CN111844803B - 一种纤维增强x型芯材夹芯板的成型模具及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于夹芯板相关技术领域，其公开了一种纤维增强X型芯材夹芯板的成型模具及方法，成型模具包括多个单体、多个棱形模块、两个水平双头螺栓及两个夹块，多个所述棱形模块沿第一方向间隔设置，两个夹块分别位于多个棱形模块的左右两侧，两个水平双头螺栓分别位于多个所述棱形模块的前后两侧，且水平双头螺栓的两端分别可拆卸地连接于两个所述夹块，由此多个所述棱形模块、所述水平双头螺栓及所述夹块形成板状结构；所述单体呈X型，相邻两个所述棱形模块之间形成有第一间隙、所述棱形模块与所述夹块之间也形成有第一间隙，所述第一间隙用于收容所述单体，且所述第一间隙的形状与所述单体的形状相对应。本发明节省了时间成本，提高了质量。

Description

一种纤维增强X型芯材夹芯板的成型模具及方法
技术领域
本发明属于夹芯板相关技术领域，更具体地，涉及一种纤维增强X型芯材夹芯板的成型模具及方法。
背景技术
复合材料作为一种新型的结构材料，具有强度高，刚度大，质量轻，抗疲劳，减振，耐高温和可设计等一系列有点，在航空航天、船舶、交通、建筑机械等领域得到广泛的应用。碳纤维复合材料X型结构由于其优良的比强度和比刚度，一度被认为是具有良好发展前景的夹芯结构，随着这类复合材料芯材及制备工艺的日趋成熟，X型夹芯结构在航空航天、船舶、汽车等领域将显示出更广泛的应用前景。
然后，X型夹芯结构是一种为了满足结构轻量化和功能化要求而设计的一种新型夹芯结构，而目前的复合材料夹芯板或者夹芯梁多采用二次成型技术进行制备组成而成，但是在二次成型制备的过程中结构会遭受到两次高温固化，这会在结构内部产生较高的热残余应力，并且多次高温加热会导致基体过渡流失，使得复合材料纤维间的黏着性变差，同时二次成型还需要在面板和芯子之间粘贴角膜，高温加热后才能够使其固化连接，这样会使得制备X型夹芯结构的时间大大延长，在一定程度上限制了X型夹芯结构的发展和将来更广泛的应用。相应地，本领域存在着发展一种结构较为简单且时间成本较低的纤维增强X型芯材夹芯板的成型模具及方法的技术需求。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种纤维增强X型芯材夹芯板的成型模具及方法，其基于现有X型夹芯结构的制备特点，针对成型模具的结构及部件之间的链接关系进行了设计。所述成型模具的结构简单，易于操作，且灵活性较高，有利于推广应用。同时，本发明在模具中同时铺设了上下面板和X型芯材的预浸料即纤维复合材料，在加热固化过程中依靠材料本身的基体及芯材与上下面板间铺设预浸料的嵌套方式，使得上下面板与X型型材成功连接，一次加热固化完成后就可获得纤维增强X型芯材夹芯板，此方法省去了在面板和芯子间粘贴胶膜和二次固化的过程，大大节省了时间。
为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种纤维增强X型芯材夹芯板的成型模具，所述成型模具包括多个单体、多个棱形模块、两个水平双头螺栓及两个夹块，多个所述棱形模块沿第一方向间隔设置，两个所述夹块分别位于多个所述棱形模块的左右两侧，两个所述水平双头螺栓分别位于多个所述棱形模块的前后两侧，且所述水平双头螺栓的两端分别可拆卸地连接于两个所述夹块，由此多个所述棱形模块、所述水平双头螺栓及所述夹块形成板状结构；
所述单体呈X型，相邻两个所述棱形模块之间形成有第一间隙、所述棱形模块与所述夹块之间也形成有第一间隙，所述第一间隙用于收容所述单体，且所述第一间隙的形状与所述单体的形状相对应；
