CN111572060A - 带有金属预埋件的复杂异型中空封闭结构纤维增强复合材料的制作方法 - Google Patents

带有金属预埋件的复杂异型中空封闭结构纤维增强复合材料的制作方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种带有金属预埋件的复杂异型中空封闭结构纤维增强复合材料的制作方法。该技术方案首先制备水溶性模具块，将其与金属预埋件粘接，作为一个小分瓣模具块来铺放成型，然后将各个分瓣模具进行组装，并利用金属件上的螺纹孔来定位，这样金属预埋件和纤维增强复合材料件可以一体成型固化。本发明涉及金属预埋件在复合材料中的准确定位，水溶性模具与预埋件的准确定位，金属预埋件与复合材料界面的增强处理，以及中空封闭结构的复合材料的整体成型。该方法可被应用于通过模压成型和金属对模成型来制造纤维增强复合材料的工艺中。对那些结构复杂、刚度要求较高、装配精度要求高的复合材料的成型有很大帮助。

Description

带有金属预埋件的复杂异型中空封闭结构纤维增强复合材料 的制作方法
技术领域
本发明涉及材料学技术领域，具体涉及一种带有金属预埋件的复杂异型中空封闭结构纤维增强复合材料的制作方法。
背景技术
纤维增强复合材料，是由增强纤维与基体材料经过缠绕、模压、拉挤等工艺而形成的复合材料。中空封闭结构形式可以有效提高复合材料的比刚度，但同时中空封闭结构也给复合材料成型、脱模和装配带来了巨大的挑战，对于脱模问题可以采用水溶性模具来解决，但是由于产品为复杂异型封闭结构，并没有足够的空间来进行装配，更难以保证装配精度。
发明内容
本发明旨在针对现有技术的技术缺陷，提供一种带有金属预埋件的复杂异型中空封闭结构纤维增强复合材料的制作方法，以解决复杂异型中空封闭结构纤维增强复合材料的成型问题、装配精度问题及金属材料和纤维增强复合材料界面问题。
为实现以上技术目的，本发明采用以下技术方案：
带有金属预埋件的复杂异型中空封闭结构纤维增强复合材料的制作方法，包括以下步骤：水溶性模具块的制备，水溶性模具块和金属预埋件的粘接，分瓣模具的铺放成型，分瓣模具的组装和定位，整体铺放成型，合模固化。
作为优选，所述水溶性模具块的制备，包括：将水溶性物质、填料、水、细纤维混合，而后进行压制，干燥。
作为优选，所述水溶性模具块和金属预埋件的粘接，包括：在金属预埋件与水溶性模具接触面上用水溶性胶液粘接，再进行干燥，而后再涂覆脱模剂。
作为优选，所述分瓣模具的铺放成型，包括：按照准各向同性铺层对分瓣模具进行逐一铺放，并保证纤维的连续性；其中，所述分瓣模具包括金属模具块、水溶性模具块和预埋件粘接的水溶性模具块。
作为优选，所述分瓣模具的组装和定位以及所述整体铺放成型，包括：将分瓣模具进行分组，再一一组成，每一组都通过成型模具上的定位螺栓进行定位，再将各组模具一起组装起来，然后进行整体成型，按照铺层角度，为保证纤维铺放的连续性，预留部分预浸料，等待内部模具组装后再将预留料铺上。
作为优选，所述金属预埋件在成型加工前进行喷砂处理，在与复合材料接触面上贴一层柔韧性材料，然后在其表面铺放复合材料预浸料，界面层的柔韧性材料和复合材料中的树脂共同固化。
作为优选，所述柔韧性材料选自以下成分的其中一种或其中若干种：丁腈橡胶，顺丁橡胶，三元乙丙橡胶。
作为优选，所述水溶性物质选自以下成分的其中一种或其中若干种：聚乙烯醇，聚氧化乙烯，聚乙二醇；所述填料选自以下成分的其中一种或其中若干种：微米级玻璃微珠，二氧化硅，三氧化二铝，二氧化钛陶瓷粉(其密度可以通过采用不同比例进行调节)；所述细纤维选自以下成分的其中一种或其中若干种：玻璃纤维，麻纤维，竹纤维(细纤维可以减少水溶性模具在干燥过程中的开裂问题)。
