CN111098526A - 一种高强度耐压圆弧顶封头工件的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于纤维复合材料异形件制备技术领域，特别是一种高强度耐压圆弧顶封头工件的制备方法，圆弧顶封头工件由帽体结构和帽檐结构组成，帽体结构和帽檐结构均由碳纤维和环氧树脂复合材料通过RTM成型设备加工而成，本发明提供了一种运用RTM技术进行规模化、标准化生产高强度耐压圆弧顶封头工件的方法，保证工件具有较高的耐压强度和提高不同织物之间连接强度的同时，可以大大加大碳纤维异形件的产量，同时降低生产成本，给碳纤维复合材料行业广泛应用奠定了基础。

Description

一种高强度耐压圆弧顶封头工件的制备方法
技术领域
本发明属于纤维复合材料异形件制备技术领域，特别是一种高强度耐压圆弧顶封头工件的制备方法。
背景技术
由碳纤维与环氧树脂组成的材料称为碳纤维树脂复合材料或碳纤维增强塑料。碳纤维与玻璃纤维相比较，具有高的弹性模量，是玻璃纤维的4～6倍，抗拉强度也略高于它。碳纤维还具有较好的高温性能。因此当碳纤维和环氧树脂、酚醛树脂、聚四氟乙烯等树脂基体结合在一起组成复合材料时，不仅保持了玻璃钢的许多优点，同时在许多性能方面还超过了玻璃钢。例如，碳纤维-环氧树脂复合材料的强度和弹性模量都超过铝合金，甚至接近于高强度钢，弥补了玻璃钢弹性模量低的缺点。又兼其比重比玻璃钢还要小，因此它成为目前比强度与比模量最高的复合材料之一。由于碳纤维弹性模量高，故其复合材料零件允许在极限应力状态下服役，克服了玻璃纤维树脂复合材料只允许在低于极限应力60％的条件下使用的缺点。碳纤维增强塑料在高温老化试验中的强度损失，也比玻璃钢小。此外在抗冲击性能、抗疲劳性能、减摩耐磨性能、自润滑性、耐腐蚀性以及耐热性等，都有显著优点。
由于碳纤维复合材料拥有很好的可塑性，树脂可以在模具流动能够实现多种复杂的造型，这类异形件在目前定制领域需求量巨大。碳纤维复合材料异形件，可用于飞机、火箭、汽车配件、医疗器材、体育用品、家具卫浴用品、生活用品等。目前的技术，异形件还是手工制作为主，手工制作，导致尺寸精度不足，稳定性也不能满足工业企业的要求，严重限制了碳纤维复合材料的应用。如果能够使用机械设备来规模化、标准化生产这样的碳纤维树脂复合材料，提高产品质量，降低成本，必将加速碳纤维复合材料的应用。
发明内容
本发明为了克服上述技术问题的不足，提供了一种运用RTM技术进行规模化、标准化生产高强度耐压圆弧顶封头工件的方法，保证工件具有较高的耐压强度和提高不同织物之间连接强度的同时，可以大大加大碳纤维异形件的产量，同时降低生产成本，给碳纤维复合材料行业广泛应用奠定了基础。
解决上述技术问题的技术方案如下：
本发明设计了一种高强度耐压圆弧顶封头工件的制备方法，所述的圆弧顶封头工件由帽体结构和帽檐结构组成，所述的帽体结构和帽檐结构均由碳纤维和环氧树脂复合材料通过RTM成型设备加工而成，
包括以下步骤：
步骤(1)：将事先裁剪好的2～7cm的单取向纤维织物(根据工件大小选择单取向纤维织物的宽度，以六片单取向纤维织物能够完全覆盖顶面为准)，呈相对角度0°、30°、60°、90°、120°、150°交叉排布，从整体式成型模具的圆柱状阳模的球面顶端铺下，每条纤维织物在阳模的柱体两侧对称并等长，所述的纤维织物的底部沿着帽檐方向向外弯折至少3cm；铺好后，对纤维织物的外表面进行喷胶定型，再重复一次以上步骤；采用特殊的相对角度设置纤维织物的位置，便于铺设，防止纤维织物铺设过程中出现褶皱，影响后续产品质量；所述的喷胶定型采用的胶为市售复合材料成型专用成品胶。
步骤(2)：待步骤(1)的纤维织物定型后，在阳模的柱体上横向呈螺旋状紧密缠绕若干层编织的纤维织物，每缠绕一层纤维织物喷胶定型后再缠绕下一层，最后形成帽体；
步骤(3)：沿着帽体从上至下依次套入上、下两张中空圆环状纤维织物，下层中空圆环状纤维织物的内口直径小于帽体的直径形成向上翻折的弯边，上、下两张中空圆环状碳纤维织物包住步骤(1)所述弯折，使得弯折处于上、下两张中空圆环状碳纤维织物的中间；