工作时，先在所述单体的斜面、所述单体朝向所述棱形模块的底面、所述棱形模块的斜面及所述夹块与相邻所述棱形模块相对的斜面上铺设预浸料，并将所述单体插入所述第一间隙中，由此完成结构芯子的预浸料的铺设；再在所述板状结构的上下表面铺设预浸料，由此完成面板预浸料的铺设；之后进行一次加热固化即可得到X型芯材夹芯板。
进一步地，所述棱形模块的长度方向与所述第一方向垂直，所述棱形模块相背的两端分别开设有卡槽；所述卡槽用于收容所述水平双头螺栓，以防止所述棱形模块发生前后错位。
进一步地，所述单体垂直于自身长度方向的横截面为X型，每个所述单体包括两个对称设置的梯形模块，所述梯形模块垂直于自身长度方向的横截面为等腰梯形。
进一步地，所述模具还包括多个夹板，多个所述夹板分别位于所述板状结构的上下两侧，对应的上下两个所述夹板通过竖直双头螺栓可拆卸地相连接，以防止所述单体自所述第一间隙错位移出。
进一步地，所述单体相背的两个表面分别开设有两个第三梯形槽；所述棱形模块的上下表面分别开设有两个第二梯形槽，所述第二梯形槽与对应的第三梯形槽分别相连通；所述夹块的上下表面分别开设有两个第一梯形凹槽，所述第一梯形凹槽与所述第二梯形凹槽相连通；所述夹板形成有梯形凸台，所述第一梯形凹槽、所述第二梯形凹槽及所述第三梯形凹槽共同用于收容所述梯形凸台。
进一步地，所述模具还包括两个盖板，两个所述盖板分别用于覆盖所述面板的预浸料，以便进行加热固化。
进一步地，所述单体的倾斜面的倾斜角度分别与所述棱形模块的倾斜面的倾斜角度相同；所述单体的倾斜面的倾斜角度分别与所述夹块的斜面的倾斜角度相同。
按照本发明的另一个方面，提供了一种纤维增强X型芯材夹芯板的成型方法，所述成型方法包括以下步骤：
(1)提供如上所述的纤维增强X型芯材夹芯板的成型模具；
(2)在所述单体的斜面、所述单体朝向所述棱形模块的底面、所述棱形模块的斜面及所述夹块与相邻所述棱形模块相对的斜面上铺设预浸料，并将所述单体插入所述第一间隙中，由此完成结构芯子的预浸料的铺设；
在所述单体的两个梯形铺设预浸料，即对所述每个梯形模块(4)两斜面和两水平面铺设预浸料，同时为所述棱形模块(5)的斜面及所述夹块(6)与相邻所述棱形模块(5)相对的斜面上铺设预浸料，并将所述单体插入所述第一间隙中，由此完成结构芯子的预浸料的铺设；
(3)在所述板状结构的上下表面铺设预浸料，由此完成面板预浸料的铺设；之后进行一次加热固化即可得到X型芯材夹芯板。
进一步地，所述预浸料为纤维复合材料；步骤(3)中，所述板状结构的上下表面铺设完预浸料后分别盖上盖板，再进行加热加压以固化成型。
进一步地，步骤(2)中，所述水平双头螺栓将所述板状结构分为上下层，先将位于上层的所述棱形模块的斜面、所述夹块与所述棱形模块相对的斜面及组成所述单体的梯形模块铺设上预浸料，并将梯形模块插入所述第一间隙中，同时在所述板状结构的上表面安装夹板；然后，将所述板状结构翻转，再对板状结构的下层进行预浸料的铺设及梯形模块的嵌入，由此完成结构芯子预浸料的铺设。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，本发明提供的纤维增强X型芯材夹芯板的成型模具及方法主要具有以下有益效果：
1.本发明同时铺设了上下面板和X型芯材的预浸料即纤维复合材料，在加热固化过程中依靠材料本身的基体及芯材与上下面板间铺设预浸料的嵌套方式，使得上下面板与X型型材成功连接，一次加热固化完成后就可获得纤维增强X型芯材夹芯板，此方法省去了在面板和芯子间粘贴胶膜和二次固化的过程，简化了流程，大大节省了时间，且避免了基体过渡流失，提高了夹芯板的质量，有利于X型芯材夹芯板的广泛应用。
2.所述模具的结构简单，易于操作，且部件之间多为可拆卸连接，灵活性较好，有利于推广应用。
3.所述卡槽用于收容所述水平双头螺栓，以防止所述棱形模块发生前后错位；对应的上下两个所述夹板通过竖直双头螺栓可拆卸地相连接，以防止所述单体自所述第一间隙错位移出，由此实现了棱形模块和单体的稳定定位，进而提高了所制备得到的夹芯板的质量。
