CN111873478B - 一种成型工装及利用该成型工装制备矩形中空复合材料管状构件的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种成型工装及利用其制备矩形中空复合材料管状构件的方法。成型工装包括本体和辅助件；本体包括底板、左侧挡板、右侧挡板和上方挡板，四者相互配合形成有矩形空腔；左侧挡板和右侧挡板的上端均设计成向内侧延伸的拐角形式；左侧挡板和右侧挡板均与底板可拆卸连接，上方挡板与左侧挡板和右侧挡板可拆卸连接；辅助件包括左侧辅助挡块、右侧辅助挡块和辅助平板；左侧辅助挡块和右侧辅助挡块分别同左侧挡板上端与右侧挡板上端可拆卸连接；辅助平板作为独立件可置于矩形空腔内且当平移到上方时左右两侧能够被左侧挡板和右侧挡板的拐角卡住，长度不小于底板的长度。该成型工装可以获得高质量的矩形中空管状构件。

Description

一种成型工装及利用该成型工装制备矩形中空复合材料管状 构件的方法
技术领域
本发明涉及复合材料制备技术领域，尤其涉及一种用于矩形中空复合材料管状构件成型的成型工装及利用该成型工装制备矩形中空复合材料管状构件的方法。
背景技术
先进复合材料以其高比强度、高比模量、耐高温和抗腐蚀等特点，在航空航天领域具有广泛的应用，军用飞机和民用飞机均大量应用复合材料零部件，以获得显著的减重和功能改善双重效益，复合材料用量已成为衡量飞机先进性的一个重要标志。
目前针对大尺寸、矩形中空复合材料管的制备，成型方法主要分为阳模成型、硅橡胶膨胀成型、水溶性芯模或低温熔融芯模成型等。对于阳模成型工艺，专利CN 110774622 A为一种阳模铺贴预制体进行矩形中空复合材料管的制备方法，具体为在金属芯模外侧设置泡沫芯模，金属芯模与泡沫芯模之间为弱连接，然后在泡沫芯模外表面铺贴预成型体，最后进行封装固化。脱模时，先对金属芯模施加推力或抽力，使金属芯模与泡沫芯模分离，然后将泡沫芯模与复合材料管分离，得到中空复合材料管。该专利的关键技术是制备符合要求的金属芯模和泡沫芯模，但是当制备大长径比、大尺寸的中空复合材料管时，金属芯模和泡沫芯模会在自身重力的影响下发生弯曲，铺贴预成型体时，容易产生褶皱，同时复合材料管的直线度不易保证；脱模时，需要专用的脱模设备以提供足够的抽力或推力，设备投入要求较高。
对于硅橡胶膨胀工艺，专利CN110802850A为一种硅橡胶芯模表面铺贴预成型体、阴模固化的成型方法，具体为制备硅橡胶芯模，然后在硅橡胶芯模表面铺贴预成型体，再放入模具中进行固化成型，最后脱模得到产品。该专利方法中需要准备两套成型工装，一套用于产品的固化、一套用于硅橡胶芯模的制备，硅橡胶芯模的成型质量要求较高，以保证产品的成型质量，前期投入生产成本较高；硅橡胶在受热膨胀过程中，不能保证预成型体各个部位所受到的力是均匀的，产品的成型质量会受到影响；另外，产品的成型工装为上下分瓣方式，虽然工装结构较为简单，但是在合模过程中，容易造成预成型体的挤压和芯模安放困难等问题，不利于保证产品的成型质量。
为此提出一种大尺寸、矩形中空复合材料管的成型工装和制备方法，解决现有技术中复合材料管直线度差、表面轮廓度差、加压不均匀、额外制备芯模的问题，降低生产成本。
发明内容
本发明的第一目的在于提供一种用于矩形中空复合材料管状构件成型的成型工装；
本发明的第二目的在于提供一种利用上述成型工装制备矩形中空复合材料管状构件的方法。
为了解决上述技术问题，本发明提供了如下技术方案：
一种用于矩形中空复合材料管状构件成型的成型工装，所述成型工装包括本体和辅助件；
