂收集循环使用。

实施例3

1)配制聚乙二醇、聚乙烯吡咯烷酮水溶液：分别称取20克聚乙二醇和12克聚乙烯吡咯烷酮依次加入200ml水中，搅拌溶解；

2)取石英砂用水清洗三次，置于80℃烘箱中，烘干；

3)取1)中溶液与2)中烘干的石英砂1000克，充分搅拌润湿均匀，待用；

4)将3中混合均匀的石英砂浆分多次加入到芯模模具中，每次都反复压实；

5)将组装好的芯模模具加入烘箱中，设定温度150℃，时间5小时，芯模成型；

6)芯模冷却后，取出芯模，打磨两端，包覆带胶耐高温聚四氟乙烯密封膜；

7)在6)中芯模表面铺覆织物，然后装模、注胶、固化、成型、脱模；

8)将制件开口处密封膜打破，将制件置于60℃水中，静止30分钟，芯模胶黏剂溶于温水，芯模溃散，从制件开口处流出，反复冲洗后得空心制件，芯模主要原材料石英砂收集循环使用。

Claims (6)

1.一种使用于RTM成型技术制备空心制件的可冲洗芯模制备方法，其特征在于：所述芯模由可溶芯模和耐高温带胶密封膜两部分组成。

2.根据权利要求1所述的可溶芯模，其特征在于：芯模成分包括石英砂或滑石粉、聚乙二醇、聚乙烯吡咯烷酮、碳酸氢钠和水。

3.根据权利要求2所述可溶芯模的组分，其特征在于：各组分的质量比为碳酸氢钠∶聚乙二醇∶聚乙烯吡咯烷酮∶水∶石英砂或滑石粉＝0-2∶1.5-2.5∶0.5-1.2∶8-12∶100。

4.根据权利要求2所述可溶芯模的组分，其特征在于：石英砂的粒径范围在0.6-3mm、滑石粉的粒度为300-600目、聚乙二醇的分子量范围为5000-10000。

5.根据权利要求1所述的带胶密封膜，其特征在于：所述带胶密封膜，一侧带胶，可以与可溶芯模贴合，胶膜耐高温200℃，可以组织树脂在RTM过程中浸渍到可溶胶膜的表面和内部。

6.根据权利要求1或2所述的可溶芯模，其特征在于：RTM制件成型后，将内部胶膜打孔，用40-70℃水浸泡5-30分钟，然后用水冲洗，即可除去芯模，获得空心的复合材料制件。