CN111941827A - 一种薄壁异形复合材料承力管的制造方法 - Google Patents

一种薄壁异形复合材料承力管的制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种薄壁异形复合材料承力管的制造方法，包括步骤：依据所要制造的薄壁异形复合材料承力管，设计芯模的三维图；对芯模的三维图进行处理，通过3D打印获得芯模；以芯模为模具制得到外模具；在芯模外表面逐层依次铺贴脱模布和预浸料；在外模具内表面铺贴脱模布；将芯模放置入外模具内，密封芯模和外模具；对芯模和外模具进行升温和保温，待预浸料完全固化后，获得含有芯模的薄壁异形复合材料承力管；将含有芯模的薄壁异形复合材料承力管浸泡于水溶液中，取出薄壁异形复合材料承力管并烘干；本发明实现了薄壁异形复合材料承力管的整体成型，解决了此类复合材料构件无法整体成型的难点，同时优化了制造工序，克服其脱模困难。

Description

一种薄壁异形复合材料承力管的制造方法
技术领域
本发明涉及承力管制造技术领域，具体涉及一种薄壁异形复合材料承力管的制造方法。
背景技术
复合材料与金属相比具有高比强度、高比模量、力学性能可设计性、易于整体成型加工以及隐身等优良特性，在航空结构上的应用取得了突出的减重效果和综合性能。随着航空技术的飞速发展，复合材料在无人机上的应用已从次承力结构逐渐发展到了主承力结构上。复合材料零部件在制造时，需要借助模具在一定的温度和压力下保证熔融的高分子树脂在纤维之间充分流动填充，并在模具的辅助下冷却固化成形，最终脱去模具得到最后的产品。
因此，对于异形薄壁的复合材料承力管存在着模具制造困难、脱模不易、产品易损伤的缺点，并且采用常规方法无法整体成型造成其工序复杂、结构缺陷导致其力学性能下降。
鉴于上述缺陷，本发明创作者经过长时间的研究和实践终于获得了本发明。
发明内容
为解决上述技术缺陷，本发明采用的技术方案在于，提供一种薄壁异形复合材料承力管的制造方法，包括步骤：
S1，依据所要制造的薄壁异形复合材料承力管，设计芯模的三维图；
S2，对所述芯模的三维图进行处理，通过3D打印获得所述芯模；
S3，所述芯模为模具制得到外模具；
S4，在所述芯模外表面逐层依次铺贴脱模布和预浸料；
S5，在所述外模具内表面铺贴脱模布；
S6，将所述芯模放置入所述外模具内，将所述芯模和所述外模具密封包裹并预留真空导入口；
S7，对所述芯模和所述外模具进行升温和保温，待所述预浸料完全固化后，开始降温，在降温过程中保持真空压力，移除所述外模具获得含有所述芯模的所述薄壁异形复合材料承力管；
S8，将含有所述芯模的所述薄壁异形复合材料承力管浸泡于水溶液中；
S9，所述芯模完全溶解后，取出所述薄壁异形复合材料承力管并烘干。
较佳的，通过设置铺设层实现所述芯模和所述外模具的密封包裹，所述铺设层包括由内向外依次设置的透气毡、隔离膜和真空袋膜。
较佳的，所述芯模所用的材料为可水溶解并且能够在高于130℃时熔融流动的高分子材料。
较佳的，所述芯模的材料为聚乙烯醇。
较佳的，所述预浸料的材料为中温固化环氧树脂/碳纤维。
与现有技术比较本发明的有益效果在于：本发明将3D打印技术与复合材料成型方法结合，以可水溶的高分子材料为模具材料，通过3D打印出可水溶解的芯模，并在芯模表面翻制外模具，通过外模具和芯模组合，采取复合材料常规的成型及铺层方法，完成复合材料承力管的铺层，实现了薄壁异形复合材料承力管的整体成型，解决了此类复合材料构件无法整体成型的难点，同时优化了制造工序，克服其脱模困难，另外一方面，采用可膨胀的芯模材料，承力管在固化时高分子树脂受到膨胀挤压，获得的产品其纤维致密度也得到大幅提升，力学性能提高。
附图说明
图1为所述薄壁异形复合材料承力管的制造方法的流程图。
具体实施方式
以下结合附图，对本发明上述的和另外的技术特征和优点作更详细的说明。
实施例一
本发明所述薄壁异形复合材料承力管的制造方法包括步骤：
S1，依据所要制造的薄壁异形复合材料承力管的结构，设计芯模的三维图，芯模材料为PVA(聚乙烯醇)；
S2，通过切片软件对所述芯模的三维图进行处理，通过3D打印获得所述芯模；
S3，以所述芯模为模具，通过常温固化的方式翻制得到外模具；
S4，在所述芯模外表面逐层依次铺贴脱模布和3218环氧树脂/碳纤维预浸料；
S5，在所述外模具内表面铺贴脱模布；
S6，将所述芯模放置入所述外模具内，并依次设置铺设层将所述芯模和所述外模具密封包裹并预留真空导入口；
