CN112743875B - 一种复合材料工件成型方法和复合材料工件 - Google Patents

Abstract

本发明属于复合材料工件成型制造技术领域，公开一种复合材料工件成型方法和复合材料工件，该方法包括：S100、将复合材料包覆于气袋的外周，在复合材料和气袋放入模具后将模具放置于相邻的栈板之间；S200、加热系统将加热介质输送至各个栈板内；S300、风压系统将压缩气体输送至气袋内，使受热时的气袋内的压强在第一预设时间节点后提升至第一预设压强值并保持至第二预设时间节点，再使受热时的气袋内的压强在第二预设时间节点后提升至第二预设压强值并保持至第三预设时间节点，关闭加热系统；S400、冷却系统将冷却介质输送至各个栈板内。本发明的方法使模具受热均匀或冷却均匀，调整复合材料的受热温度，提高成型质量。

Description

一种复合材料工件成型方法和复合材料工件

技术领域

本发明涉及复合材料工件成型制造技术领域，尤其涉及一种复合材料工件成型方法和复合材料工件。

背景技术

复合材料是指由两种或两种以上不同物质以不同方式组合而成的材料，复合材料可以发挥各种材料的优点，克服单一材料的缺陷，扩大材料的应用范围。由于复合材料具有重量轻、强度高、耐化学腐蚀等特点，广泛应用于航天航空、汽车、电子电气、健身器材等领域。现有的复合材料包括玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维等。

现有的复合材料工件成型制造工艺复杂，且由于模具在加热和冷却过程中，加热不均匀或者冷却不均匀，导致模具内的复合材料固化异常，成品率低。

发明内容

本发明的一个目的在于：提供一种复合材料工件成型方法，保证模具加热均匀或冷却均匀，提高复合材料工件的成品率。

为达上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种复合材料工件成型方法，所述方法包括如下步骤：

S100、将复合材料包覆于气袋的外周，在复合材料和气袋放入模具后将所述模具放置于相邻的栈板之间；

S200、加热系统将加热介质输送至各个所述栈板内；

S300、风压系统将压缩气体输送至所述气袋内，使受热时的所述气袋内的压强在第一预设时间节点后提升至第一预设压强值并保持所述第一预设压强值至第二预设时间节点，再使受热时的所述气袋内的压强在所述第二预设时间节点后提升至第二预设压强值并保持所述第二预设压强值至第三预设时间节点，关闭所述加热系统；

S400、冷却系统将冷却介质输送至各个所述栈板内，用以降低所述栈板的温度。

作为一种可选的技术方案，各个所述栈板的输入端均设置有电子比例阀，所述加热系统分别连接所述栈板的输入端，所述电子比例阀用于调节输入所述栈板内的加热介质的流量。

作为一种可选的技术方案，所述步骤S300具体为：所述风压系统将压缩气体输送至所述气袋内，使受热时的所述气袋内的压强在输送压缩气体第十分钟后提升至150PSI并保持该压强至第十二分钟，再使受热时的所述气袋内的压强在第十二分钟后提升至200PSI并保持该压强至第四十分钟，在第四十分钟后关闭所述加热系统。

作为一种可选的技术方案，在所述气袋内的压强提升至150PSI之前，还包括如下步骤S301：所述风压系统在输送压缩气体至受热的所述气袋内第一分钟后，将所述气袋内的压强提升至30PSI并保持该压强至第三分钟，所述风压系统在输送压缩气体至受热的所述气袋内第三分钟后，将所述气袋内的压强提升至60PSI并保持该压强至第五分钟，所述风压系统在输送压缩气体至受热的所述气袋内第五分钟后，将所述气袋内的压强提升至100PSI。

作为一种可选的技术方案，所述步骤：所述风压系统在输送压缩气体至受热的所述气袋内第五分钟后，将所述气袋内的压强提升至100PSI，具体为：所述风压系统在输送压缩气体至受热的所述气袋内的第五分钟后至第十分钟前，所述气袋内的压强在0PSI与100PSI之间切换变化若干次。

作为一种可选的技术方案，所述风压系统与所述栈板之间还设置有通风管道，各个所述栈板的输出端均设置有阀门，所述栈板的输出端连接有加热介质回收装置，在所述步骤S400之前，还包括步骤：所述风压系统将所述加热系统提供的所述加热介质输送至所述加热介质回收装置中，所述风压系统输送的风对所述栈板进行第一次降温。

作为一种可选的技术方案，所述栈板的输出端还连接有冷却介质回收装置，所述冷却介质回收装置设置为两个，所述阀门在连通所述加热介质回收装置和所述栈板与连通所述冷却介质回收装置和所述栈板之间切换，所述冷却介质包括第三预设温度的水和第四预设温度的水，所述第三预设温度大于所述第四预设温度。

作为一种可选的技术方案，所述步骤S400具体为：所述冷却系统将所述第三预设温度的水输送至各个所述栈板内，对所述栈板进行第二次降温，在若干分钟后，所述第三预设温度的水停止输送，所述冷却系统将所述第四预设温度的水输送至各个所述栈板内，对所述栈板进行第三次降温。

作为一种可选的技术方案，每个所述栈板内均设置有温度探头，所述温度探头用于检测所述栈板内的温度。

本发明的另一个目的在于：提供一种复合材料工件，由上述的复合材料工件成型方法制得，保证该复合材料工件的成品率。

为达上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种复合材料工件，所述复合材料工件由上述的复合材料工件成型方法制得。

