CN112140434A - 一种泵用碳纤维复合材料泵体及叶轮一体成型的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种泵用碳纤维复合材料泵体及叶轮一体成型的制造方法。本发明方法，包括如下步骤：准备适宜规格的碳纤维材料；将环氧乙烯基树脂原料加入MgO，固化剂和低收缩剂、润湿分散剂，常温下搅拌2‑4小时，充分混合；将碳纤维材料与其混合。将模压机升温至预设温度，模具进行预热；将混合材料装入预热好的泵体模压模具或叶轮模压模具中后，合模；加压加温至预设温度后保持，冷却降温后脱模。本发明极大的降低了泵用碳纤维复合材料泵体及叶轮成型工艺的复杂程度，一体成型、无胶粘和螺栓紧固连接问题，增强了泵体及叶轮结构强度，避免出现结构强度低、承压变形、开裂、泄漏等问题，制造工艺简单、成本低，应用前景广泛。

Description

一种泵用碳纤维复合材料泵体及叶轮一体成型的制造方法
技术领域
本发明涉及一种泵用碳纤维复合材料泵体及叶轮一体成型的制造方法。
背景技术
泵是一种通用机械，种类多、应用广。目前舰船、高铁上使用的泵普遍采用金属材质，金属材质的泵存在振动大、噪音大、重量相对较重等问题。而舰船、高铁上用泵的要求是高强度、低振动、低噪音、重量越轻越好。
碳纤维复合材料泵恰好满足了高强度、低振动、低噪音、重量轻的要求。碳纤维复合材料泵的主要部件泵体和叶轮采用碳纤维复合材料，是提高强度、降低振动和噪音、减轻重量的关键部件。目前碳纤维复合材料泵体、叶轮是采用分体结构分别成型后，再采用胶粘和螺栓紧固的方式连接成为一体，造成制造工艺复杂、结构强度低、容易出现承压变形、开裂、泄漏等问题。
发明内容
根据上述提出的技术问题，而提供一种泵用碳纤维复合材料泵体及叶轮一体成型的制造方法。本发明采用的技术手段如下：
一种泵用碳纤维复合材料泵体及叶轮一体成型的制造方法，包括如下步骤：
步骤1、材料的配置与制作：
步骤11、准备适宜规格的碳纤维材料；
步骤12、将环氧乙烯基树脂原料加入1.2％-1.8％的MgO，加入0.95％-1.15％的固化剂，加入13％-17％的低收缩剂，加入0.1％-0.2％的润湿分散剂，常温下搅拌2-4小时，充分混合；
步骤13、将碳纤维材料与步骤12制备的环氧乙烯基树脂混合；
步骤2、通过模压机进行泵体和叶轮的制作，具体包括如下步骤：
步骤21、将模压机升温至预设温度，模具进行预热；
步骤22、将步骤13制得的混合材料装入预热好的泵体模压模具或叶轮模压模具中后，合模；
步骤23、加压至15-17Kg/cm2，压机热板温度逐渐升到165-170℃后保持温度；
步骤24、加压到28-30Kg/cm2，在压力28-30Kg/cm2、温度165-170℃条件下保持90-110分钟后，冷却降温，同时降压到6kg/cm2，待温度降至70摄氏度时，泄压脱模。
进一步地，所述润湿分散剂包括BYK-W 692。
进一步地，所述步骤11中，准备的碳纤维材料通过切丝机将其短切至20-25mm，同时，所述步骤13具体为：碳纤维短切丝与环氧乙烯基树脂配置液按55:45的比例混合，使用滚筒搅拌器，充分搅拌90-120分钟后，密封备用。
进一步地，所述步骤21中，模压机升温至125℃，模具预热到60-68℃，到达该温度的10分钟内进入步骤22，所述步骤23中，压机热板温度在14-15分钟内由125℃升到165-170℃，保持至少20分钟。