所述本体包括底板、左侧挡板、右侧挡板和上方挡板，四者相互配合形成有矩形空腔；所述左侧挡板和所述右侧挡板的上端均设计成向内侧延伸的拐角形式；所述左侧挡板和所述右侧挡板均与所述底板可拆卸连接，所述上方挡板与所述左侧挡板和所述右侧挡板可拆卸连接；
所述辅助件包括左侧辅助挡块、右侧辅助挡块和辅助平板；所述左侧辅助挡块和所述右侧辅助挡块分别同所述左侧挡板上端与所述右侧挡板上端可拆卸连接；所述辅助平板作为独立件可置于所述矩形空腔内且当平移到上方时左右两侧能够被所述左侧挡板和所述右侧挡板的拐角卡住，长度不小于所述底板的长度。
优选地，所述左侧挡板和所述右侧挡板的下端均设计成向外侧延伸的拐角形式。
优选地，所述左侧挡板和所述右侧挡板上端的拐角的长度为20-50mm；
所述左侧挡板和所述右侧挡板上端的拐角的长度为100-120mm；和/或
所述底板上设计有沟槽；优选地，沟槽两端为斜角过渡，斜角的角度为30°～60°，沟槽深度为1-25mm。
优选地，所述左侧挡板和所述右侧挡板上端的拐角设计成斜角，斜角的角度在75°-85°；
所述左侧辅助挡块与所述左侧挡板连接后呈75°-85°斜角；和
所述右侧辅助挡块与所述右侧挡板连接后呈75°-85°斜角。
优选地，所述成型工装的材质为金属和/或复合材料；可选地，所述金属为殷瓦钢和/或碳素钢；可选地，所述复合材料为碳纤维增强树脂基复合材料和/或玻璃纤维增强树脂基复合材料；和/或
所述辅助平板的材质为碳纤维增强树脂基复合材料、玻璃纤维增强树脂基复合材料、桦木、塑料中的任一种或多种。
一种利用本发明提供的成型工装制备矩形中空复合材料管状构件的方法，所述方法包括如下步骤：
(1)将左侧挡板和右侧挡板分别固定在底板上，再将左侧辅助挡块和右侧辅助挡块分别固定在左侧挡板上端和右侧挡板上端，然后在组装起来的成型工装的内表面进行预浸料的铺贴；在铺贴时需要铺贴到左侧辅助挡块和右侧辅助挡块上；
(2)拆除左侧辅助挡块和右侧辅助挡块，在矩形空腔内放置筒状真空袋，然后将辅助平板放置在筒状真空袋上，对筒状真空袋进行充气直至辅助平板与左侧挡板和右侧挡板上端的拐角贴实；将铺在左侧辅助挡块和右侧辅助挡块上的预浸料揭下来，逐层放置在辅助平板上，逐层进行预浸料的搭接铺贴；
(3)将筒状真空袋泄压，然后取出辅助平板，安装上方挡板；准备新的筒状真空袋作为内腔真空袋，在内腔真空袋外侧依次铺放透气毡和无孔隔离膜，然后送入矩形空腔内；在成型工装外侧依次铺放无孔隔离膜、透气毡和外侧真空袋；将内腔真空袋和外侧真空袋形成双层真空袋的封装形式；
(4)将经步骤(3)封装后的成型工装送入固化装置中固化，脱模后得到矩形中空复合材料管状构件。
优选地，在步骤(1)中：
所述预浸料为单向带预浸料或织物预浸料；优选的，在铺贴之前，可以将裁剪好的预浸料拼成整张长条形预浸料片后整体进行铺贴；或者单个料片进行铺贴；
铺贴在左侧辅助挡块和右侧辅助挡块上的预浸料之间用无孔隔离膜隔开；
铺贴过程中使用真空袋压法对已铺贴好的预浸料进行抽真空预压实；优选地，每铺贴2-4层预浸料进行一次抽真空预压实操作，预压实时间为10-40min；
在成型工装内表面的尖角处粘贴密封胶条；和/或
采用激光投影仪进行定位铺贴。
优选地，在步骤(2)中，筒状真空袋的周长大于产品的截面周长，且为产品截面周长的1.3-1.6倍；预浸料的搭接宽度为15-25mm；和/或
在步骤(3)中，在封装真空袋之后，对封装好的真空袋进行真空侧漏检查；检查合格的标准为：10min内，真空度下降不超过0.008MPa；
在步骤(4)中，固化的工艺条件为：升温速率1.5-2℃/min，固化温度为130-260℃，固化时间为3-8h，降温速率2-3℃/min。
优选地，所述复合材料构件为纤维增强树脂基复合材料构件；
增强纤维为玻璃纤维、碳纤维、凯夫拉纤维、碳化硅纤维、硼纤维中的任一种或多种；
