CN112223778A - 一种制备复合材料缠绕板材的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种制备复合材料缠绕板材的方法，属于复合材料成型及测试技术领域，避免采用层合板替代引起误差，而且能够降低成本。本发明包括：安装芯模‑铺附薄膜‑湿法缠绕纤维‑裁切‑旋转固化。本发明制备方法与气瓶缠绕工艺过程一致，避免采用预浸料等原材料，材料方便获得，且成本低；本发明采用缠绕工艺加工样件，保留了缠绕工艺特点对复合材料性能的影响，避免采用层合板替代引起误差；采用了旋转固化，保证树脂中夹杂的气泡能够方便排出，避免了使用真空袋、高压罐等特殊设备，使得制作成本低。

Description

一种制备复合材料缠绕板材的方法
技术领域
本发明属于复合材料成型及测试技术领域，尤其涉及一种制备复合材料缠绕板材的方法。
背景技术
复合材料气瓶在航空航天和新能源汽车领域内运用越来越广泛，对于复合材料气瓶而言，都是通过纤维缠绕成型外部复合材料层，由于复合材料是通过缠绕成型的，目前，气瓶复合材料的强度仿真参数都是采用层合板代替缠绕板材力学性能，因此力学性能的测试成为一个重要问题，而力学性能测试的前提是复合材料样件的制备。
复合材料板材整体结构形式可以分为三种，一种是层合板，层合板的制备是将纤维加工成预浸料，通过对预浸料的铺放，型成不同角度的层合板，之后采用热压罐或是真空袋等复合材料加工工艺固化成型，在固化之后却出进行裁切，完成样条制作，此方法的缺点在于纤维首先需要加工成预浸料，这个过程非常复杂，且成本很高；第二种是编织板材，即纤维经过编织工艺，形成编织物，之后浸润树脂，采用真空袋等工艺固化成为缠绕板材，其特点是纤维束之间相互交叠，层与层之间牢不可分；第三种是缠绕板材，缠绕板材的特点是纤维束交叠的程度介于层合板和编织板之间，其力学性能也与前两者有所差别，编织板的力学性能与层合板性能相差很大，尤其在剪切方向上，所以一般不会采用编织板材力学性能代替缠绕板材。
发明内容
本发明提供了一种制备复合材料缠绕板材的方法，避免采用层合板替代引起误差，而且能够降低成本。
为实现以上目的，本发明采用以下技术方案：
一种制备复合材料缠绕板材的方法，包括以下步骤：
步骤S1：在缠绕机上安装缠绕用芯模，为纤维提供一个支撑；
步骤S2：在芯模外表面铺上塑料薄膜，用于隔离纤维与芯模，便于脱模；
步骤S3：湿法缠绕纤维，缠绕纤维至塑料薄膜表面，按照设置的角度进行螺旋缠绕，缠绕过程由数控程序控制；
步骤S4：脱模：在树脂没有凝胶，气泡已经排完时，由于螺旋缠绕时候，有纤维已经处于封头位置，将处于封头位置的纤维沿着轴线方向剪开，此时连同之前的塑料薄膜一同取出，以保证纤维角度不发生错乱；
步骤S5：采用平板工装，将缠绕好的纤维从筒体内部撑开，采用调节螺栓固定平面调节板，保证纤维平直使纤维处于绷直状态，并采用上下两块盖板将纤维盖住，保证纤维不发生错乱；
步骤S6: 完全固化：对平板工装进行旋转加热排泡，加热的时间和温度根据固化制度设定，此时的目的在于加热让树脂粘度下降，采用旋转样件的方式，让气泡从复合材料内部溢出，并在外部聚拢，最终破裂，直到完全成型后，将板材从平板工装上脱模取出。
以上所述步骤中，步骤S3所述的角度为10度-80度。
有益效果：本发明提供了一种制备复合材料缠绕板材的方法，具体过程为安装芯模-铺附薄膜-湿法缠绕纤维-裁切-旋转固化；本发明制备方法与气瓶缠绕工艺过程一致，避免采用预浸料等原材料，材料方便获得，且成本低；本发明采用缠绕工艺加工样件，保留了缠绕工艺特点对复合材料性能的影响，避免采用层合板替代引起误差；采用了旋转固化，保证树脂中夹杂的气泡能够方便排出，避免了使用真空袋、高压罐等特殊设备，使得制作成本低，而且由于旋转固化的特点，便于树脂流动，多余树脂会沿样件边界流下，方便控制树脂含量，避免了采用真空袋等方法多余树脂无法流出，造成树脂含量不固定的缺点。本发明工艺过程简便，易实现，采用湿法缠绕工艺即可实现，避免了将原材料加工成预浸料增加成本，并且直接采用缠绕工艺制样，避免了采用层合板材料性能代替缠绕板性能。