步骤(4)：然后将整体式成型模具的阴模从上至下盖入阳模，采用RTM技术，注入环氧树脂和固化剂，直至无气泡溢出，在室温～80℃固化4～10h后自然降温，取出即为高强度耐压圆弧顶封头工件。
进一步地说，所述的纤维织物为连续碳纤维单取向带、纤维二维编织物、玻璃纤维二维编织物或玄武岩纤维中的任意一种或两种。
其中，所述的纤维二维编织物采用平纹，斜纹或者缎纹形式编织。
所述的玻璃纤维二维编织物为玻璃纤维布。
碳纤维质轻强度高，可制作薄壁，制件质量轻，但因纤维贵而成本较高；玻璃纤维二维编织物和玄武岩纤维价廉，成本低，但这两者的织物密度大、较厚，因此制件壁较厚且重。根据具体使用需求，选择合适的纤维织物。
进一步地说，步骤(2)所述的编织的纤维织物的层数至少为1层。
更进一步地说，步骤(4)所述的环氧树脂包括所有用于复合材料制备用的环氧树脂。
本发明的有益效果是：
本发明采用特殊设计的碳纤维编织物的铺层和弯角设计，通过RTM成型设备运用RTM技术，制备了一种高强度耐压圆弧顶封头工件，精度高，强度大，可以规模化、标准化生产，降低成本，该工件可以耐压1～2Mpa，从十五米高空自由坠落不破裂，适用于磁力泵的隔离套，也可以作为低中压压力容器的封头使用；本发明适用多种不同粘度和固化温度的环氧树脂，可以与碳纤维织物形成良好的浸润。本发明碳纤维织物可选择性较强，适用于不同的碳纤维、玻璃纤维或玄武岩纤维织物，包括单取向，编织物等不同编织的织物。
附图说明
下面结合附图说明和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明产品的结构示意图；
图中：1为帽体结构、2为帽檐结构。
具体实施方式
实施例1：
如图1所示，一种高强度耐压圆弧顶封头工件的制备方法，包括以下步骤：
步骤(1)：将事先裁剪好的2cm宽的连续碳纤维单取向带(六片碳纤维单取向带能够完全覆盖顶面)，呈相对角度0°、30°、60°、90°、120°、150°交叉排布，从整体式成型模具的圆柱状阳模的球面顶端铺下，每条连续碳纤维单取向带在阳模的柱体两侧对称并等长，连续碳纤维单取向带的底部沿着帽檐方向向外弯折3cm；铺好后，对连续碳纤维单取向带的外表面进行喷胶定型，再重复一次以上步骤；
步骤(2)：待步骤(1)的连续碳纤维单取向带定型后，在阳模的柱体上横向呈螺旋状紧密缠绕3层编织的连续碳纤维单取向带，每缠绕一层连续碳纤维单取向带喷胶定型后再缠绕下一层，最后形成帽体；根据厚度和高强度需要再重复一次步骤(1)或者重复步骤(1)和(2)；
步骤(3)：沿着帽体从上至下依次套入上、下两张中空圆环状连续碳纤维单取向带，下层中空圆环状连续碳纤维单取向带的内口直径小于帽体的直径形成向上翻折的弯边，上、下两张中空圆环状连续碳纤维单取向带包住步骤(1)所述弯折，使得弯折处于上、下两张中空圆环状连续碳纤维单取向带的中间；
步骤(4)：然后将整体式成型模具的阴模从上至下盖入阳模，采用RTM技术，注入环氧树脂和固化剂，直至无气泡溢出，在60℃固化6h后自然降温，取出即为高强度耐压圆弧顶封头工件。
产品顶部3mm，圆柱体部份3mm，帽沿部分6mm，耐压2MPa。
实施例2：
一种高强度耐压圆弧顶封头工件的制备方法，包括以下步骤：
步骤(1)：将事先裁剪好的7cm宽的单取向纤维织物(六片单取向纤维织物能够完全覆盖顶面)，本实施例为纤维二维编织物、玻璃纤维布；纤维二维编织物采用平纹，斜纹或者缎纹形式编织。呈相对角度0°、30°、60°、90°、120°、150°交叉排布，从整体式成型模具的圆柱状阳模的球面顶端铺下，每条纤维织物在阳模的柱体两侧对称并等长，所述的纤维织物的底部沿着帽檐方向向外弯折至少3cm；铺好后，对纤维织物的外表面进行喷胶定型，再重复一次以上步骤；
步骤(2)：待步骤(1)的纤维织物定型后，在阳模的柱体上横向呈螺旋状紧密缠绕4层编织的纤维织物，每缠绕一层纤维织物喷胶定型后再缠绕下一层，最后形成帽体；根据厚度和高强度需要再重复一次步骤(1)或者重复步骤(1)和(2)；
步骤(3)：沿着帽体从上至下依次套入上、下两张中空圆环状纤维织物，下层中空圆环状纤维织物的内口直径小于帽体的直径形成向上翻折的弯边，上、下两张中空圆环状碳纤维织物包住步骤(1)所述弯折，使得弯折处于上、下两张中空圆环状碳纤维织物的中间；