树脂基体为环氧树脂、不饱和聚酯树脂、酚醛树脂、氰酸酯树脂、双马来酰亚胺树脂、聚酰亚胺树脂中的任一种或多种。
优选地，所述矩形中空复合材料管状构件的长度在200mm以上，长细比≥1。
有益效果
本发明的上述技术方案具有如下优点：
本发明提供的成型工装可以高质量地实现四个表面上的预浸料的铺覆，为制备高质量的矩形中空复合材料管状构件提供基础。
本发明提供的制备方法为无芯模制备工艺，不需要硅橡胶芯模、金属芯模或泡沫芯模等的辅助制备空腔型复合材料产品，不需要额外制造芯模工装，避免芯模的制造工序，不仅降低工装成本和芯模制造成本，而且合模、脱模过程简单，不需要专用设备，缩短产品制备周期，提高生产效率。
本发明提供的制备方法为真空袋传导成型压力，能够保证产品在成型过程中压力传递均匀，保证产品成型质量，避免了膨胀芯模所导致的膨胀压力不均匀的缺点。
本发明提供的制备方法适用于制备大尺寸、大长细比的复合材料管类构件(长度在200mm以上，长细比≥1的构件)，因为如果采用有芯模的制备工艺，需要在芯模上进行预浸料的铺贴，如果芯模太长，芯模就会发生弯曲变形，影响预浸料的铺贴质量，容易产生纤维褶皱、纤维屈曲等现象，降低产品成型质量。本发明为无芯模、阴模铺贴制备工艺，依靠工装的加工精度保证产品的成型质量，阴模铺贴保证产品的直线度和外形轮廓度，不会发生纤维褶皱、纤维屈曲等缺陷。采用该成型工艺，复合材料产品的外观、直线度、外形轮廓度和内部质量均良好，具有重要的应用价值。
附图说明
图1是成型工装的本体结构示意图；
图2是铺贴预浸料状态下的成型工装；
图3是进行预浸料搭接铺贴状态下的成型工装；
图4是矩形中空复合材料管状构件的结构示意图。
图中:
11：底板；12：左侧挡板；13：右侧挡板；14：上方挡板；15：矩形空腔；
21：左侧辅助挡块；22：右侧辅助挡块；23：辅助平板。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，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的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。
〈第一方面〉
本发明在第一方面提供了一种用于矩形中空复合材料管状构件成型的成型工装，所述成型工装包括本体和辅助件；
参考图1，所述本体包括底板11、左侧挡板12、右侧挡板13和上方挡板14，四者相互配合形成有矩形空腔15；所述左侧挡板12和所述右侧挡板13的上端均设计成向内侧延伸的拐角形式；所述左侧挡板12和所述右侧挡板13均与所述底板11可拆卸连接，所述上方挡板14与所述左侧挡板12和所述右侧挡板13可拆卸连接；
参考图2和图3，所述辅助件包括左侧辅助挡块21、右侧辅助挡块22和辅助平板23；所述左侧辅助挡块21和所述右侧辅助挡块22分别同所述左侧挡板12上端与所述右侧挡板13上端可拆卸连接；所述辅助平板23作为独立件可置于所述矩形空腔15内且当平移到上方时左右两侧能够被所述左侧挡板12和所述右侧挡板13的拐角卡住，长度不小于所述底板11的长度。
矩形中空构件的成型需要完成四个表面上的预浸料的铺覆，本发明提供的成型工装可以高质量地实现这一目标，原理为：
组成本体的各部分为可拆卸结构，在铺覆预浸料时可以先将底板11、左侧挡板12、右侧挡板13和辅助件中的左侧辅助挡块21、右侧辅助挡块22组装起来，铺覆三个表面的预浸料。由于两个辅助挡块(左侧辅助挡块21和右侧辅助挡块22)的存在，在铺覆时可以将预浸料的铺覆长度延伸至两个辅助挡块上，然后再借助辅助平板23按照如下方法实现第四个表面的预浸料的铺贴：先将辅助平板23置于矩形空腔15，然后借助外力使辅助平板23移动到最上方被左右两个挡板卡住，然后在辅助平板23上实现第四个表面的预浸料的铺贴。
