CN111438964A - 复合材料片材的成型模具及成型方法 - Google Patents

复合材料片材的成型模具及成型方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种复合材料片材的成型模具及成型方法，其中，成型模具包括相互配合的第一模板和第二模板，第一模板内形成有第一模腔，第二模板内形成有第二模腔，第一模腔与第二模腔相对设置，共同围成成型腔室，第一模腔与第二模腔之间设置有弹性密封膜，用于制备复合材料的预浸料置放在弹性密封膜与第二模板之间的第二模腔中，成型腔室内设置有通气装置，通气装置可改变成型腔室内的气压值，以使弹性密封膜挤压预浸料，促使预浸料成型；同时公开了使用该成型模具的成型方法。本发明中模具模腔的大小可根据开发需求进行及时调整，有效缩短了研发周期，减少开发成本；热传导性好，成型压力高，且模具结构简单，易于修理和维护。

Description

复合材料片材的成型模具及成型方法
技术领域
本发明涉及一种模具及成型方法，尤其涉及一种复合材料片材的成型模具以及该复合材料片材的成型方法。
背景技术
为了提高运动鞋鞋底的性能，改善鞋底的功能性，在研发和生产运动鞋鞋底时，会在鞋底内或鞋底表面设置插片，插片的材质、形状和设置位置不同，能够使鞋底表现出不同的功能和性能。
通常，插片采用多层材料叠加复合而成。现有的片材产品常采用模压成型或真空罐成型的方法加工成型，其中，模压成型的热传导快，产品尺寸标准；真空罐成型的产品，其外观纹路无错位，且方便调整多层复合材料的厚度、角度等。
但是，在鞋底插片的开发过程中，对插片的厚度、强度、刚度等指标的需求不可能一次就达到，往往需要多次调整预浸料的角度、厚度、组合方式等，以得到多种不同的插片样本，并对样本进行检测和试验，才能够从多个样本中选取出功能性好、性能优异的插片以应用到鞋底中。传统的模压成型通常使用的是金属模具，模具的模腔在加工完成后难以改变模腔的厚度及尺寸，当需要制备多个不同的插片样本时，需要重新加工金属模具或制造多个不同模具，不仅会延长产品的开发周期，且研发的成本非常高。而真空罐成型的缺陷在于，设备的管控复杂，价格昂贵，且其气压压力只有0.6MPa，层间压力较小，导致产品的强度较低，影响插片的性能；此外，由于空气热传导率较小，因此真空罐成型的树脂固化时间较长，不利于提高开发效率。
以模压成型的方法为例，对现有鞋底插片的开发过程进行说明：
开发一款应用在鞋底内部的插片，插片厚度预计在1.3mm至3mm之间。
第一步：使用钢材制作4套插片成型模具，膜腔厚度分别为1.3mm、2mm、2.5mm、3mm；
第二步：根据插片的功能需求选取预浸料的组成，根据插片的厚度计算预浸料的层数，并将预浸料裁剪成所需形状；
第三步：将四组预浸料分别放入四套模具的膜腔中；
第四步：将模具送入加热台，使预浸料加热固化，形成插片；
第五步：重复第二步至第四步，以使每种厚度的插片分别制作出若干个，并将插片置于相同样式的鞋底中，做成鞋子；
第七步，对鞋子进行性能试验或试穿，并记录试验或试穿数据；
第八步：根据试验或试穿数据推算出插片更为合适的预计厚度值(如1.7mm、1.8mm、1.9mm)，并对模具的膜腔做进一步加工，使模腔厚度达到插片的预计厚度值，并制作插片样本，进行试验或试穿测试；
第九步：得到性能最优的插片样本(厚度为1.9mm)。
由于开发鞋底插片时需要反复测试鞋底性能，检测鞋子穿着的舒适性，因此需要加工多种厚度不同的插片样本，并进行多次试穿试验，采用传统的成型方法不仅效率低，且成本高。
发明内容
本发明提供了一种复合材料片材的成型模具及成型方法，能够随意调整模具中预浸料的厚度、角度等，采用一套模具即可生产出不同厚度的片材。
具体技术方案如下：
一种复合材料片材的成型模具，包括相互配合的第一模板和第二模板，第一模板内形成有第一模腔，第二模板内形成有第二模腔，第一模腔与第二模腔相对设置，共同围成成型腔室，第一模腔与第二模腔之间设置有弹性密封膜，用于制备复合材料的预浸料置放在弹性密封膜与第二模板之间的第二模腔中，成型腔室内设置有通气装置，通气装置可改变成型腔室内的气压值，以使弹性密封膜挤压预浸料，促使预浸料成型。
