CN112060617A - 复合材料中空曲管、成型模具及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明为复合材料中空曲管、成型模具及其制备方法，涉及复合材料应用技术领域。包括复合材料中空曲管，其由碳纤维(玻璃纤维、石英纤维、高硅氧纤维)、氰酸脂(环氧树脂、双马来酰胺树脂、聚酰亚胺树脂、邻苯二甲氰树脂)复合材料通过预浸料铺放工艺一体成型制得；碳纤维(玻璃纤维、石英纤维、高硅氧纤维)、氰酸脂(环氧树脂、双马来酰胺树脂、聚酰亚胺树脂、邻苯二甲氰树脂)复合材料，在单层0°方向热胀系数为α1，‑1×10‑6/K＜α1＜1×10‑6/K；在单层90°方向热胀系数为α2，15×10‑6/K＜α2＜35×10‑6/K。产品成型后具有内腔表面状态光滑，且内腔尺寸可精确控制，且后期表面加工不会损伤纤维，避免降低复合材料中空曲管的强度的有益效果。
Description
技术领域
本发明涉及复合材料应用技术领域，特别涉及复合材料中空曲管、成型模具及制备方法。
背景技术
碳纤维复合材料管件在航空航天结构中具有重要的应用价值，广泛应用于航天器和飞机的内部骨架、发动机等零件的固定支架等。
碳纤维复合材料管件的成型方法，主要有拉挤成型、模压成型、真空袋-热压罐成型、热膨胀成型等，但他们都各有缺点，缠绕成型产品性能好，但所需设备昂贵；拉挤成型生产效率高，适合于批量生产，但需专用设备模具；真空袋-热压罐成型表面粗糙，后期表面加工会损伤纤维，降低杆件强度。且上述方法多用于制备直管杆件类制件，很少用于制备曲管、弯管等异形杆件，且曲管、弯管等异形杆件常采用橡皮囊或者水溶性砂芯模等作为芯模，造成产品成型后内腔表面状态粗糙，且内腔尺寸无法精确控制。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供复合材料中空曲管、成型模具及制备方法。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案具体如下：
一种制作复合材料中空曲管的成型模具，包括：
模板，模板包括：上模板和下模板，上模板和下模板上设有若干个相对应圆弧形的沟槽，圆弧形的沟槽与复合材料中空曲管的曲率外径相等；
转轴，转轴可转动的设置在上模板和下模板上的圆弧形的沟槽的圆心位置；
摆杆，摆杆上设置有与转轴相配合的第一固定孔；
芯模，芯模放置在上模板和下模板圆弧形的沟槽内腔中，芯模外径与复合材料中空曲管的内径相等；
其中，芯模的两端还设有第二固定孔，摆杆上设有固定轴，固定轴与第二固定孔配合、并连接芯模与摆杆；
脱模时，摆杆带动芯模沿着沟槽移动。
进一步的，模板、转轴、摆杆和芯模均为金属材料。
进一步的，复合材料中空曲管通过预浸料铺放工艺一体成型制得。
进一步的，预浸料的铺层顺序为[0/90/+45/-45]n，n为预浸料的铺放循环数量。
进一步的，预浸料的铺层角度为(02/±θ)n，45°≤θ≤90°；在单层0°方向热胀系数为α1，-1×10-6/K＜α1＜1×10-6/K；在单层90°方向热胀系数为α2，15×10-6/K＜α2＜35×10-6/K，K为温度常数。
进一步的，预浸料单层厚度为0.05mm--0.2mm。
进一步的，预浸料的纤维为碳纤维、玻璃纤维、石英纤维、高硅氧纤维。
进一步的，预浸料的树脂为氰酸脂树脂、环氧树脂、双马来酰胺树脂、聚酰亚胺树脂、邻苯二甲氰树脂。