进一步地，所述步骤11中，准备的碳纤维材料规格为T300-T600，同时，所述步骤13具体为：将准备后的碳纤维织物在浸渍机上浸渍配置好的环氧乙烯基树脂，控制刮刀间隙，生产出树脂含量为48％的碳纤维织物料片卷，密封备用。
进一步地，所述步骤21中，模压机升温至90-105℃，模具预热到50-58℃，到达该温度的40分钟内将碳纤维铺层料片装入预热好的泵体模压模具中后，所述步骤23中，压机热板温度在14-15分钟内由125℃升到165-170℃，保持至少20分钟。
进一步地，所述步骤24中，泵体的脱模过程具体包括如下步骤：
将泵体入口侧的上部模具脱模；
将泵体连接法兰侧的下部模具脱模；
将泵体连接法兰侧的固定型芯脱模；
将泵体蜗壳内的活动型芯脱模；
将泵体蜗壳内上部的活动型芯脱模；
将泵体蜗壳内上部的活动型芯脱模；
将泵体蜗壳内的活动型芯脱模；
将泵体入口内的固定型芯脱模。
进一步地，所述步骤24中，叶轮的脱模过程具体包括如下步骤：
将叶轮前盖板侧的上部模具脱模；
将叶轮后盖板侧的下部模具脱模；
将叶轮入口处的活动型芯脱模；
将叶轮流道内的多个活动型芯逐个脱模。
进一步地，所述步骤24中，制件与模具的脱模角度在2.0-2.5度之间。
由于采用了上述技术方案，本发明提供的一种泵用碳纤维复合材料泵体及叶轮一体成型的制造方法，极大的降低了泵用碳纤维复合材料泵体及叶轮成型工艺的复杂程度，一体成型、无胶粘和螺栓紧固连接问题，增强了泵体及叶轮结构强度，避免出现结构强度低、承压变形、开裂、泄漏等问题。使用该方法生产制造的碳纤维聚醚醚酮复合材料泵体及叶轮的耐温不变形温度最高可达121℃，适用舰船和高铁用泵的常温运行工况，制造工艺简单、成本低，应用前景广泛。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明泵体注塑成型示意图；
图2为本发明叶轮注塑成型示意图；
图中：1、上部模具；2、下部模具；3、固定型芯；4、固定型芯；5、活动型芯；6、活动型芯；7、活动型芯；8、活动型芯；9、上部模具；10、叶轮前盖板；11、活动型芯；12、活动型芯；13、叶轮后盖板；14、下部模具
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、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。
本实施例公开了一种泵用碳纤维复合材料泵体及叶轮一体成型的制造方法，具体方案是：使用模压一体成型技术，实现碳纤维SMC复合材料模压泵体及叶轮一体成型，或碳纤维铺层复合材料模压泵体及叶轮一体成型。泵体及叶轮模压一体成型技术是通过独有的活动型芯设计、脱模参数、材料配置参数等，实现了碳纤维复合材料泵体及叶轮的模压一体成型。
实施例1
碳纤维环氧乙烯基树脂复合材料SMC泵体模压一体成型
步骤1、模压材料SMC的配置与制作：选用材质为碳纤维短切丝和环氧乙烯基树脂。
1)碳纤维短丝的制备：使用切丝机将碳纤维散丝短切至20-25mm长度备用。
2)环氧乙烯基树脂配置：使用MFE-752环氧乙烯基树脂，加入1.2％-1.8％的MgO，加入0.95％-1.15％的固化剂，加入13％-17％的低收缩剂，加入0.1％-0.2％的BYK-W 692，常温下搅拌2-4小时，充分混合。
3)配置SMC材料：碳纤维短切丝与环氧乙烯基树脂配置液按55:45的比例混合，使用滚筒搅拌器，充分搅拌90-120分钟后，密封备用。
步骤2、泵体模压成型：
1)加热：模压机升温至125℃。模具预热到60-68℃。