4.所述第一梯形凹槽、所述第二梯形凹槽及所述第三梯形凹槽共同用于收容所述梯形凸台，由此保证了夹板与棱形压块、单体及夹块之间连接的稳定性。
附图说明
图1是本发明提供的纤维增强X型芯材夹芯板的成型模具的结构示意图；
图2是图1中的纤维增强X型芯材夹芯板的成型模具的分解示意图；
图3是图1中的纤维增强X型芯材夹芯板的成型模具进行预浸料铺设的示意图；
图4是图1中的纤维增强X型芯材夹芯板的成型模具中的梯形模块的示意图；
图5是图1中的纤维增强X型芯材夹芯板的成型模具中的棱形模块的示意图；
图6是图1中的纤维增强X型芯材夹芯板的成型模具中的夹块的示意图。
在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：1-夹板，2-水平双头螺栓，3-竖直双头螺栓，4-梯形模块，5-棱形模块，6-夹块，7-盖板。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
请参阅图1、图2及图3，本发明提供的纤维增强X型芯材夹芯板的成型模具，所述成型模具包括多个单体、多个棱形模块5、四个夹板1、两个水平双头螺栓2、四个竖直双头螺栓3、两个盖板7及两个夹块6，多个所述棱形模块5沿第一方向间隔设置，多个所述单体分别设置在相邻两个所述棱形模块5所形成的间隙中，以形成板状结构。两个所述夹块6分别设置在所述板状结构相背的两端，所述水平双头螺栓2的两端分别连接于两个所述夹块6，且两个所述水平双头螺栓2分别位于板状结构相背的两侧。所述水平双头螺栓2穿过所述单体及所述棱形模块5。四个所述夹板1分别两两设置在所述板状结构的上下表面上，两个所述盖板7分别设置在所述板状结构的上下表面上，且所述盖板7位于相邻的两个所述夹板1之间。所述竖直双头螺栓3将位于同一竖直方向上的两个所述夹板1相连接。其中，所述单体为X型结构。
工作时，所述单体与所述棱形模块5及所述夹块6相对的侧面上、以及所述板状结构的上下表面同时铺设预浸料，即同时铺设了上下面板及X型芯材的预浸料，通过一次加热固化即可获得所述X型芯材夹芯板。
请参阅图4，所述单体垂直于自身长度方向的横截面为X型，每个所述单体包括两个对称设置的梯形模块4，所述梯形模块4垂直于自身长度方向的横截面为等腰梯形。本实施方式中，所述单体相背的两个表面分别开设有两个第三梯形槽，位于同一个平面的两个所述第三梯形槽分别位于所述单体相背的两侧；所述梯形槽用于与所述夹板1相配合；所述梯形模块4的长度方向与所述棱形模块5的长度方向平行。
请参阅图5，所述棱形模块5的上下表面分别开设有两个第二梯形槽，所述第二梯形槽与对应的第三梯形槽分别相连通，以与所述夹板1相配合。本实施方式中，位于同一个平面的两个所述第二梯形槽分别位于所述棱形模块5相背的两端，且所述第二梯形槽的长度方向与所述棱形模块5的长度方向垂直。所述棱形模块5的两端分别开设有卡槽，所述卡槽用于收容所述水平双头螺栓2。本实施方式中，所述卡槽贯穿所述棱形模块5的四个倾斜面及两个端面，其长度方向与所述棱形模块5的排列方向相同。
请参阅图6，所述夹块6基本呈矩型，其一侧形成有第一倾斜面及第二倾斜面，所述第一倾斜面与所述第二倾斜面相交，且所述第一倾斜面与所述第二倾斜面与所述单体同一侧的两个倾斜面的倾斜角度相同，以便所述单体与所述夹块6能够较好的进行贴合。所述夹块6相背的两端分别开设有第一开口及第二开口，所述第一开口及所述第二开口均贯穿所述第一倾斜面及所述第二倾斜面。所述夹块6还开设有方形通孔，所述方形通孔的长度方向与所述夹块6的长度方向垂直，且所述方形通孔贯穿所述第一倾斜面及所述第二倾斜面，且两个所述方形通孔分别与所述第一开口及所述第二开口相连通；所述方形通孔用于供所述水平双头螺栓2穿过。安装时，所述水平双头螺栓2的一端穿过一个所述方形通孔，另一端依次穿过所述卡槽及对应的另一个所述方形通孔，由此使得所述棱形模块5与所述夹块6之间不会发生前后错位，同时使得所述单体、所述棱形模块5及所述夹块6之间具有良好的紧密度。此外，通过调整所述水平双头螺栓2两头的螺母松紧度来使得所述单体、所述棱形模块5及所述夹块6之间保持良好的夹持。