进一步，通气装置可对第一模腔抽真空，使弹性密封膜向第一模腔内凹陷，以在弹性密封膜上形成凹槽结构，凹槽结构与第二模腔共同围成容纳腔室，预浸料置放在容纳腔室内。
进一步，通气装置包括气嘴，气嘴设置在第一模板上，气嘴的第一端与第一模腔相连通，第二端与第一模板的外部环境相连通。
进一步，第一模板上设置有容纳槽，容纳槽位于第一模板与第二模板相接触的一侧表面上，弹性密封膜设置在容纳槽中。
进一步，容纳槽的边缘凸出于第二模腔的边缘设置，以增强弹性密封膜对第二模腔的密封效果。
进一步，第一模腔的边缘凸出于第二模腔的边缘设置，以增强弹性密封膜对第二模腔内预浸料的挤压效果。
进一步，第一模腔的深度大于第二模腔的深度。
一种成型方法，采用了以上任一所述的复合材料片材的成型模具，具体包括：
步骤一，将预浸料贴合放置在第二模板的第二模腔内；
步骤二，将第一模板盖设在第二模板上，同时将弹性密封膜置放在第一模腔与第二模腔之间，检查弹性密封膜的气密性；
步骤三，将第一模板和第二模板送入热压模台加热，并在气嘴处接入压缩空气，对第一模腔加压；
步骤四，从热压模台处取出第一模板和第二模板，卸压开模，取出成型产品。
进一步，步骤二包括，先将弹性密封膜设置在第一模板的容纳槽内，对气嘴进行抽真空，使弹性密封膜凹入到第一模腔内，并保持第一模腔的真空状态，再将第一模板盖设在第二模板上，然后去掉气嘴处的抽真空。
进一步，步骤二中，根据预浸料的厚度选择合适的抽真空压力，抽真空压力为10KPa至60KPa；步骤三中，根据成型产品的厚度选择合适的压缩空气压力，压缩空气压力为500KPa至3000KPa。
本发明中的复合材料片材的成型模具及成型方法具有以下优点：
1、模具模腔的大小可根据开发需求进行及时调整，一套模具即可完成多种规格片材样本的制备，节省了制作模具和修改模具的时间，有效缩短了研发周期，减少开发成本；
2、热传导性好，成型压力高，减少了复合材料的层间空隙，确保了片材的强度，产品尺寸更标准；
3、对产品的施压均匀，且成型压力可调，有效减少了产品应力集中的问题；
4、模具结构简单，易于修理和维护，所需的制备条件要求低，开发成本低。
附图说明
图1为本发明中复合材料片材的成型模具的剖视图。
图2为本发明中成型模具的上模板的剖视图。
图3为本发明中成型模具的下模板的剖视图。
图4为本发明中成型模具的上模板在成型过程前的剖视图。
图5为本发明中的成型模具在复合材料成型过程中的状态图。
具体实施方式
为了更好的了解本发明的目的、结构及功能，下面结合附图，对本发明的复合材料片材的成型模具及成型方法做进一步详细的描述。
如图1至图5所示，本发明中的复合材料片材的成型模具包括相互配合的第一模板10和第二模板20，第一模板10位于上方，第二模板20位于下方，第一模板10可盖设在第二模板20上。第一模板10内形成有第一模腔11，第二模板20内形成有第二模腔21，第一模腔11与第二模腔21相对设置，共同围成成型腔室，用于制备复合材料片材的预浸料30在成型腔室内热固成型。
进一步，第一模板10上设置有容纳槽12，容纳槽12位于第一模板10与第二模板20相接触的一侧表面上。容纳槽12与第一模板10的第一模腔11相连通，且容纳槽12的边缘凸出于第一模腔11的边缘设置。
进一步，容纳槽12中嵌设有弹性密封膜40，弹性密封膜40位于第一模腔11与第二模腔21之间，使第一模腔11与第二模腔21相互密封隔离，用于制备复合材料片材的预浸料30置放在弹性密封膜40与第二模板20之间的第二模腔21中。第一模板10上设置有气嘴13，气嘴13的第一端与第一模腔11相连通，第二端与第一模板10的外部环境相连通。