进一步的，所述预浸料中，纤维的体积含量为60±3％。
进一步的，复合材料中空曲管的制备方法，包括如下步骤：
S1、按照铺层顺序和铺层角度，在芯模上铺放预浸料，将铺放好预浸料的芯模放置沟槽上；
S2、将上模板扣在下模板上，并要求上下模板沟槽相对应，然后对上下模板施加压力，以此将预浸料预压实；
S3、预压实后整体入炉固化成型；
S4、待产品固化过程完毕后，并依次安装摆杆和转轴，以转轴为圆心转动摆杆，使摆杆带动芯模，从而脱去芯模，最后得到复合材料中空曲管结构。
本发明具有以下的有益效果：
本发明的复合材料中空曲管、成型模具及制备方法，制作复合材料中空曲管的成型模具为金属材料制成，表面光滑，尺寸精度高，产品成型后内腔表面状态光滑，且内腔尺寸可以得到精确控制，后期表面加工不会损伤纤维，避免降低复合材料中空曲管的强度，同时，成型模具简单，造价低廉，可以制作曲管、弯管等异形管件。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
图1为本发明的一种制作复合材料中空曲管的成型模具的结构示意图；
图2为一种制作复合材料中空曲管的成型模具不包含上模板、摆杆时的结构内部示意图；
图3为本发明的复合材料中空曲管、成型模具及制备方法的中空曲管制作工艺流程图。
图中的附图标记表示为：
1、模板；2、沟槽；3、转轴；4、摆杆；5、固定轴；6、芯模；7、第二固定孔；8、中空曲管。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，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。
请参阅图1和图2，复合材料中空曲管8通过预浸料铺放工艺一体成型制得。
预浸料的铺层顺序为[0/90/+45/-45]n，n为预浸料的铺放循环数量，可以根据实际产品尺寸壁厚的需要来决定铺放循环数量，即决定n的数值。
预浸料的铺层角度为(02/±θ)n，45°≤θ≤90°，以曲管的轴线为0°，02指铺放预浸料的角度是两个连续的0°，就是0°和±θ交替铺放预浸料；在单层0°方向热胀系数为α1，-1×10-6/K＜α1＜1×10-6/K；在单层90°方向热胀系数为α2，15×10-6/K＜α2＜35×10-6/K，K为温度常数，如在100K的温度下，K为100，在80K的温度下，K为80。
预浸料单层厚度为0.05mm--0.2mm。
预浸料的纤维为碳纤维、玻璃纤维、石英纤维、高硅氧纤维。
预浸料的树脂为氰酸脂树脂、环氧树脂、双马来酰胺树脂、聚酰亚胺树脂、邻苯二甲氰树脂。
预浸料中，纤维的体积含量为60±3％。
碳纤维为可用玻璃纤维、石英纤维、高硅氧纤维等材料替换，氰酸脂可用环氧树脂、双马来酰胺树脂、聚酰亚胺树脂、邻苯二甲氰树脂等替换。具体的，根据复合材料中空曲管的壁厚，来具体确定铺设的层数，每层的厚度为0.05--0.2mm，
一种制作复合材料中空曲管的成型模具，包括：
模板1，模板包括：下模板1和上模板，下模板1和上模板上设有若干个相对应的圆弧形沟槽2，圆弧形沟槽2与复合材料中空曲管8的曲率外径相等；
转轴3，转轴3可转动的设置在上模板和下模板上的圆弧形的沟槽2的中心位置；
摆杆4，摆杆4上设置有与转轴3相配合的第一固定孔；
芯模6，芯模6放置在圆弧形的沟槽2上方，芯模外径与复合材料中空曲管8的内径相等；
其中，芯模6的两端还设有固定孔7，摆杆4上设有固定轴5，固定轴5与第二固定孔7配合、并连接芯模6与摆杆4，用于脱模时摆杆4带动芯模6。