2)装载SMC材料：10分钟内，将SMC材料装入预热好的泵体模压模具中后，合模。
3)加压升温：加压至15-17Kg/cm2，压机热板温度在14-15分钟内由125℃升到165-170℃。
4)固化反应：压机热板温度到达165℃后，保持20分钟，再加压到28-30Kg/cm2，在压力28-30Kg/cm2、温度165-170℃条件下保持90-110分钟后，冷却降温，同时降压到6kg/cm2，待温度降至70摄氏度时，泄压脱模。
如图1所示，泵体一体成型件脱模，具体包括如下步骤：
1)将泵体入口侧的上部模具1脱模。
2)将泵体连接法兰侧的下部模具2脱模。
3)将泵体连接法兰侧的固定型芯4脱模。
4)将泵体蜗壳内的活动型芯6脱模。
5)将泵体蜗壳内上部连接法兰侧的活动型芯8脱模。
6)将泵体蜗壳内上部入口侧的活动型芯7脱模。
7)将泵体蜗壳内的活动型芯5脱模。
8)将泵体入口内的固定型芯3脱模。
9)脱模角度：制件与模具的脱模角度在2.0-2.5度之间，保证了顺利脱模。
后续还需要加工处理，脱模后制件按图纸要求加工法兰、止口。
实施例2
碳纤维环氧乙烯基树脂复合材料纤维铺层泵体模压一体成型
步骤1、模压材料碳纤维铺层的配置与制作：选用材质为碳纤维短切丝和环氧乙烯基树脂。
1)碳纤维织物的制备：准备T300-T600的碳纤维织物备用。
2)环氧乙烯基树脂配置：使用MFE-752环氧乙烯基树脂，加入1.2％-1.8％的MgO，加入0.95％-1.15％的固化剂，加入13％-17％的低收缩剂，加入0.1％-0.2％的BYK-W 692，常温下搅拌2-4小时，充分混合。
3)制作织物料片材料：将准备后的碳纤维织物在浸渍机上浸渍配置好的环氧乙烯基树脂，控制刮刀间隙，生产出树脂含量为48％的碳纤维织物料片卷，密封备用。
步骤2、泵体模压成型：
1)加热：模压机升温至90-105℃。模具预热到50-58℃。
2)装载碳纤维铺层料片：40分钟内，将碳纤维铺层料片装入预热好的泵体模压模具中后，合模。
3)加压升温：加压至15-17Kg/cm2，压机热板温度在14-15分钟内由125℃升到165-170℃。
4)固化反应：压机热板温度到达165℃后，保持20分钟，再加压到28-30Kg/cm2，在压力28-30Kg/cm2、温度165-170℃条件下保持90-110分钟后，冷却降温，同时降压到6kg/cm2，待温度降至70摄氏度时，泄压脱模。
如图1所示，泵体一体成型件脱模：
1)将泵体入口侧的上部模具1脱模。
2)将泵体连接法兰侧的下部模具2脱模。
3)将泵体连接法兰侧的固定型芯4脱模。
4)将泵体蜗壳内的活动型芯6脱模。
5)将泵体蜗壳内上部连接法兰侧的活动型芯8脱模。
6)将泵体蜗壳内上部入口侧的活动型芯7脱模。
7)将泵体蜗壳内的活动型芯5脱模。
8)将泵体入口内的固定型芯3脱模。
9)脱模角度：制件与模具的脱模角度在2.0-2.5度之间，保证了顺利脱模。
后续还需要加工处理，脱模后制件按图纸要求加工法兰、止口。
实施例3
碳纤维环氧乙烯基树脂复合材料SMC叶轮模压一体成型
步骤1、模压材料SMC的配置与制作：选用材质为碳纤维短切丝和环氧乙烯基树脂。
1)碳纤维短丝的制备：使用切丝机将碳纤维散丝短切至20-25mm长度备用。
2)环氧乙烯基树脂配置：使用MFE-752环氧乙烯基树脂，加入1.2％-1.8％的MgO，加入0.95％-1.15％的固化剂，加入13％-17％的低收缩剂，加入0.1％-0.2％的BYK-W 692，常温下搅拌2-4小时，充分混合。