附图说明
图1为本发明实施例中缠绕机上安装芯模示意图；
图2为本发明实施例中芯模外表面铺设塑料薄膜示意图；
图3为本发明实施例中湿法缠绕纤维示意图；
图4为本发明实施例中脱模示意图；
图5为本发明实施例中平板工装示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明：
一种制备复合材料缠绕板材的方法，包括以下步骤：
步骤S1：如图1所示，在缠绕机上安装缠绕用芯模，芯模两端有内螺纹孔，两端螺纹孔分别连接有转接轴，将一端的转接轴安装在缠绕机的卡盘中，将另一端转接轴采用缠绕机尾部顶针顶紧，固定好芯模，为纤维提供一个支撑；
步骤S2：如图2所示，在芯模外表面铺上塑料薄膜，将塑料薄膜裁成可以包裹芯模的尺寸，覆盖芯模表面，用于隔离纤维与芯模，便于脱模，将塑料薄膜的自由边采用胶布粘贴牢固，防止缠绕过程中出现薄膜串动，引起纤维位置不准确，对制样结果造成影响；
步骤S3：湿法缠绕纤维，缠绕纤维至塑料薄膜表面，如图3所示，如果需要角度30°铺层的纤维复合材料，就在缠绕软件（cadwind软件）上设定好角度，设定好角度后缠绕软件会自动生成工缠绕机使用的数控代码，将代码导入缠绕机中，缠绕机缠绕速度设定在0.8-1.0m/s，保证纤维能够被树脂完全浸润，缠绕张力设定在25-50N，保证纤维在缠绕机运动过程中一致处于张紧状态按照规定角度缠绕，设定好角度后开始缠绕，缠绕机床由数控代码控制，可以采用缠绕机所自带的软件进行编程，例如cadwind软件；
步骤S4：脱模：如图4所示，将样件放进固化炉中进行预固化，时间大约一小时，温度在80℃左右，让树脂在该温度下粘度变小，但是没有凝胶，让气泡充分排出。待时间到达1小时后，将样件从固化炉中取出，由于螺旋缠绕时候，有纤维已经处于封头位置，将处于封头位置的纤维沿着轴线方向剪开，一直剪到封头赤道位置，保证后期脱模不干涉。此时连同之前的塑料薄膜一同取出，以保证纤维角度不发生错乱；；
步骤S5：采用如图5所示的平板工装，将缠绕好的纤维从筒体内部撑开，平板工装有两部分，一部分是较大的平板，一部分是较小的支撑板，两个板共同支撑纤维复合材料，并可以通过调节螺栓调节两板之间的距离，保证纤维平直使平板工装处于绷直状态，并采用上下两块盖板将纤维盖住，保证纤维不发生错乱，且保证制样的表面质量；
步骤S6: 完全固化:将平板工装架设在固化炉中，进行旋转加热排泡，温度设置为120℃，固化时间设置为2个小时，此时的目的在于加热制件让树脂固化，固化结束后，将板材从平板工装上脱模取出，按照测试标准要求，裁切成样条用于测试。
以上所述仅为本发明的优选实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种制备复合材料缠绕板材的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1：在缠绕机上安装缠绕用芯模；
步骤S2：在所述芯模外表面铺上塑料薄膜；
步骤S3：采用湿法缠绕法缠绕纤维至所述塑料薄膜表面，按照设置的角度进行螺旋缠绕，缠绕过程由数控程序控制；
步骤S4：固化过程中在树脂没有凝胶，气泡已经排完时将处于封头位置的纤维沿着轴线方向剪开，连同所述塑料薄膜一同取出；
步骤S5：采用平板工装，将缠绕好的纤维从内部撑开；
步骤S6: 完全固化：对平板工装进行加热排泡，加热的时间和温度根据固化制度设定，至气泡完全排出，板材完全成型后，将板材从平板工装上脱模取出。
2.根据权利要求1所述的制备复合材料缠绕板材的方法，其特征在于，步骤S3所述的角度为10度-80度。
3.根据权利要求1所述的制备复合材料缠绕板材的方法，其特征在于，步骤S5中采用调节螺栓固定平板工装中的平面调节板，保证纤维平直使纤维处于绷直状态。
4.根据权利要求1或3所述的制备复合材料缠绕板材的方法，其特征在于，步骤S5中采用上下两块盖板将纤维盖住，保证纤维不发生错乱。
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