铺贴完成后，辅助件(左侧辅助挡块21、右侧辅助挡块22和辅助平板23)可以灵活去除，留下本体进行后续工序，不影响矩形构件的成型。
发明人在研究中发现，左侧挡板12和右侧挡板13上端的拐角长度不宜过大，宜在20mm-50mm之间，以便于预浸料的弯折铺贴。
另外，左侧挡板12和右侧挡板13的下端也均可以设计成向外侧延伸的拐角形式，使左侧挡板12、右侧挡板13便于与底板11固定。下端的拐角的长度宜在100mm-120mm之间。
在一些优选的实施方式中，可以在底板11上设计沟槽，沟槽两端优选为斜角过渡，斜角的角度为30°～60°，沟槽深度为1-25mm，这些设计都是便于左侧挡板12和右侧挡板13与底板11固定时能够精准定位。当然，当左侧挡板12和右侧挡板13的下端均设计成向外侧延伸的拐角形式时，沟槽的形状需与下端的拐角的形状配合。
在一些优选的实施方式中，所述左侧挡板12和所述右侧挡板13上端的拐角设计成斜角，斜角的角度在75°-85°(此处角度的定义根据图1至图3以及其设计目的可以毫无疑义地推断出，本发明在此不做进一步说明)，便于成型工装的装配。此时，左侧辅助挡块21和右侧辅助挡块22也优选设计成斜角形式，角度(此处角度的定义根据图1至图3以及其设计目的可以毫无疑义地推断出，本发明在此不做进一步说明)宜在75°～85°，也就左侧辅助挡块21与左侧挡板12连接后呈75°-85°斜角，右侧辅助挡块22与右侧挡板13连接后呈75°-85°斜角，这样两个辅助挡块的斜角角度与两个挡板的斜角角度保持一致，保证平滑连接，也为预浸料的铺覆提供便利。
成型工装的材质可以为金属和/或复合材料；可选地，所述金属为殷瓦钢和/或碳素钢；可选地，所述复合材料为碳纤维增强树脂基复合材料和/或玻璃纤维增强树脂基复合材料。而对于辅助平板23，其材质可以为碳纤维增强树脂基复合材料、玻璃纤维增强树脂基复合材料、桦木、塑料中的任一种或多种。
〈第二方面〉
本发明在第二方面提供了一种利用第一方面的成型工装制备矩形中空复合材料管状构件(外形参考图4)的方法，所述方法包括如下步骤：
S1、预浸料的铺贴与搭接
S11、将底板11、左侧挡板12、右侧挡板13以及辅助件中的左侧辅助挡块21和右侧辅助挡块22组装起来：将左侧挡板12和右侧挡板13分别固定在底板11上(毫无意义地，左侧挡板12固定在底板11的左侧，右侧挡板13固定在底板11的右侧)，将左侧辅助挡块21和右侧辅助挡块22分别固定在左侧挡板12上端拐角的上端和右侧挡板13上端拐角的上端；固定方式可以采用现有的固定方式。
组装后，在组装起来的成型工装的内表面进行预浸料的铺贴，预浸料可以为单向带预浸料或织物预浸料；优选的，在铺贴之前，可以将裁剪好的预浸料拼成整张长条形预浸料片后整体进行铺贴，这样能够提高铺贴效率；或者单个料片进行铺贴，这样能够提高铺贴质量。铺贴时可以先将预浸料的中间部位与成型工装内表面中间部位贴实，然后依次将预浸料向两侧铺贴，铺贴预浸料时可使用平板等辅助工具，遇到拐角处，使用平板将预浸料贴实、贴牢，避免架桥缺陷。
铺贴过程中可以使用真空袋压法对已铺贴好的预浸料进行抽真空预压实；优选地，每铺贴2-4层(更优选为3层-4层)预浸料进行一次抽真空预压实操作，预压实时间为10-40min，以保证铺贴质量。
铺贴时需要将预浸料铺贴到两个辅助挡块(指左侧辅助挡块21和右侧辅助挡块22)上，便于真空袋制备和预浸料的搭接铺贴。铺贴在两个辅助挡块上的预浸料之间用无孔隔离膜隔开，防止预浸料粘在一起，不利于之后预浸料的搭接铺贴过程。