上模板和下模板、转轴3、摆杆4和芯模6均为金属材料，金属材料不易与预浸料粘接，方便脱模。
复合材料中空曲管的制备方法，包括如下步骤：
S1、按照铺层顺序和铺层角度，在芯模6上铺放预浸料，将铺放好预浸料的芯模6放置沟槽2上；
S2、将上模板扣在下模板1上，并要求上下模板沟槽2相对应，然后对上下模板施加压力，以此将预浸料预压实；
S3、预压实后整体入炉固化成型；
S4、待产品固化过程完毕后，并依次安装摆杆4和转轴3，以转轴3为圆心转动摆杆，使摆杆4带动芯模6，从而脱去芯模6，最后得到复合材料中空曲管结构。
实施例1复合材料中空曲管的制备方法
S1、以第一层的铺设角度为0°算起，按照[0/90/+45/-45]4的铺层顺序，在金属芯模6上铺放碳纤维/氰酸脂预浸料，预浸料每层厚度为0.1mm，一共铺设16层。S2、将金属芯模6和上模板、下模板1组装成一体，对上下模板进行加压，从而将预浸料预压实；S3、预压实后整体入炉固化成型；S4、待产品固化过程完毕后，依次安装摆杆4和转轴3，以转轴3为圆心转动摆杆4，从而脱去芯模6，最后得到复合材料中空曲管结构。
实施例2复合材料中空曲管的制备方法
S1、以第一层的铺设角度为0°算起，按照[0/90/+45/-45]4的铺层顺序，在金属芯模6上铺放碳纤维/环氧树脂预浸料，预浸料每层厚度为0.1mm，一共铺设16层。S2、将金属芯模6和上模板、下模板1组装成一体，对上下模板进行加压，从而将预浸料预压实；S3、预压实后整体入炉固化成型；S4、待产品固化过程完毕后，依次安装摆杆4和转轴3，以转轴3为圆心转动摆杆4，从而脱去芯模6，最后得到复合材料中空曲管结构。
实施例3复合材料中空曲管的制备方法
S1、以第一层的铺设角度为0°算起，按照[0/90/+45/-45]4的铺层顺序，在金属芯模模具上铺放玻璃纤维/氰酸脂预浸料，预浸料每层厚度为0.1mm，一共铺设16层。S2、将金属芯模6和上模板、下模板1组装成一体，对上下模板进行加压，从而将预浸料预压实；S3、预压实后整体入炉固化成型；S4、待产品固化过程完毕后，依次安装摆杆4和转轴3，以转轴3为圆心转动摆杆4，从而脱去芯模6，最后得到复合材料中空曲管结构。
实施例4复合材料中空曲管的制备方法
S1、以第一层的铺设角度为0°算起，按照[0/90/+45/-45]4的铺层顺序，在金属芯模模具上铺放玻璃纤维/环氧树脂预浸料，预浸料每层厚度为0.1mm，一共铺设16层。S2、将金属芯模6和上模板、下模板1组装成一体，对上下模板进行加压，从而将预浸料预压实；S3、预压实后整体入炉固化成型；S4、待产品固化过程完毕后，依次安装摆杆4和转轴3，以转轴3为圆心转动摆杆4，从而脱去芯模6，最后得到复合材料中空曲管结构。
实施例5复合材料中空曲管的制备方法
S1、以第一层的铺设角度为0°算起，按照[0/90/+45/-45]4的铺层顺序，在金属芯模模具上铺放石英纤维/环氧树脂预浸料，预浸料每层厚度为0.1mm，一共铺设16层。S2、将金属芯模6和上模板、下模板1组装成一体，对上下模板进行加压，从而将预浸料预压实；S3、预压实后整体入炉固化成型；S4、待产品固化过程完毕后，依次安装摆杆4和转轴3，以转轴3为圆心转动摆杆4，从而脱去芯模6，最后得到复合材料中空曲管结构。
实施例6复合材料中空曲管的制备方法