3)配置SMC材料：碳纤维短切丝与环氧乙烯基树脂配置液按55:45的比例混合，使用滚筒搅拌器，充分搅拌90-120分钟后，密封备用。
步骤2、叶轮模压成型：
1)加热：模压机升温至125℃。模具预热到60-68℃。
2)装载SMC材料：10分钟内，将SMC材料装入预热好的叶轮模压模具中后，合模。
3)加压升温：加压至15-17Kg/cm2，压机热板温度在14-15分钟内由125℃升到165-170℃。
4)固化反应：压机热板温度到达165℃后，保持20分钟，再加压到28-30Kg/cm2,在压力28-30Kg/cm2、温度165-170℃条件下保持90-110分钟后，冷却降温，同时降压到6kg/cm2，待温度降至70摄氏度时，泄压脱模。
如图2所示，叶轮一体成型件脱模：具体包括如下步骤：
1)将叶轮前盖板侧的上部模具9脱模。
2)将叶轮后盖板侧的下部模具14脱模。
3)将叶轮入口处的活动型芯12脱模。
4)将叶轮流道内的多个活动型芯11逐个脱模。
5)脱模角度：制件与模具的脱模角度在2.0-2.5度之间，保证了顺利脱模。
后续还需要加工处理，脱模后制件按图纸要求加工叶轮盖板、口环、轴套。
实施例4
碳纤维环氧乙烯基树脂复合材料纤维铺层叶轮模压一体成型
步骤1、模压材料碳纤维铺层的配置与制作：碳纤维织物+环氧乙烯基树脂
1)碳纤维织物的制备：准备T300-T600的碳纤维织物备用。
2)环氧乙烯基树脂配置：使用MFE-752环氧乙烯基树脂，加入1.2％-1.8％的MgO，加入0.95％-1.15％的固化剂，加入13％-17％的低收缩剂，加入0.1％-0.2％的BYK-W 692，常温下搅拌2-4小时，充分混合。
3)制作织物料片材料：将准备后的碳纤维织物在浸渍机上浸渍配置好的环氧乙烯基树脂，控制刮刀间隙，生产出树脂含量为48％的碳纤维织物料片卷，密封备用。
步骤2、叶轮模压成型：
1)加热：模压机升温至90-105℃。模具预热到50-58℃。
2)装载碳纤维铺层料片：40分钟内，将碳纤维铺层料片装入预热好的泵体模压模具中后，合模。
3)加压升温：加压至15-17Kg/cm2，压机热板温度在14-15分钟内由125℃升到165-170℃。
4)固化反应：压机热板温度到达165℃后，保持20分钟，再加压到28-30Kg/cm2,在压力28-30Kg/cm2、温度165-170℃条件下保持90-110分钟后，冷却降温，同时降压到6kg/cm2，待温度降至70摄氏度时，泄压脱模。
如图2所示，叶轮一体成型件脱模，具体包括如下步骤：
1)将叶轮前盖板侧的上部模具9脱模。
2)将叶轮后盖板侧的下部模具14脱模。
3)将叶轮入口处的活动型芯12脱模。
4)将叶轮流道内的多个活动型芯11逐个脱模。
5)脱模角度：制件与模具的脱模角度在2.0-2.5度之间，保证了顺利脱模。
后续还需要加工处理，脱模后制件按图纸要求加工叶轮盖板、口环、轴套。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各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，或者对其中部分或者全部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范围。

Claims (9)

1.一种泵用碳纤维复合材料泵体及叶轮一体成型的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1、材料的配置与制作：