所述夹块6的上下表面分别开设有两个第一梯形凹槽，位于同一个表面的两个所述第一梯形凹槽间隔设置；所述第一梯形凹槽与所述第二梯形凹槽相连通，共同用于与所述夹板1相配合。
所述夹板1朝向所述板状结构的表面形成有梯形凸台，所述梯形凸台的形状及尺寸与所述第一梯形凹槽的形状及尺寸分别相对应；所述第一梯形凹槽的形状及尺寸、所述第二梯形凹槽的形状及尺寸与所述第三梯形凹槽的形状及尺寸分别相对应。安装时，所述梯形凸台收容于所述第一梯形凹槽、所述第二梯形凹槽及所述第三梯形凹槽内。所述夹板1相背的两端分别开设有通孔，所述通孔用于供所述竖直双头螺栓3穿过，即上下两个所述夹板1的两端分别通过所述竖直双头螺栓3相连接。
本实施方式中，所述单体的倾斜面的倾斜角度分别与所述棱形模块5的倾斜面的倾斜角度相同。所述成型模具工作时，首先，将两侧的夹块6和所述棱形模块5通过所述水平双头螺栓2相连接而形成具有预定间隙的整体，然后分别在所述夹块6的倾斜面及所述棱形模块5的倾斜面上平铺纤维增强预浸料，其次是对梯形模块4铺设纤维增强预浸料，而后将已经铺设预浸料的梯形模块4插入上述间隙中，使得整体形成板状；接着，将所述夹板1安装在梯形凹槽内，并通过竖直双头螺栓3将上下夹板1相连接，进而将整体进行连接夹紧；而后调整水平双头螺栓2的螺母来调节整体板状的水平方向的松紧程度，最后在整体板状的上下表面铺设纤维增强预浸料作为夹芯板的面板，之后盖上所述盖板7，由此完成预浸料在模具中的铺设。最后，将已经铺设好预浸料的模具放入热压机下进行加热加压以进行固化成型，并进行脱模得到纤维增强复合材料X型芯材夹芯板。
本发明还提供了一种纤维增强X型芯材夹芯板的成型方法，所述成型方法采用如上所述的成型模具，其主要包括以下步骤：
步骤一，将所述夹块与所述单体接触的倾斜面、以及所述棱形模块与所述单体接触的倾斜面上铺设n/2层纤维增强预浸料。具体地，对结构芯子进行铺设纤维增强预浸料，以模具从左到右的顺序，先在与所述单体接触的夹块斜面铺设n/2层纤维增强预浸料，同样地，在单体另一侧的棱形模块斜面铺设n/2层纤维增强预浸料。
步骤二，对所述单体中位于上层的梯形模块的两个斜面和朝向所述棱形模块的底面各铺设n/2层纤维增强预浸料，将铺好预浸料的梯形模块插入已完成铺设的夹块和棱形模块中间，以此方式从左往右先完成结构上层铺设，而后为防止梯形模块错位移出再在上侧安装夹板。
步骤三，将模具翻转，对单体中的下梯形块进行铺设和嵌入由此完成结构芯子纤维增预浸料的铺设。
步骤四，对形成的板状结构的上下表面(平面)铺设n层纤维增强预浸料作为结构的上下面板，最后将对应的夹板上紧和调节水平双头螺栓进行横向夹紧，并盖上盖板。
步骤五，将铺设好预浸料的模具整体放到热压机下进行加热加压使之固化成型，最后进行脱模以得到纤维增强X型芯材夹芯板。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种纤维增强X型芯材夹芯板的成型模具，其特征在于：
所述模具包括多个单体、多个棱形模块(5)、两个水平双头螺栓(2)及两个夹块(6)，多个所述棱形模块(5)沿第一方向间隔设置，两个所述夹块(6)分别位于多个所述棱形模块(5)的左右两侧，两个所述水平双头螺栓(2)分别位于多个所述棱形模块(5)的前后两侧，且所述水平双头螺栓(2)的两端分别可拆卸地连接于两个所述夹块(6)，由此多个所述棱形模块(5)、所述水平双头螺栓(2)及所述夹块(6)形成板状结构；