S7，对所述铺设层进行抽真空预压实，依据预浸料固化制度进行升温和保温，待所述预浸料完全固化后，开始降温，在降温过程中，保持真空压力至温度降至一定温度，移除所述铺设层和所述外模具，获得含有所述芯模的所述薄壁异形复合材料承力管；
S8，将含有所述芯模的所述薄壁异形复合材料承力管浸泡于水溶液中；
S9，所述芯模完全溶解后，取出所述薄壁异形复合材料承力管，烘干获得最终产品。
较佳的，所述铺设层包括由内向外依次设置的透气毡、隔离膜和真空袋膜。
较佳的，所述芯模所用的材料为可水溶解并且能够在高于130℃时熔融流动的高分子材料。
本发明以可水溶解性的材料，通过3D打印出薄壁异形复合材料承力管的芯模，解决了具有此类结构特点的复合材料无法整体成型的问题，相比于分段成型再胶接的工艺，优化了工艺流程，避免分段时产生的结构缺陷而导致的力学性能大幅下降。
同时所述芯模选取的材料在一定的温度和压力下具有膨胀性，固化成型过程中有利于压力的均匀传递，同时增大了未固化树脂的流动，有助于充分填充纤维之间的间隙，提高其致密度和最终的力学性能。
同样的，脱模时采用水溶液直接去除芯模，省时省力，同时避免机械脱模时对零件内部产生的损伤，大幅提高零件的合格率。
实施例二
在本实施例中，本发明所述薄壁异形复合材料承力管的制造方法包括步骤：
S1，依据所要制造的薄壁异形复合材料承力管的结构，设计芯模的三维图，芯模材料为PVA；
S2，通过切片软件对所述芯模的三维图进行处理，得出所述芯模的生成路径图，设置打印参数，开启机器，启动打印程序，打印机运行，通过3D打印获得打印的芯模；
S3，以所述芯模为模具，通过常温固化的方式翻制得到外模具；
S4，在所述芯模外表面逐层依次铺贴脱模布和3218-1环氧树脂/碳纤维预浸料；
S5，在所述外模具内表面，铺贴脱模布；
S6，将所述芯模放置入所述外模具内，依次铺设透气毡、隔离膜和一层真空袋膜将所述芯模和所述外模具包裹，密封周边并预留真空导入口，并移入烘箱中。
S7，对所述铺设层进行抽真空预压实，真空压力不小于0.07Mpa，并在不高于60℃条件下保温保压1h～2h，之后在不高于2℃/min升温速率下，升温至130℃，并保温2h，预浸料完全固化后，开始降温，在降温过程中，保持真空压力至温度降至60℃以下，依次移除真空袋膜、透气毡、隔离膜和外模具，获得芯模的复合材料承力管；
S8，将含有所述芯模的所述薄壁异形复合材料承力管浸泡于水溶液中；
S9，所述芯模完全溶解后，取出所述薄壁异形复合材料承力管，烘干获得最终产品。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，对本发明而言仅仅是说明性的，而非限制性的。本专业技术人员理解，在本发明权利要求所限定的精神和范围内可对其进行许多改变，修改，甚至等效，但都将落入本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.一种薄壁异形复合材料承力管的制造方法，其特征在于，包括步骤：
S1，依据所要制造的薄壁异形复合材料承力管，设计芯模的三维图；
S2，对所述芯模的三维图进行处理，通过3D打印获得所述芯模；
S3，所述芯模为模具制得到外模具；
S4，在所述芯模外表面逐层依次铺贴脱模布和预浸料；
S5，在所述外模具内表面铺贴脱模布；
S6，将所述芯模放置入所述外模具内，将所述芯模和所述外模具密封包裹并预留真空导入口；
S7，对所述芯模和所述外模具进行升温和保温，待所述预浸料完全固化后，开始降温，在降温过程中保持真空压力，移除所述外模具获得含有所述芯模的所述薄壁异形复合材料承力管；
S8，将含有所述芯模的所述薄壁异形复合材料承力管浸泡于水溶液中；
S9，所述芯模完全溶解后，取出所述薄壁异形复合材料承力管并烘干。
2.如权利要求1所述的薄壁异形复合材料承力管的制造方法，其特征在于，通过设置铺设层实现所述芯模和所述外模具的密封包裹，所述铺设层包括由内向外依次设置的透气毡、隔离膜和真空袋膜。
3.如权利要求1所述的薄壁异形复合材料承力管的制造方法，其特征在于，所述芯模所用的材料为可水溶解并且能在高于130℃时熔融流动的高分子材料。
4.如权利要求1所述的薄壁异形复合材料承力管的制造方法，其特征在于，所述芯模的材料为聚乙烯醇。
5.如权利要求1所述的薄壁异形复合材料承力管的制造方法，其特征在于，所述预浸料的材料为中温固化环氧树脂/碳纤维。
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