CN111016220A

CN111016220A - 一种结构件及其成型方法

Info

Publication number: CN111016220A
Application number: CN201911224425.XA
Authority: CN
Inventors: 杨戈; 郑张宜; 艾进; 沈亚东; 罗海涛; 朱君
Original assignee: Hubei Sanjiang Aerospace Group Hongyang Electromechanical Co Ltd
Current assignee: Hubei Sanjiang Aerospace Group Hongyang Electromechanical Co Ltd
Priority date: 2019-12-04
Filing date: 2019-12-04
Publication date: 2020-04-17

Abstract

本发明公开了一种结构件及其成型方法，所述结构件采用预浸料制成，所述预浸料包括树脂、纤维丝和空心玻璃微珠，其中，树脂：纤维丝：空心玻璃微珠的比例为4:(4～5):(1～2)。此种预浸料采用合理配比的树脂、纤维丝和空心玻璃微珠，其中空心玻璃微珠具有良好的隔热和低密度特点，因此由这种具有一定比例的空心玻璃微珠所制成的预浸料经过模压得到的成型结构件不仅尺寸非常精准，而且结构件具有良好的材料减重、隔热性能。

Description

一种结构件及其成型方法

技术领域

本发明属于复合材料成型技术领域，特别涉及一种结构件及其成型方法。

背景技术

玻璃钢制品的结构件是一种具有异型薄壁结构，多用于航空、航天领域的产品，这种异型面结构产品的生产加工一般为复合材料成型所得，当其处于飞行状态时，与其接触的金属会产生大量的热量，这就要求结构件具有良好的隔热性能，同时还要求结构件轻量化。

现有技术通常采用缠绕方式成型复合材料，由于该结构件外形结构复杂，这种处理方法无法精准的达到结构件的尺寸要求，且结构件所使用的现有复合材料密度为1.65g/cm³，导热系数为0.5w/m·k，重量重，隔热效果差，无法满足隔热和轻量化的需求。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明提供了一种结构件及其成型方法，以解决现有技术中缠绕方式制备的结构件，尺寸不准确、隔热效果差和密度大等综合性能差的问题。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：

一方面，本发明提供了一种结构件，所述结构件采用预浸料制成，所述预浸料包括树脂、纤维丝和空心玻璃微珠，其中，树脂：纤维丝：空心玻璃微珠的比例为4:(4～5):(1～2)。

进一步地，所述结构件的横截面为等腰三角形，所述三角形的顶角为圆角，所述三角形的底边向所述三角形的顶角处凹陷，且，所述底边为弧形。

进一步地，所述纤维丝是高硅氧纤维或石英纤维。

另一方面，本发明提供了一种结构件的成型方法，所述方法包括，

获得预浸料；

将获得的预浸料添加到模具中，经过模压获得成型结构件；

成型结构件脱模；

加工脱模后的成型结构件，获得上述的结构件。

进一步地，所述预浸料添加温度控制为40～60℃。

进一步地，所述将获得的预浸料添加到模具内经过模压获得成型结构件，具体包括，

将获得的预浸料添加到模具内；

模具合模，将模具内的预浸料预压成型；

高温固化预压成型后的的预浸料，获得成型结构件。

进一步地，所述模具合模，将模具内的预浸料预压成型，具体包括：

预压温度控制为60～80℃，所述模具预压压力控制为5～20MPa，所述模具预压时间控制为1～3小时。

进一步地，所述预压时合模间隙控制为0.05～0.1mm，合模间隙差控制为0～0.15mm。

进一步地，高温固化温度控制为130～200℃，所述高温固化压力控制为5～20MPa。

进一步地，所述脱模温度控制为40～60℃。

本发明的有益效果至少包括：

本发明公开了一种结构件及其成型方法，所述结构件采用预浸料制成，所述预浸料包括树脂、纤维丝和空心玻璃微珠，其中，树脂：纤维丝：空心玻璃微珠的比例为4:(4～5):(1～2)。此种预浸料采用合理配比的树脂、纤维丝和空心玻璃微珠，其中空心玻璃微珠具有良好的隔热和低密度特点，因此由这种具有一定比例的空心玻璃微珠所制成的预浸料经过模压得到的成型结构件不仅尺寸非常精准，而且结构件具有良好的隔热性能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述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为本发明实施例的一种预浸料的制备方法工艺步骤图；