在铺贴之前，优选在成型工装的内表面的尖角处粘贴密封胶条，防止纤维断裂。
在铺贴过程中，优选采用激光投影仪进行定位铺贴。
S12、完成上述铺贴后，进行搭接铺贴：拆除左侧辅助挡块21和右侧辅助挡块22；在矩形空腔15内放置筒状真空袋，然后将辅助平板23放置在筒状真空袋上，对筒状真空袋进行充气直至辅助平板23与左侧挡板12和右侧挡板13上端的拐角贴实；辅助平板23通过上述方法固定好之后，可以在辅助平板23上表面放一层无孔隔离膜，避免预浸料粘接辅助平板23，然后再进行预浸料的搭接铺贴，将两个辅助挡块上的预浸料逐层揭下来(若之前放置了无孔隔离膜，则预浸料容易揭下来)，依次铺贴在辅助平板23上，逐层进行预浸料的搭接铺贴。
筒状真空袋的周长大于产品的截面周长，宜在产品截面周长的1.3倍-1.6倍之间，以便于压实辅助平板23。
预浸料的搭接宽度优选在15mm-25mm之间，逐层进行搭接铺贴过程。
在进行搭接铺贴的过程中，可以使用真空袋压法对已铺贴好的预浸料进行抽真空预压实；优选地，每铺贴3-4层预浸料进行一次抽真空预压实操作，预压实时间为10-40min，以保证铺贴质量。
S2、合模制袋
将筒状真空袋泄压，然后取出辅助平板23；安装上方挡板14；准备新的筒状真空袋作为内腔真空袋，在内腔真空袋外侧依次铺放透气毡和无孔隔离膜，然后送入矩形空腔15内；在成型工装外侧依次铺放无孔隔离膜、透气毡和外侧真空袋；将内腔真空袋和外侧真空袋粘在一起形成双层真空袋的封装形式。
真空袋封装好之后，可以进行气密性检测，检查合格的标准为：抽真空后，10min之内，真空袋的真空度下降不超过0.008MPa。
S3、固化
双层真空袋做好之后，并且气密性检测合格后，将成型工装送入固化装置(如热压罐或固化炉)中进行固化。固化条件为：升温速率1.5-2℃/min，固化温度为130-260℃，固化时间为3-8h，降温速率2-3℃/min。
产品固化完成后，待成型工装降至室温，进行脱模工序，得到构件。
总的来说，本发明提供的制备方法包括如下步骤：
(1)本发明为无芯模制备工艺，不需要硅橡胶芯模、金属芯模或泡沫芯模等的辅助制备空腔型复合材料产品，不需要额外制造芯模工装，避免芯模的制造工序，不仅降低工装成本和芯模制造成本，而且合模、脱模过程简单，不需要专用设备，缩短产品制备周期，提高生产效率。
(2)本发明为真空袋传导成型压力，能够保证产品在成型过程中压力传递均匀，保证产品成型质量，避免了膨胀芯模所导致的膨胀压力不均匀的缺点。
(3)本发明适用于制备大尺寸、大长细比的复合材料管类构件(长度在200mm以上，长细比≥1的构件)，因为如果采用有芯模的制备工艺，需要在芯模上进行预浸料的铺贴，如果芯模太长，芯模就会发生弯曲变形，影响预浸料的铺贴质量，容易产生纤维褶皱、纤维屈曲等现象，降低产品成型质量。本发明为无芯模、阴模铺贴制备工艺，依靠工装的加工精度保证产品的成型质量，阴模铺贴保证产品的直线度和外形轮廓度，不会发生纤维褶皱、纤维屈曲等缺陷。采用该成型工艺，复合材料产品的外观、直线度、外形轮廓度和内部质量均良好，具有重要的应用价值。
(4)利用本发明提供的方法可以制备矩形中空状的纤维增强树脂基复合材料构件；增强纤维可以为玻璃纤维、碳纤维、凯夫拉纤维、碳化硅纤维、硼纤维等；树脂基体为环氧树脂、不饱和聚酯树脂、酚醛树脂、氰酸酯树脂、双马来酰亚胺树脂、聚酰亚胺树脂等。
以下是本发明列举的实施例。
实施例1
构件产品名称：矩形中空复合材料管。
产品外形尺寸：长度7500mm，截面呈正方形，边长为200mm。
成型工装的设计为：
所述成型工装包括本体和辅助件；