作为优选，金属预埋件与复杂异型中空封闭结构纤维增强复合材料是一体成型；由金属预埋件提供装配要求的螺纹孔；金属预埋件与复合材料界面经过了增强处理。
作为优选，所述装配要求包括：纤维增强复合材料中的金属预埋件上的各螺纹孔有相对精度要求；所述相对精度要求是通过成型模具的定位来实现的。
在以上技术方案中，金属预埋件与复杂异型中空封闭结构纤维增强复合材料是一体成型是指金属预埋件与模具有机结合，与纤维增强复合材料共同固化。金属预埋件与复合材料界面进行增强处理是为了减少由于金属预埋件和复合材料的热膨胀系数不匹配造成的界面应力而引起的界面分层问题。本发明的中空封闭结构是通过水溶性模具组装成型实现的。本发明所提供的中空封闭结构的复合材料，其质量轻、比刚度大，因而具有很高的结构效率。
本发明提供了一种带有金属预埋件的复杂异型中空封闭结构纤维增强复合材料的制作方法。该技术方案首先制备水溶性模具块，将其与金属预埋件粘接，作为一个小分瓣模具块来铺放成型，然后将各个分瓣模具进行组装，并利用金属件上的螺纹孔来定位，这样金属预埋件和纤维增强复合材料件可以一体成型固化。本发明涉及金属预埋件在复合材料中的准确定位，水溶性模具与预埋件的准确定位，金属预埋件与复合材料界面的增强处理，以及中空封闭结构的复合材料的整体成型。该方法可被应用于通过模压成型和金属对模成型来制造纤维增强复合材料的工艺中。对那些结构复杂、刚度要求较高、装配精度要求高的复合材料成型有很大帮助。
本发明为带有金属预埋件的复杂异型中空封闭结构纤维增强复合材料提供了一种可靠的成型制作方法，提高了复合材料的结构效率，满足了这种复杂结构的装配要求。该方法简单易行，既保证了复合材料的结构性能，又满足了产品苛刻的精度要求。
具体实施方式
以下将对本发明的具体实施方式进行详细描述。为了避免过多不必要的细节，在以下实施例中对属于公知的结构或功能将不进行详细描述。以下实施例中所使用的近似性语言可用于定量表述，表明在不改变基本功能的情况下可允许数量有一定的变动。除有定义外，以下实施例中所用的技术和科学术语具有与本发明所属领域技术人员普遍理解的相同含义。
实施例1
带有金属预埋件的复杂异型中空封闭结构纤维增强复合材料的制作方法，包括水溶性模具块的制备、水溶性模具块和金属预埋件的粘接、分瓣模具的铺放成型、分瓣模具的组装和定位、整体铺放成型、合模固化。
其中，水溶性模具块的制备过程，包括将水溶性物质、填料、水和细纤维均匀混合，为了提高其抗压性，要对模具材料用预压模具进行压制，使其密实，然后放入烘箱中进行干燥，根据模具块的大小来调整加热的时间。压制后的模具形状和所需的模具块一致，不用进行二次加工。
水溶模具块和预埋件粘接过程，是根据数模对水溶性模具块进行加工，在金属预埋件与水溶性模具接触面上用水溶性胶液粘接，再进行干燥，而后再涂覆脱模剂，干燥的模具分瓣再对其外形尺寸进行检查和修复，直到满足产品尺寸要求。
分瓣模具的铺放成型过程，其具体方法为按照准各向同性铺层对分瓣模具进行逐一铺放，注意保证纤维的连续性。
分瓣模具的组装、定位和整体成型，其过程是将分瓣模具进行分组，再一一组成，每一组都通过成型模具上的定位螺栓进行定位，从而保证每一组孔的相对位置的精确性，然后再将各组模具一起组装起来，然后进行整体成型，按照铺层角度，保证纤维铺放的连续性。
以上涉及到的金属预埋件，在其成型加工前需要进行喷砂处理，在与复合材料接触面上贴一层柔韧性好的材料，然后在其表面铺放预浸料，界面层的柔性材料和复合材料中的树脂共同固化。
实施例2
在实施例1技术方案的基础上，存在以下区别：为保证局部纤维的连续性，有些模具分瓣块在铺放时要预留出一部分预浸料，等待模具组装后再将预留料同整体铺放的铺层一起铺上。
实施例3