图2为本发明实施例的一种结构件的结构示意图；

图3为本发明实施例的一种结构件的成型方法工艺步骤图。

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。

首先，本发明实施例提供了一种预浸料，的制备方法，图1是本发明实施例的一种预浸料的制备方法工艺步骤图，结合图1，本方法包括：

S1，准备树脂溶液、纤维丝和空心玻璃微珠；

S2，将获得的树脂溶液分成两份，分别为第一树脂溶液和第二树脂溶液；

第一树脂溶液与第二树脂溶液的质量比例为(18～28)：42，将树脂溶液分成两份，是为了将第一树脂溶液与纤维丝混合，第二树脂溶液与空心玻璃微珠混合，这样可以使第一树脂溶液与纤维丝混合的更均匀，使第二树脂溶液与空心玻璃微珠混合更均匀，保证所制得的预浸料成型后的产品质量。

S3，将第一树脂溶液加入到纤维丝中混合得到第一混合液，将第二树脂溶液加入到空心玻璃微珠中混合得到第二混合液；

将第一树脂溶液加入到纤维丝中；对加入第一树脂溶液的纤维丝进行搅拌，搅拌的过程中将酒精加入所述加入第一树脂溶液的纤维丝中获得第一混合液。所述搅拌时间控制为10～15分钟。该步骤可以使第一树脂溶液与纤维丝混合均匀，加入酒精是为了稀释，使第S4步骤的第一混合液与第二混合液的混合更容易，更均匀。

将第二树脂溶液加入到空心玻璃微珠中；对加入第二树脂溶液的空心玻璃微珠进行搅拌，搅拌的过程中将酒精加入到所述加入第二树脂溶液的空心玻璃微珠中获得第二混合液。所述搅拌时间控制为15～20分钟。该步骤可以使第二树脂溶液与空心比例微珠混合均匀，加入酒精是为了稀释，第S4步骤的第一混合液和第二混合液的混合更容易。

其中，纤维丝可以是高硅氧纤维丝或石英纤维。

S4，将获得的第一混合液倒入第二混合液混合、搅拌获得混合液；

将第一混合液倒入第二混合液中可以使混合更充分均匀，因为第一混合液是第一树脂溶液与纤维丝的混合物，第二混合液是第二树脂溶液与空心玻璃微珠的混合物，因为纤维丝与第一树脂溶液混合后的第一混合液相对于空心玻璃微珠与第二树脂溶液混合后的第二溶液可以看做溶质，因此将第一混合溶液倒入第二混合溶液中混合并搅拌获得混合物。所述搅拌时间控制为15～20分钟。

采用分次分类混合可以保证树脂溶液、纤维丝、空心玻璃微珠混合的充分、均匀，所获得的预浸料的成型质量良好。

S5，将获得的混合液烘干、晾制获得预浸料。

因为混合液中含有树脂溶液和酒精所携带的水分，所以需要烘干、晾制将水分脱除。

烘干时间控制为2～12小时，烘干温度控制为20～60℃，晾制时间控制为15～20小时，晾制温度控制为15～35℃。实际操作中烘干时间、烘干温度根据需求自行在范围内调整。

本发明实施例提供了一种预浸料的制备方法，该方法采用合理的树脂溶液、纤维丝、空心玻璃微珠的配比，制备得到了预浸料。由于预浸料中添加了低密度、低导热系数的空心玻璃微珠，因此使用该预浸料成型制得的产品质轻，隔热性能好。对本发明制得的预浸料进行模压复合材料试板，经检测该复合材料试板的密度不大于0.85g/cm³，200℃下的热导率不大于0.2w/m·k，且成型后产品表面光滑、平整、胶液分布均匀，使用方便，具有良好的综合性能。

另一方面，本发明实施例提供了一种结构件，图2是本发明实施例的一种结构件的结构示意图，结合图2，所述结构件采用预浸料制成，所述预浸料包括树脂、纤维丝和空心玻璃微珠，其中，树脂：纤维丝：空心玻璃微珠的比例4:(4～5):(1～2)。

进一步地，所述纤维丝是高硅氧纤维或石英纤维。

再一方面，本发明实施例还提供了上述结构件的成型方法，图3是本发明实施例的一种结构件的成型方法，结合图3，所述方法包括，

S1，获得预浸料，所述预浸料采用上述的预浸料制备方法制成。

S2，将获得的预浸料添加到模具内。

具体操作时，先将成型模具型面清洗干净、晾干，将模具组装到位，同时调试设备，对模具预热，当模具预热温度控制为40～60℃时，将获得的预浸料添加到模具的型腔内，根据结构件的特点，将预浸料分4～6次添入模具型腔内，先填充型腔的棱角位置再填充其他部位。