所述本体包括底板、左侧挡板、右侧挡板和上方挡板，四者相互配合形成有矩形空腔。所述左侧挡板和所述右侧挡板均与所述底板可拆卸连接，所述上方挡板与所述左侧挡板和所述右侧挡板可拆卸连接。所述左侧挡板和所述右侧挡板的上端均设计成向内侧延伸的拐角形式，拐角长度为30mm(需要说明的是，此处的拐角长度的含义为左侧挡板和右侧挡板向内延伸的距离，以左侧挡板为例，这一距离指左侧挡板的内表面到拐角最右侧的垂直距离)，下端均设计成向外侧延伸的拐角形式，拐角的长度宜在100mm(需要说明的是，此处的拐角长度的含义为左侧挡板和右侧挡板向外延伸的距离，以左侧挡板为例，这一距离指左侧挡板的外表面到拐角最左侧的垂直距离)。所述左侧挡板和所述右侧挡板上端的拐角设计成斜角，斜角的角度在80°，便于成型工装的装配。与之相对应的是，左侧辅助挡块和右侧辅助挡块也设计成斜角形式，角度在80°，也就是左侧辅助挡块与左侧挡板连接后呈80°斜角，右侧辅助挡块与右侧挡板连接后呈80°斜角，这样两个辅助挡块的斜角角度与两个挡板的斜角角度保持一致，保证平滑连接。底板上设计有沟槽，沟槽两端为斜角过渡，斜角的角度为45°，沟槽深度为20mm。
所述辅助件包括左侧辅助挡块、右侧辅助挡块和辅助平板；所述左侧辅助挡块和所述右侧辅助挡块分别同所述左侧挡板上端与所述右侧挡板上端可拆卸连接；所述辅助平板作为独立件可置于所述矩形空腔内且当平移到上方时左右两侧能够被所述左侧挡板和所述右侧挡板的拐角卡住，长度不小于所述底板的长度。
工装长度(底板的长度)为7600mm(带加工余量)，考虑到缩放量，成型工装的矩形空腔边长为199.57mm，。
利用上述工装制备矩形中空复合材料管的方法包括如下步骤：
(1)预浸料铺贴与搭接
将底板、左侧挡板、右侧挡板以及辅助件中的左侧辅助挡块和右侧辅助挡块组装起来，成型工装每部分之间采用定位销和螺丝钉组合连接，定位销与螺丝钉交替排列，同时定位销间隔400mm，螺丝钉间隔400mm。在成型工装内表面的尖角处粘贴密封胶条，防止纤维断裂。
组装后，在组装起来的成型工装的内表面进行预浸料的铺贴，裁剪预浸料的宽度为760mm，长度分为两类：0度预浸料的长度与模具长度相同；45度预浸料的长度为1000mm，由多个料片共同完成同一层铺贴。铺贴时先将预浸料的中间部位与模具内表面中间部位贴实，然后依次将预浸料向两侧铺贴，铺贴预浸料时可使用平板等辅助工具，遇到拐角处，使用平板将预浸料贴实、贴牢，避免架桥缺陷。铺贴过程中使用真空袋压法对已铺贴好的预浸料进行抽真空预压实，每铺贴2层预浸料进行一次抽真空预压实操作，预压实时间为15min。
铺贴时需要将预浸料铺贴到两个辅助挡块上，铺贴在两个辅助挡块上的预浸料之间用无孔隔离膜隔开，防止预浸料粘在一起而不利于之后预浸料的搭接铺贴过程。
在铺贴过程中，优选采用激光投影仪进行定位铺贴。
完成上述铺贴后，拆除左侧辅助挡块和右侧辅助挡块，在矩形空腔内放置筒状真空袋，筒状真空袋的周长为产品截面周长的1.5倍；然后将辅助平板放置在筒状真空袋上，对筒状真空袋进行充气直至辅助平板与左侧挡板和右侧挡板上端的拐角贴实；辅助平板通过上述方法固定好之后，在辅助平板上表面放一层无孔隔离膜，避免预浸料粘接辅助平板，然后进行预浸料的搭接铺贴，将两个辅助挡块上的预浸料逐层揭下来(之前放置了无孔隔离膜，预浸料很容易揭下来)，依次铺贴在辅助平板上，逐层进行预浸料的搭接铺贴，预浸料的搭接宽度在20mm。进行预浸料的搭接铺贴时，每搭接铺贴4层预浸料进行一次抽真空预压实操作，预压实时间为15min。
(2)合模制袋
将筒状真空袋泄压，然后取出辅助平板，安装上方挡板，用定位销与螺丝钉固定好；准备新的筒状真空袋作为内腔真空袋，在内腔真空袋外侧依次铺放透气毡和无孔隔离膜，然后送入矩形空腔内；在成型工装外侧依次铺放无孔隔离膜、透气毡和外侧真空袋；将内腔真空袋和外侧真空袋连粘在一起，形成双层真空袋的封装形式。