所述单体呈X型，相邻两个所述棱形模块(5)之间形成有第一间隙、所述棱形模块(5)与所述夹块(6)之间也形成有第一间隙，所述第一间隙用于收容所述单体，且所述第一间隙的形状与所述单体的形状相对应；
工作时，先在所述单体的斜面、所述单体朝向所述棱形模块(5)的底面、所述棱形模块(5)的斜面及所述夹块(6)与相邻所述棱形模块(5)相对的斜面上铺设预浸料，并将所述单体插入所述第一间隙中，由此完成结构芯子的预浸料的铺设；再在所述板状结构的上下表面铺设预浸料，由此完成面板预浸料的铺设；之后进行一次加热固化即可得到X型芯材夹芯板；
所述模具还包括两个盖板(7)，两个所述盖板(7)分别用于覆盖所述面板的预浸料，以便进行加热固化。
2.如权利要求1所述的纤维增强X型芯材夹芯板的成型模具，其特征在于：所述棱形模块(5)的长度方向与所述第一方向垂直，所述棱形模块(5)相背的两端分别开设有卡槽；所述卡槽用于收容所述水平双头螺栓(2)，以防止所述棱形模块(5)发生前后错位。
3.如权利要求1所述的纤维增强X型芯材夹芯板的成型模具，其特征在于：所述单体垂直于自身长度方向的横截面为X型，每个所述单体包括两个对称设置的梯形模块(4)，所述梯形模块(4)垂直于自身长度方向的横截面为等腰梯形。
4.如权利要求1所述的纤维增强X型芯材夹芯板的成型模具，其特征在于：所述模具还包括多个夹板(1)，多个所述夹板(1)分别位于所述板状结构的上下两侧，对应的上下两个所述夹板(1)通过竖直双头螺栓(3)可拆卸地相连接，以防止所述单体自所述第一间隙错位移出。
5.如权利要求4所述的纤维增强X型芯材夹芯板的成型模具，其特征在于：所述单体相背的两个表面分别开设有两个第三梯形槽；所述棱形模块(5)的上下表面分别开设有两个第二梯形槽，所述第二梯形槽与对应的第三梯形槽分别相连通；所述夹块(6)的上下表面分别开设有两个第一梯形凹槽，所述第一梯形凹槽与所述第二梯形凹槽相连通；所述夹板(1)形成有梯形凸台，所述第一梯形凹槽、所述第二梯形凹槽及所述第三梯形凹槽共同用于收容所述梯形凸台。
6.如权利要求1-5任一项所述的纤维增强X型芯材夹芯板的成型模具，其特征在于：所述单体的倾斜面的倾斜角度分别与所述棱形模块(5)的倾斜面的倾斜角度相同；所述单体的倾斜面的倾斜角度分别与所述夹块(6)的斜面的倾斜角度相同。
7.一种纤维增强X型芯材夹芯板的成型方法，其特征在于，所述成型方法包括以下步骤：
(1)提供权利要求1-6任一项所述的纤维增强X型芯材夹芯板的成型模具；
(2)在所述单体的斜面、所述单体朝向所述棱形模块(5)的底面、所述棱形模块(5)的斜面及所述夹块(6)与相邻所述棱形模块(5)相对的斜面上铺设预浸料，并将所述单体插入所述第一间隙中，由此完成结构芯子的预浸料的铺设；
(3)在所述板状结构的上下表面铺设预浸料，由此完成面板预浸料的铺设；之后进行一次加热固化即可得到X型芯材夹芯板。
8.如权利要求7所述的纤维增强X型芯材夹芯板的成型方法，其特征在于：所述预浸料为纤维复合材料；步骤(3)中，所述板状结构的上下表面铺设完预浸料后分别盖上盖板(7)，再进行加热加压以固化成型。
9.如权利要求7所述的纤维增强X型芯材夹芯板的成型方法，其特征在于：步骤(2)中，所述水平双头螺栓(2)将所述板状结构分为上下层，先将位于上层的所述棱形模块(5)的斜面、所述夹块(6)与所述棱形模块(5)相对的斜面及组成所述单体的梯形模块(4)铺设上预浸料，并将梯形模块(4)插入所述第一间隙中，同时在所述板状结构的上表面安装夹板(1)；然后，将所述板状结构翻转，再对板状结构的下层进行预浸料的铺设及梯形模块(4)的嵌入，由此完成结构芯子预浸料的铺设。
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