S3，模具合模，将模具内的预浸料预压成型。

启动压机，对合上凸模的模具预压，所述预压时合模间隙控制为0.05～0.1mm，合模间隙差控制为0～0.15mm，若预压时合模间隙过大或过小，可以通过减小或增加预浸料加入量进行调整。当合模间隙符合要求后，对模具进行预压，所述模具预压温度控制为60～80℃，在该温度范围内所添加的预浸料具有良好的流动性，易于结构件结构成型。所述模具预压压力控制为5～20MPa，所述模具预压时间控制为1～3小时，以使预浸料预压成结构件形状。预压结束后，打开模具凸模对预压后的结构件进行表面质量检查，确认结构件表面无缺料、气孔等缺陷，确保预压成型结构件表面质量良好。

S4，高温固化预压成型后的的预浸料，获得成型结构件。

预压结束后，将模具凸模合上，打开压机，对合模固化，压力控制为5～20MPa，合模间隙控制为0.05～0.1mm，合模间隙差控制为0.1～0.15mm，如合模间隙不能满足以上要求，可添加预浸料对合模间隙进行调整，重复上述操作，直至合模间隙符合要求。

当合模间隙合格后，将模具温度升至130～200℃，保温时间为2～5h，并在该温度下施加压力，对合模高温固化，加压时间为2～5h。保温结束后合模自然冷却。

S5，对成型结构件脱模。

合模自然冷却至60℃～40℃时，打开压机合模，将成型的结构件脱模。

S6，加工脱模后的成型结构件，获得结构件。

对脱模后的结构件外型面进行打磨、清理，去除溢胶和飞边，检查脱模结构件的表面质量、内部质量和外形尺寸。

采用本模压成型方法，使得制成的结构件本发明公开了一种结构件及其成型方法，所述结构件采用预浸料制成，所述预浸料包括树脂、纤维丝和空心玻璃微珠，其中，树脂：纤维丝：空心玻璃微珠的比例为4:(4～5):(1～2)。此种预浸料采用合理配比的树脂、纤维丝和空心玻璃微珠，其中空心玻璃微珠具有良好的质轻、低导热、高强度以及稳定的化学性能特点，因此由这种具有一定比例的空心玻璃微珠所制成的预浸料经过模压得到的复杂异性结构件不仅尺寸非常精准，成型质量良好，而且结构件具有良好的质轻、隔热性能。与传统材料相比，本方法所成型的异形结构的复合材料密度及导热率较传统材料下降50％以上，同时结构件具有良好的强度和表面质量。

下面将结合具体的实施例，对本发明的一种结构件及其成型方法做进一步的详细说明。

实施例1

在本实施例中结构件的成型方法分两个步骤进行，第一个步骤是制备结构件的成型所使用的预浸料，第二个步骤是使用第一步骤所制得的预浸料进行模压加工制得结构件。

第一步骤

S1，准备树脂溶液、高硅氧纤维丝和空心玻璃微珠，树脂溶液、高硅氧纤维丝和空心玻璃微珠的质量比例4:4:1；

S2，将获得的树脂溶液分成两份，分别为第一树脂溶液和第二树脂溶液，第一树脂溶液与第二树脂溶液的(质量比例)为20:42。

S3，将第一树脂溶液加入到高硅氧纤维丝中混合得到第一混合液，将第二树脂溶液加入到空心玻璃微珠中混合得到第二混合液；

将第一树脂溶液加入到纤维丝中；对加入第一树脂溶液的高硅氧纤维丝进行搅拌，搅拌的过程中将酒精加入所述加入第一树脂溶液的高硅氧纤维丝中获得第一混合液。所述搅拌时间控制为12分钟。

将第二树脂溶液加入到空心玻璃微珠中；对加入第二树脂溶液的空心玻璃微珠进行搅拌，搅拌的过程中将酒精加入到所述加入第二树脂溶液的空心玻璃微珠中获得第二混合液。所述搅拌时间控制为18分钟。