真空袋制备好之后，进行气密性检测，检查合格的标准为：抽真空后，10min之内，真空袋的真空度下降不超过0.008MPa。
(3)固化
将合模制袋后的成型工装送入固化炉中固化，固化条件为：升温速率2℃/min，固化温度为180℃，固化时间为4h，降温速率3℃/min。
(4)脱模
产品固化完成后，待成型工装降至室温后进行脱模。依次拆除上方挡块、左侧挡块和右侧挡块，此时，产品仅有下表面与固定底板连接，左右轻轻摇晃产品，将其与固定底板分离，即完成脱模。
构件外观质量好，无损检测构件内部无分层、脱粘等缺陷，孔隙率合格，保证了大尺寸、矩形中空复合材料管的外观质量以内部质量的要求。
实施例2
实施例2提供的矩形中空复合材料管的外形尺寸同实施例1。
成型工装的设计同实施例1基本上相同，为了简化文字，此处仅对实施例2的成型工装不同于实施例1的设计之处进行了说明：
左侧挡板和右侧挡板上端拐角的长度均为20mm，下端拐角的长度均为110mm；
左侧挡板和右侧挡板上端拐角设计成斜角，斜角的角度在75°，左侧辅助挡块和右侧辅助挡块也设计成斜角形式，角度在75°。
成型方法同实施例1，在此不再详述。
最终成型的构件外观质量好，无损检测构件内部无分层、脱粘等缺陷，孔隙率合格，保证了大尺寸、矩形中空复合材料管的外观质量以内部质量的要求。
实施例3
实施例3提供的矩形中空复合材料管的外形尺寸为长度8000mm，截面呈长方形，长方形的长为220mm，宽为200mm。
成型工装的设计同实施例1基本上相同，为了简化文字，此处仅对实施例3的成型工装不同于实施例1的设计之处进行了说明：
左侧挡板和右侧挡板上端拐角的长度均为50mm，下端拐角的长度均为120mm；
左侧挡板和右侧挡板上端拐角设计成斜角，斜角的角度在85°，左侧辅助挡块和右侧辅助挡块也设计成斜角形式，角度在85°。
需要说明的是，成型工装的长度(指底板的长度)以及矩形空腔的边长均根据构件尺寸进行相应设计，以获得所需尺寸的构件。
成型方法同实施例1，在此不再详述。
最终成型的构件外观质量好，无损检测构件内部无分层、脱粘等缺陷，孔隙率合格，保证了大尺寸、矩形中空复合材料管的外观质量以内部质量的要求。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (11)

1.一种用于矩形中空复合材料管状构件成型的成型工装，其特征在于，所述成型工装包括本体和辅助件；
所述本体包括底板、左侧挡板、右侧挡板和上方挡板，四者相互配合形成有矩形空腔；所述左侧挡板和所述右侧挡板的上端均设计成向内侧延伸的拐角形式；所述左侧挡板和所述右侧挡板均与所述底板可拆卸连接，所述上方挡板与所述左侧挡板和所述右侧挡板可拆卸连接；
所述辅助件包括左侧辅助挡块、右侧辅助挡块和辅助平板；所述左侧辅助挡块和所述右侧辅助挡块分别同所述左侧挡板上端与所述右侧挡板上端可拆卸连接；所述辅助平板作为独立件可置于所述矩形空腔内且当平移到上方时左右两侧能够被所述左侧挡板和所述右侧挡板的拐角卡住，长度不小于所述底板的长度。
2.根据权利要求1所述的成型工装，其特征在于，
所述左侧挡板和所述右侧挡板的下端均设计成向外侧延伸的拐角形式。
3.根据权利要求2所述的成型工装，其特征在于，
所述左侧挡板和所述右侧挡板上端的拐角的长度为20-50mm；
所述左侧挡板和所述右侧挡板上端的拐角的长度为100-120mm；和/或
所述底板上设计有沟槽。
4.根据权利要求3所述的成型工装，其特征在于，
沟槽两端为斜角过渡，斜角的角度为30°～60°，沟槽深度为1-25mm。