在使用本发明中的成型模具制备片材时，会将预浸料30先置放在第二模腔21中，再将第一模板10和弹性密封膜40覆盖在第二模腔21及预浸料30上，使弹性密封膜40与第二模腔21共同形成一个密封的容纳腔室；再通过气嘴13对第一模腔11中通入压缩空气，使弹性密封膜40在压力的作用下挤压预浸料30，促使预浸料30成型。优选地，预浸料30的总厚度大于第二模腔21的深度，此时能够保证弹性密封膜40充分地挤压预浸料30，促进预浸料30成型。
优选地，第一模腔11的深度大于第二模腔21的深度。在使用本发明中的成型模具制备片材时，首先对气嘴13进行抽气，以使第一模腔11抽真空，此时弹性密封膜40会向第一模腔11内凹陷，以在弹性密封膜40上形成凹槽结构41；凹槽结构41与第二模腔21共同围成容纳腔室，预浸料30置放在容纳腔室内。采用以上方式进行复合材料成型时，可根据预浸料30的厚度选择合适的抽真空压力，以使容纳腔室的高度与预浸料30的厚度相匹配。由于第一模腔11的深度较大，因此通过改变第一模腔11的抽真空度，可以在很大范围内调整容纳腔室的尺寸，以匹配不同厚度的预浸料30，进而制备不同厚度的复合材料片材。
当然，第一模腔11的深度大于第二模腔21的深度仅为本发明的一种优选实施方式，根据实际生产需要，第一模腔11的深度也可以等于第二模腔21的深度，或小于第二模腔21的深度。
除上述优选实施方式外，也可以直接将弹性密封膜40覆盖在预浸料30及第二模腔21上，再将第一模板10加盖在第二模板20及弹性密封膜40上，然后通过对气嘴13通入压缩空气实现预浸料30的成型。
进一步，如图5所示，容纳槽12的边缘凸出于第二模腔21的边缘设置，以使容纳槽12内的弹性密封膜40的边缘能够完全覆盖第二模腔21的边缘，增强弹性密封膜40对第二模腔21的密封效果。第一模腔11的边缘凸出于第二模腔21的边缘设置，当第一模腔11内通入压缩空气时，压缩空气能够充分挤压弹性密封膜40与预浸料30边缘相接触的部位，进而增强弹性密封膜40对预浸料30的边缘的挤压效果。
在上述优选实施方式中，气嘴13设置在第一模板10上，通过对气嘴13通入压缩空气使弹性密封膜40受压，促进预浸料30成型。此外，还可以将气嘴13设置在第二模板20上，使气嘴13的两端分别与第二模腔21和第二模板20的外部空间相连通，通过对气嘴13进行抽真空，使弹性密封膜40受力挤压预浸料30，促进预浸料30成型。
优选地，本发明中的复合材料片材的成型模具采用金属材料制成，热传导好，且制备出的产品尺寸标准。优选地，弹性密封膜40为硅胶膜。
本发明中还涉及一种成型方法，该成型方法中采用了以上所述的复合材料片材的成型模具，具体包括：
步骤一，在第二模板20上涂离型剂；
步骤二，将预浸料30裁剪成需要的形状，并贴合放置在第二模板20的第二模腔21内；
步骤三，将弹性密封膜40设置在第一模板10的容纳槽12内，检查弹性密封膜40的气密性；
步骤四，根据预浸料30的厚度选择合适的抽真空压力，并对气嘴13进行抽真空，使弹性密封膜40凹入到第一模腔11内；
步骤五，保持第一模腔11的抽真空状态，将第一模板10盖设在第二模板20上，然后去掉气嘴13处的抽真空；
步骤六，将第一模板10和第二模板20送入热压模台加热，根据成型产品的厚度选择合适的压缩空气压力，并在气嘴13处接入压缩空气，对第一模腔11加压；
步骤七，从热压模台处取出第一模板10和第二模板20，卸压开模，取出成型产品。
优选地，加热温度为140至160摄氏度，加热时间为25至50分钟；抽真空压力为10KPa至60KPa，压缩空气压力为500KPa至3000KPa。压缩空气压力可根据片材产品的厚度进行调整，片材厚度越厚，需要的压力就越大。
本发明的复合材料片材成型模具及成型方法尤其适用于片材产品的开发与测试，能够大大缩短开发周期，提高开发效率，节约开发成本。下面以开发一款鞋底插片为例进行详细说明。
开发一款应用在鞋底内部的插片，插片厚度预计在1.3mm至3mm之间，能够使插片的功能性发挥到最好。
第一步，将第二膜腔的深度固定为1mm，将第一模腔11的深度固定为6mm，使用1mm厚度的硅胶板作为弹性密封膜40；
第二步，选取并裁剪四组预浸料30，使四组预浸料30的厚度分别是1.2mm、1.7mm、2.2mm、2.7mm；