S4，将获得的第一混合液倒入第二混合液混合、搅拌获得混合液；所述搅拌时间控制为19分钟。

S5，将获得的混合液烘干、晾制获得预浸料。

烘干时间控制为3小时，烘干温度控制为35℃，晾制时间控制为18小时，晾制温度控制为23℃。实际操作中烘干时间、烘干温度根据需求自行在范围内调整。

第二步骤

S1，获得第一步骤所制得的预浸料。

S2，将获得的预浸料添加到模具内。当模具预热温度控制为50℃时，将预浸料分5次添入模具型腔内，先填充型腔的棱角位置再填充其他部位。

S3，模具合模，将模具内的预浸料预压成型。对合上凸模的模具预压。所述预压时合模间隙控制为0.05mm，合模间隙差控制为0.08mm。当合模间隙符合要求后，对模具进行预压，所述模具预压温度控制为75℃，所述模具预压压力控制为15MPa，所述模具预压时间控制为1小时，以使预浸料预压成结构件形状。预压结束后，打开模具凸模对预压后的结构件进行表面质量检查，确认结构件表面无缺料、气孔等缺陷，确保预压成型结构件表面质量良好。

S4，高温固化预压成型后的预浸料，获得成型结构件。压力控制为15MPa，合模间隙控制为0.1mm，合模间隙差控制为0.12mm。当合模间隙合格后，将模具温度升至180℃，保温时间为2h，并在该温度下施加压力，对合模高温固化，加压时间为2h。保温结束后合模自然冷却。

S5，合模自然冷却至40℃时，对成型结构件脱模。

S7，加工脱模后的成型结构件，获得结构件。

值得注意的是，采用上述步骤所获得的结构件，表面质量良好，尺寸精准，强度达到了12MPa，符合要求，密度为0.75g/cm³，导热系数为0.17w/(m·k)，具有良好的质轻、隔热和高强度等综合性能。

实施例2

作为本发明的又一实施例，与实施例1所不同的是，所用纤维丝为石英纤维，树脂溶液、石英纤维和空心玻璃微珠的质量比例4:5:2。

值得注意的是，本实施例所获得的结构件，表面质量良好，尺寸精准，强度达到了14MPa，符合要求，密度为0.82g/cm³，导热系数为0.23w/(m·k)，具有良好的质轻、隔热和高强度等综合性能。

实施例3

作为本发明的又一实施例，与实施例1不同的是，所用纤维丝为石英纤维，树脂溶液、石英纤维和空心玻璃微珠的质量比例4:4.5:1.5。

值得注意的是，本实施例所获得的结构件，表面质量良好，尺寸精准，强度达到了15MPa，符合要求，密度为0.79g/cm³，导热系数为0.20w/(m·k)，具有良好的质轻、隔热和高强度等综合性能。

以上所举实施例为本发明的较佳实施方式，仅用来方便说明本发明，并非对本发明作任何形式下的限制，任何所述技术领域中具有通常知识者，若在不脱离本发明所提技术特征的范围内，利用本发明所揭示技术内容所作出局部更动或修饰的等效实施例，并且未脱离本发明的技术特征内容，均仍属于本发明技术特征的范围内。

Claims

1.一种结构件，其特征在于，所述结构件采用预浸料制成，所述预浸料包括树脂、纤维丝和空心玻璃微珠，其中，树脂：纤维丝：空心玻璃微珠的比例为4:(4～5):(1～2)。

2.根据权利要求1所述的一种结构件，其特征在于，所述结构件的横截面为等腰三角形，所述三角形的顶角为圆角，所述三角形的底边向所述三角形的顶角处凹陷，且，所述底边为弧形。

3.根据权利要求1所述的一种结构件，其特征在于，所述纤维丝是高硅氧纤维或石英纤维。

4.一种结构件的成型方法，其特征在于，所述方法包括，

获得预浸料；

将获得的预浸料添加到模具内，经过模压获得成型结构件；

成型结构件脱模；

加工脱模后的成型结构件，获得权利要求1～3任一项所述的结构件。

5.根据权利要求4所述的一种结构件的成型方法，其特征在于，所述预浸料添加温度控制为40～60℃。

6.根据权利要求4所述的一种结构件的成型方法，其特征在于，所述将获得的预浸料添加到模具内，经过模压获得成型结构件，具体包括，

将获得的预浸料添加到模具内；

模具合模，将模具内的预浸料预压成型；

高温固化预压成型后的的预浸料，获得成型结构件。

7.根据权利要求6所述的一种结构件的成型方法，其特征在于，所述模具合模，将模具内的预浸料预压成型，具体包括：

8.根据权利要求4所述的一种结构件的成型方法，其特征在于，所述预压时合模间隙控制为0.05～0.1mm，合模间隙差控制为0～0.15mm。

9.根据权利要求6所述的一种结构件的成型方法，其特征在于，高温固化温度控制为130～200℃，所述高温固化压力控制为5～20MPa。

10.根据权利要求4所述的一种结构件的成型方法，其特征在于，所述脱模温度控制为40～60℃。