5.根据权利要求1所述的成型工装，其特征在于，
所述左侧挡板和所述右侧挡板上端的拐角设计成斜角，斜角的角度在75°-85°；
所述左侧辅助挡块与所述左侧挡板连接后呈75°-85°斜角；和
所述右侧辅助挡块与所述右侧挡板连接后呈75°-85°斜角。
6.根据权利要求1至5任一项所述的成型工装，其特征在于，
所述成型工装的材质为金属和/或复合材料；所述金属为殷瓦钢和/或碳素钢；所述复合材料为碳纤维增强树脂基复合材料和/或玻璃纤维增强树脂基复合材料；和/或
所述辅助平板的材质为碳纤维增强树脂基复合材料、玻璃纤维增强树脂基复合材料、桦木、塑料中的任一种或多种。
7.一种利用权利要求1至6任一项所述成型工装制备矩形中空复合材料管状构件的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
(1)将左侧挡板和右侧挡板分别固定在底板上，将左侧辅助挡块和右侧辅助挡块分别固定在左侧挡板上端和右侧挡板上端，然后在组装起来的成型工装的内表面进行预浸料的铺贴；在铺贴时铺贴到左侧辅助挡块和右侧辅助挡块上；
(2)拆除左侧辅助挡块和右侧辅助挡块，在矩形空腔内放置筒状真空袋，然后将辅助平板放置在筒状真空袋上，对筒状真空袋进行充气直至辅助平板与左侧挡板和右侧挡板上端的拐角贴实；将铺在左侧辅助挡块和右侧辅助挡块上的预浸料揭下来，逐层放置在辅助平板上，逐层进行预浸料的搭接铺贴；
(3)将筒状真空袋泄压，然后取出辅助平板，安装上方挡板；准备新的筒状真空袋作为内腔真空袋，在内腔真空袋外侧依次铺放透气毡和无孔隔离膜，然后送入矩形空腔内；在成型工装外侧依次铺放无孔隔离膜、透气毡和外侧真空袋；将内腔真空袋和外侧真空袋形成双层真空袋的封装形式；
(4)将步骤(3)封装后的成型工装送入固化装置中固化，脱模后得到矩形中空复合材料管状构件。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，
在步骤(1)中：
所述预浸料为单向带预浸料或织物预浸料；在铺贴之前，将裁剪好的预浸料拼成整张长条形预浸料片后整体进行铺贴；或者单个料片进行铺贴；
铺贴在左侧辅助挡块和右侧辅助挡块上的预浸料之间用无孔隔离膜隔开；
铺贴过程中使用真空袋压法对已铺贴好的预浸料进行抽真空预压实；每铺贴2-4层预浸料进行一次抽真空预压实操作，预压实时间为10-40min；
在成型工装内表面的尖角处粘贴密封胶条；和/或
采用激光投影仪进行定位铺贴。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，
在步骤(2)中，筒状真空袋的周长大于产品的截面周长，且为产品截面周长的1.3-1.6倍；预浸料的搭接宽度为15-25mm；和/或
在步骤(3)中，在封装真空袋之后，对封装好的真空袋进行真空侧漏检查；检查合格的标准为：10min内，真空度下降不超过0.008MPa；
在步骤(4)中，固化的工艺条件为：升温速率1.5-2℃/min，固化温度为130-260℃，固化时间为3-8h，降温速率2-3℃/min。
10.根据权利要求7至9任一项所述的方法，其特征在于，所述复合材料构件为纤维增强树脂基复合材料构件；
增强纤维为玻璃纤维、碳纤维、凯夫拉纤维、碳化硅纤维、硼纤维中的任一种或多种；
树脂基体为环氧树脂、不饱和聚酯树脂、酚醛树脂、氰酸酯树脂、双马来酰亚胺树脂、聚酰亚胺树脂中的任一种或多种。
11.根据权利要求7至9任一项所述的方法，其特征在于，
所述矩形中空复合材料管状构件的长度在200mm以上，长细比≥1。
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