步骤(4)：然后将整体式成型模具的阴模从上至下盖入阳模，采用RTM技术，注入环氧树脂和固化剂，直至无气泡溢出，在室温固化10h后自然降温，取出即为高强度耐压圆弧顶封头工件。
产品顶部2mm，圆柱体部份5mm，帽沿部分4mm，耐压1.5MPa。
实施例3：
一种高强度耐压圆弧顶封头工件的制备方法，包括以下步骤：
步骤(1)：将事先裁剪好的5cm的单取向玄武岩纤维(六片单取向玄武岩纤维能够完全覆盖顶面)，呈相对角度0°、30°、60°、90°、120°、150°交叉排布，从整体式成型模具的圆柱状阳模的球面顶端铺下，每条玄武岩纤维在阳模的柱体两侧对称并等长，玄武岩纤维的底部沿着帽檐方向向外弯折至少3cm；铺好后，对玄武岩纤维的外表面进行喷胶定型，再重复一次以上步骤；
步骤(2)：待步骤(1)的玄武岩纤维定型后，在阳模的柱体上横向呈螺旋状紧密缠绕1层编织的玄武岩纤维，每缠绕一层玄武岩纤维喷胶定型后再缠绕下一层，最后形成帽体；根据厚度和高强度需要再重复一次步骤(1)或者重复步骤(1)和(2)；
步骤(3)：沿着帽体从上至下依次套入上、下两张中空圆环状玄武岩纤维，下层中空圆环状玄武岩纤维的内口直径小于帽体的直径形成向上翻折的弯边，上、下两张中空圆环状玄武岩纤维包住步骤(1)所述弯折，使得弯折处于上、下两张中空圆环状玄武岩纤维的中间；
步骤(4)：然后将整体式成型模具的阴模从上至下盖入阳模，采用RTM技术，注入环氧树脂和固化剂，直至无气泡溢出，在80℃固化4h后自然降温，取出即为高强度耐压圆弧顶封头工件。
产品顶部5mm，圆柱体部份4mm，帽沿部分5mm，耐压1MPa。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质上对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种高强度耐压圆弧顶封头工件的制备方法，其特征在于，所述的圆弧顶封头工件由帽体结构和帽檐结构组成，所述的帽体结构和帽檐结构均由纤维和环氧树脂复合材料通过RTM成型设备加工而成，
包括以下步骤：
步骤(1)：将事先裁剪好的2～7cm宽的单取向纤维织物，呈相对角度0°、30°、60°、90°、120°、150°交叉排布，从整体式成型模具的圆柱状阳模的球面顶端铺下，每条纤维织物在阳模的柱体两侧对称并等长，所述的纤维织物的底部沿着帽檐方向向外弯折至少3cm；铺好后，对纤维织物的外表面进行喷胶定型，再重复一次以上步骤；
步骤(2)：待步骤(1)的纤维织物定型后，在阳模的柱体上横向呈螺旋状紧密缠绕若干层编织的纤维织物，每缠绕一层纤维织物喷胶定型后再缠绕下一层，最后形成帽体；
步骤(3)：沿着帽体从上至下依次套入上、下两张中空圆环状纤维织物，下层中空圆环状纤维织物的内口直径小于帽体的直径形成向上翻折的弯边，上、下两张中空圆环状碳纤维织物包住步骤(1)所述弯折，使得弯折处于上、下两张中空圆环状碳纤维织物的中间；
步骤(4)：然后将整体式成型模具的阴模从上至下盖入阳模，采用RTM技术，注入环氧树脂和固化剂，直至无气泡溢出，在室温～80℃固化4～10h后自然降温，取出即为高强度耐压圆弧顶封头工件。
2.根据权利要求1所述的高强度耐压圆弧顶封头工件的制备方法，其特征在于，所述的纤维织物为连续碳纤维单取向带、纤维二维编织物、玻璃纤维二维编织物或玄武岩纤维中的任意一种或两种。
3.根据权利要求2所述的高强度耐压圆弧顶封头工件的制备方法，其特征在于，所述的纤维二维编织物采用平纹，斜纹或者缎纹形式编织。
4.根据权利要求2所述的高强度耐压圆弧顶封头工件的制备方法，其特征在于，所述的玻璃纤维二维编织物为玻璃纤维布。
5.根据权利要求1所述的高强度耐压圆弧顶封头工件的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述的编织的纤维织物的层数至少为1层。
6.根据权利要求1所述的高强度耐压圆弧顶封头工件的制备方法，其特征在于，步骤(4)所述的环氧树脂包括所有用于复合材料制备用的环氧树脂。
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