步骤11、准备适宜规格的碳纤维材料；
步骤12、将环氧乙烯基树脂原料加入1.2％-1.8％的MgO，加入0.95％-1.15％的固化剂，加入13％-17％的低收缩剂，加入0.1％-0.2％的润湿分散剂，常温下搅拌2-4小时，充分混合；
步骤13、将碳纤维材料与步骤12制备的环氧乙烯基树脂混合；
步骤2、通过模压机进行泵体和叶轮的制作，具体包括如下步骤：
步骤21、将模压机升温至预设温度，模具进行预热；
步骤22、将步骤13制得的混合材料装入预热好的泵体模压模具或叶轮模压模具中后，合模；
步骤23、加压至15-17Kg/cm2，压机热板温度逐渐升到165-170℃后保持温度；
步骤24、加压到28-30Kg/cm2，在压力28-30Kg/cm2、温度165-170℃条件下保持90-110分钟后，冷却降温，同时降压到6kg/cm2，待温度降至70摄氏度时，泄压脱模。
2.根据权利要求1所述的泵用碳纤维复合材料泵体及叶轮一体成型的制造方法，其特征在于，所述润湿分散剂包括BYK-W 692。
3.根据权利要求1所述的泵用碳纤维复合材料泵体及叶轮一体成型的制造方法，所述步骤11中，准备的碳纤维材料通过切丝机将其短切至20-25mm，同时，所述步骤13具体为：碳纤维短切丝与环氧乙烯基树脂配置液按55:45的比例混合，使用滚筒搅拌器，充分搅拌90-120分钟后，密封备用。
4.根据权利要求3所述的泵用碳纤维复合材料泵体及叶轮一体成型的制造方法，所述步骤21中，模压机升温至125℃，模具预热到60-68℃，到达该温度的10分钟内进入步骤22，所述步骤23中，压机热板温度在14-15分钟内由125℃升到165-170℃，保持至少20分钟。
5.根据权利要求1所述的泵用碳纤维复合材料泵体及叶轮一体成型的制造方法，所述步骤11中，准备的碳纤维材料规格为T300-T600，同时，所述步骤13具体为：将准备后的碳纤维织物在浸渍机上浸渍配置好的环氧乙烯基树脂，控制刮刀间隙，生产出树脂含量为48％的碳纤维织物料片卷，密封备用。
6.根据权利要求5所述的泵用碳纤维复合材料泵体及叶轮一体成型的制造方法，所述步骤21中，模压机升温至90-105℃，模具预热到50-58℃，到达该温度的40分钟内将碳纤维铺层料片装入预热好的泵体模压模具中后，所述步骤23中，压机热板温度在14-15分钟内由125℃升到165-170℃，保持至少20分钟。
7.根据权利要求1～6任一项所述的泵用碳纤维复合材料泵体及叶轮一体成型的制造方法，所述步骤24中，泵体的脱模过程具体包括如下步骤：
将泵体入口侧的上部模具脱模；
将泵体连接法兰侧的下部模具脱模；
将泵体连接法兰侧的固定型芯脱模；
将泵体蜗壳内的活动型芯脱模；
将泵体蜗壳内上部的活动型芯脱模；
将泵体蜗壳内上部的活动型芯脱模；
将泵体蜗壳内的活动型芯脱模；
将泵体入口内的固定型芯脱模。
8.根据权利要求1～6任一项所述的泵用碳纤维复合材料泵体及叶轮一体成型的制造方法，所述步骤24中，叶轮的脱模过程具体包括如下步骤：
将叶轮前盖板侧的上部模具脱模；
将叶轮后盖板侧的下部模具脱模；
将叶轮入口处的活动型芯脱模；
将叶轮流道内的多个活动型芯逐个脱模。
9.根据权利要求1～6任一项所述的泵用碳纤维复合材料泵体及叶轮一体成型的制造方法，所述步骤24中，制件与模具的脱模角度在2.0-2.5度之间。
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