第三步，使用本发明中的成型模具，按照上述本发明中的成型方法分别制作四种不同厚度的插片样本；
第四步，将插片置于相同样式的鞋底中，做成鞋子；
第五步，对鞋子进行性能试验或试穿，并记录试验或试穿数据；
第六步，根据试验或试穿数据推算出插片更为合适的预计厚度值(如1.8mm、1.9mm、2.0mm)，调整预浸料30的厚度，并重复第三步和第四步，制作插片样本及样鞋，进行试验或试穿测试；
第七步，得到性能最优的插片样本(厚度为1.9mm)。
综合以上具体描述和举例说明，本发明中的复合材料片材的成型模具及成型方法具有以下优点：
1、模具模腔的大小可根据开发需求进行及时调整，一套模具即可完成多种规格片材样本的制备，节省了制作模具和修改模具的时间，有效缩短了研发周期，减少开发成本；
2、热传导性好，成型压力高，减少了复合材料的层间空隙，确保了片材的强度，产品尺寸更标准；
3、对产品的施压均匀，且成型压力可调，有效减少了产品应力集中的问题；
4、模具结构简单，易于修理和维护，所需的制备条件要求低，开发成本低。
以上借助具体实施例对本发明做了进一步描述，但是应该理解的是，这里具体的描述，不应理解为对本发明的实质和范围的限定，本领域内的普通技术人员在阅读本说明书后对上述实施例做出的各种修改，都属于本发明所保护的范围。

Claims (10)

1.一种复合材料片材的成型模具，包括相互配合的第一模板和第二模板，第一模板内形成有第一模腔，第二模板内形成有第二模腔，第一模腔与第二模腔相对设置，共同围成成型腔室，其特征在于，第一模腔与第二模腔之间设置有弹性密封膜，用于制备复合材料的预浸料置放在弹性密封膜与第二模板之间的第二模腔中，成型腔室内设置有通气装置，通气装置可改变成型腔室内的气压值，以使弹性密封膜挤压预浸料，促使预浸料成型。
2.如权利要求1所述的复合材料片材的成型模具，其特征在于，通气装置可对第一模腔抽真空，使弹性密封膜向第一模腔内凹陷，以在弹性密封膜上形成凹槽结构，凹槽结构与第二模腔共同围成容纳腔室，预浸料置放在容纳腔室内。
3.如权利要求1或2所述的复合材料片材的成型模具，其特征在于，通气装置包括气嘴，气嘴设置在第一模板上，气嘴的第一端与第一模腔相连通，第二端与第一模板的外部环境相连通。
4.如权利要求1或2所述的复合材料片材的成型模具，其特征在于，第一模板上设置有容纳槽，容纳槽位于第一模板与第二模板相接触的一侧表面上，弹性密封膜设置在容纳槽中。
5.如权利要求4所述的复合材料片材的成型模具，其特征在于，容纳槽的边缘凸出于第二模腔的边缘设置，以增强弹性密封膜对第二模腔的密封效果。
6.如权利要求5所述的复合材料片材的成型模具，其特征在于，第一模腔的边缘凸出于第二模腔的边缘设置，以增强弹性密封膜对第二模腔内预浸料的挤压效果。
7.如权利要求1或2所述的复合材料片材的成型模具，其特征在于，第一模腔的深度大于第二模腔的深度。
8.一种成型方法，其特征在于，采用权利要求1至7中任一所述的复合材料片材的成型模具，包括：
步骤一，将预浸料贴合放置在第二模板的第二模腔内；
步骤二，将第一模板盖设在第二模板上，同时将弹性密封膜置放在第一模腔与第二模腔之间，检查弹性密封膜的气密性；
步骤三，将第一模板和第二模板送入热压模台加热，并在气嘴处接入压缩空气，对第一模腔加压；
步骤四，从热压模台处取出第一模板和第二模板，卸压开模，取出成型产品。
9.如权利要求8所述的成型方法，其特征在于，步骤二包括，先将弹性密封膜设置在第一模板的容纳槽内，对气嘴进行抽真空，使弹性密封膜凹入到第一模腔内，并保持第一模腔的真空状态，再将第一模板盖设在第二模板上，然后去掉气嘴处的抽真空。
10.如权利要求9所述的成型方法，其特征在于，步骤二中，根据预浸料的厚度选择合适的抽真空压力，抽真空压力为10KPa至60KPa；步骤三中，根据成型产品的厚度选择合适的压缩空气压力，压缩空气压力为500KPa至3000KPa。
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