S1、以第一层的铺设角度为0°算起，按照[0/90/+45/-45]4的铺层顺序，在金属芯模模具上铺放高硅氧/环氧树脂预浸料，预浸料每层厚度为0.1mm，一共铺设16层。S2、将金属芯模6和上模板、下模板1组装成一体，对上下模板进行加压，从而将预浸料预压实；S3、预压实后整体入炉固化成型；S4、待产品固化过程完毕后，依次安装摆杆4和转轴3，以转轴3为圆心转动摆杆4，从而脱去芯模6，最后得到复合材料中空曲管结构。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
Claims (10)
1.一种制作复合材料中空曲管的成型模具，其特征在于，包括：
模板(1)，所述模板包括：上模板和下模板，所述上模板和下模板上设有若干个相对应的圆弧形沟槽(2)，所述圆弧形的沟槽(2)与复合材料中空曲管(8)的曲率外径相等；
转轴(3)，所述转轴(3)可转动的设置在上模板和下模板的圆弧形的沟槽(2)的圆心位置；
摆杆(4)，所述摆杆(4)上设置有与转轴(3)相配合的第一固定孔；
芯模(6)，所述芯模(6)放置在圆弧形的沟槽(2)上，所述芯模(6)外径与复合材料中空曲管(8)的内径相等；
其中，所述芯模(6)的两端还设有第二固定孔(7)，所述摆杆(4)上设有固定轴(5)，所述固定轴(5)与第二固定孔(7)配合、并连接芯模(6)与摆杆(4)；
脱模时，所述摆杆(4)带动芯模(6)沿着沟槽(2)移动。
2.如权利要求1所述的一种制作复合材料中空曲管的成型模具，其特征在于，所述模板(1)、转轴(3)、摆杆(4)和芯模(6)均为金属材料。
3.如权利要求1所述的制作复合材料中空曲管成型模具模具制作的复合材料中空曲管，其特征在于，所述复合材料中空曲管(8)通过预浸料铺放工艺一体成型制得。
4.如权利要求3所述的复合材料中空曲管，其特征在于，所述预浸料的铺层顺序为[0/90/+45/-45]n，n为预浸料的铺放循环数量。
5.如权利要求3所述的复合材料中空曲管，其特征在于，所述预浸料的铺层角度为(02/±θ)n，45°≤θ≤90°；在单层0°方向热胀系数为α1，-1×10-6/K＜α1＜1×10-6/K；在单层90°方向热胀系数为α2，15×10-6/K＜α2＜35×10-6/K，K为温度常数。
6.如权利要求3所述的复合材料中空曲管，其特征在于，预浸料单层厚度为0.05mm--0.2mm。
7.如权利要求3所述的复合材料中空曲管，其特征在于，所述预浸料的纤维为碳纤维、玻璃纤维、石英纤维、高硅氧纤维。
8.如权利要求3所述的复合材料中空曲管，其特征在于，所述预浸料的树脂为氰酸脂树脂、环氧树脂、双马来酰胺树脂、聚酰亚胺树脂、邻苯二甲氰树脂。
9.如权利要求3所述的复合材料中空曲管，其特征在于，所述预浸料中，纤维的体积含量为60±3％。
10.权利要求3-9任何一项所述的复合材料中空曲管的制备方法，包括如下步骤：
S1、按照铺层顺序和铺层角度，在芯模(6)上铺放预浸料，将铺放好预浸料的芯模(6)放置沟槽(2)上；
S2、将上模板扣在下模板上，并要求上模板和下模板的沟槽(2)相对应，然后对上下模板施加压力，以此将预浸料预压实；
S3、预压实后整体入炉固化成型；
S4、待产品固化过程完毕后，并依次安装摆杆(4)和转轴(3)，以转轴(3)为圆心转动摆杆，使摆杆(4)带动芯模(6)，从而脱去芯模(6)，最后得到复合材料中空曲管结构。
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