在实施例1技术方案的基础上，存在以下区别：水溶性模具压成大块，再进行机械加工，加工成需要的各种形状。
实施例4
在实施例1技术方案的基础上，存在以下区别：步骤三中的预埋件定位不是用定位螺栓定位，而是用金属件高于复合材料表面的外边缘定位，如果需要螺纹孔，可以根据位置划线，在已成型的复合材料件上钻螺纹孔。
以上对本发明的实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明。凡在本发明的申请范围内所做的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.带有金属预埋件的复杂异型中空封闭结构纤维增强复合材料的制作方法，其特征在于包括以下步骤：水溶性模具块的制备，水溶性模具块和金属预埋件的粘接，分瓣模具的铺放成型，分瓣模具的组装和定位，整体铺放成型，合模固化。
2.根据权利要求1所述的带有金属预埋件的复杂异型中空封闭结构纤维增强复合材料的制作方法，其特征在于所述水溶性模具块的制备，包括：将水溶性物质、填料、水、细纤维混合，而后进行压制，干燥。
3.根据权利要求1所述的带有金属预埋件的复杂异型中空封闭结构纤维增强复合材料的制作方法，其特征在于所述水溶性模具块和金属预埋件的粘接，包括：在金属预埋件与水溶性模具接触面上用水溶性胶液粘接，再进行干燥，而后再涂覆脱模剂。
4.根据权利要求1所述的带有金属预埋件的复杂异型中空封闭结构纤维增强复合材料的制作方法，其特征在于所述分瓣模具的铺放成型，包括：按照准各向同性铺层对分瓣模具进行逐一铺放，并保证纤维的连续性；其中，所述分瓣模具包括金属模具块、水溶性模具块和预埋件粘接的水溶性模具块。
5.根据权利要求1所述的带有金属预埋件的复杂异型中空封闭结构纤维增强复合材料的制作方法，其特征在于所述分瓣模具的组装和定位以及所述整体铺放成型，包括：将分瓣模具进行分组，再一一组成，每一组都通过成型模具上的定位螺栓进行定位，再将各组模具一起组装起来，然后进行整体成型，按照铺层角度，为保证纤维铺放的连续性，预留部分预浸料，等待内部模具组装后再将预留料铺上。
6.根据权利要求1所述的带有金属预埋件的复杂异型中空封闭结构纤维增强复合材料的制作方法，其特征在于所述金属预埋件在成型加工前进行喷砂处理，在与复合材料接触面上贴一层柔韧性材料，然后在其表面铺放复合材料预浸料，界面层的柔韧性材料和复合材料中的树脂共同固化。
7.根据权利要求6所述的带有金属预埋件的复杂异型中空封闭结构纤维增强复合材料的制作方法，其特征在于所述柔韧性材料选自以下成分的其中一种或其中若干种：丁腈橡胶，顺丁橡胶，三元乙丙橡胶。
8.根据权利要求2所述的带有金属预埋件的复杂异型中空封闭结构纤维增强复合材料的制作方法，其特征在于所述水溶性物质选自以下成分的其中一种或其中若干种：聚乙烯醇，聚氧化乙烯，聚乙二醇；所述填料选自以下成分的其中一种或其中若干种：微米级玻璃微珠，二氧化硅，三氧化二铝，二氧化钛陶瓷粉；所述细纤维选自以下成分的其中一种或其中若干种：玻璃纤维，麻纤维，竹纤维。
9.根据权利要求1所述的带有金属预埋件的复杂异型中空封闭结构纤维增强复合材料的制作方法，其特征在于，金属预埋件与复杂异型中空封闭结构纤维增强复合材料是一体成型；由金属预埋件提供装配要求的螺纹孔；金属预埋件与复合材料界面经过了增强处理。
10.根据权利要求9所述的带有金属预埋件的复杂异型中空封闭结构纤维增强复合材料的制作方法，其特征在于，所述装配要求包括：纤维增强复合材料中的金属预埋件上的各螺纹孔有相对精度要求；所述相对精度要求是通过成型模具的定位来实现的。
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