本发明的有益效果在于：

本发明提供一种复合材料工件成型方法和复合材料工件，所述复合材料工件由所述复合材料工件成型方法制得，所述复合材料工件成型方法为将复合材料包覆于气袋的外周，在复合材料和气袋放入模具后将所述模具放置于相邻的栈板之间，并采用加热系统将加热介质输送至各个所述栈板内，以使得模具受热均匀，从而保证复合材料受热均匀；风压系统将气袋内的压强提升至第一预设压强值时，气袋内的温度提升至第一预设温度，风压系统将气袋内的压强提升至第二预设压强值时，气袋内的温度提升至第二预设温度，分别两次提升气袋内的压强和温度，能够提高复合材料受到的压力，减少复合材料工件成型时产生的内应力，在所述第一预设温度时，树脂的粘度最低，使得树脂能够充分浸润纤维，排出气体，提高复合材料工件的成型质量。

附图说明

下面根据附图和实施例对本发明作进一步详细说明；

图1为本发明复合材料工件成型方法的流程图；

图2为实施本发明复合材料工件成型方法的设备布置图。

图2中：

1、栈板；2、加热系统；3、风压系统；4、冷却系统；5、电子比例阀；6、阀门；7、加热介质回收装置；8、冷却介质回收装置。

具体实施方式

为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面将结合附图对本发明实施例的技术方案作进一步的详细描述，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，本领域技术人员在没有作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。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

如图1和图2所示，本实施例提供一种复合材料工件成型方法和复合材料工件，该复合材料工件由该复合材料工件成型方法制得，该方法包括如下步骤：

S100、将复合材料包覆于气袋的外周，在复合材料和气袋放入模具后将模具放置于相邻的栈板1之间；

S200、加热系统2将加热介质输送至各个栈板1内；

S300、风压系统3将压缩气体输送至气袋内，使受热时的气袋内的压强在第一预设时间节点后提升至第一预设压强值并保持第一预设压强值至第二预设时间节点，再使受热时的气袋内的压强在第二预设时间节点后提升至第二预设压强值并保持第二预设压强值至第三预设时间节点，关闭加热系统2；

S400、冷却系统4将冷却介质输送至各个栈板1内，用以降低栈板1的温度。冷却系统4用于降低栈板1的温度，进而降低模具内复合材料工件的温度。

复合材料工件由复合材料固化成型所得，复合材料包括树脂和纤维，由实验可知，树脂在115℃至125℃之间时，粘度最低；由水蒸气的物理性质可知，在临界温度以内，压强越高，物体的温度就越高；栈板1和模具为铁合金材质，铁合金材质热胀冷缩，温度的急剧变化能够导致栈板1和模具开裂。

具体的，加热介质为水蒸气，栈板1内设置有管道，将模具放置于相邻的栈板1之间，并采用加热系统2将水蒸气输送至各个栈板1内，栈板1将热量传递至模具，以使得模具受热均匀，从而保证复合材料受热均匀；风压系统3将气袋内的压强提升至第一预设压强值时，气袋内的温度提升至第一预设温度，风压系统3将气袋内的压强提升至第二预设压强值时，气袋内的温度提升至第二预设温度，两次提升栈板1内的压强和温度，能够提高复合材料受到的压力，减少复合材料工件成型时产生的内应力，在第一预设温度时，树脂的粘度最低，使得树脂能够充分浸润纤维，排出气泡，提高复合材料工件的成型质量。在本实施例中，第一预设压强值为150PSI，第二预设压强值为200PSI，PSI为镑力每平方英寸，第一预设温度为115℃至125℃，第二预设温度为145℃至155℃。

在一些实施例中，各个栈板1的输入端均设置有电子比例阀5，加热系统2分别连接栈板1的输入端，电子比例阀5用于调节输入栈板1内的加热介质的流量。加热系统2与各个栈板1之间的连接长度不同，加热系统2输送至各个栈板1的加热介质的流量不同，为了保证相邻两个栈板1的温度差在允许范围内，通过电子比例阀5控制各个栈板1的加热介质的流量，能够保证模具受热均匀。

在本实施例中，步骤S300具体为：风压系统3将压缩气体输送至各个气袋内，使受热时的气袋内的压强在输送压缩气体第十分钟后提升至150PSI并保持该压强至第十二分钟，再使受热时的气袋内的压强在第十二分钟后提升至200PSI并保持该压强至第四十分钟，在第四十分钟后关闭加热系统2。风压系统3使水蒸气在栈板1流动，保证模具持续受热，使复合材料在150PSI的压强下受热两分钟，保证树脂能够充分浸润纤维，排出气体，使复合材料在200PSI的压强下受热二十八分钟，保证复合材料充分热熔，树脂充分反应固化。

在本实施例中，在气袋内的压强提升至150PSI之前，还包括如下步骤S301：风压系统3在输送压缩气体至受热的气袋第一分钟后，将气袋内的压强提升至30PSI并保持该压强至第三分钟，风压系统3在输送压缩气体至受热的气袋第三分钟后，将气袋内的压强提升至60PSI并保持该压强至第五分钟，风压系统3在输送压缩气体至受热的气袋第五分钟后且在第十分钟前，气袋内的压强在0PSI与100PSI之间切换变化九次。将气袋内的压强逐步提高，缓和树脂的升温速率，保证复合材料工件的成品率。气袋内的压强在0PSI与100PSI之间切换变化，树脂的粘度不断变化，纤维被压实，复合材料工件的孔隙率下降，成品率得到提高。

在本实施例中，风压系统3与栈板1之间还设置有通风管道，各个栈板1的输出端均设置有阀门6，栈板1的输出端连接有加热介质回收装置7，在步骤S400之前，还包括步骤：风压系统3将加热系统2提供的加热介质输送至加热介质回收装置7中，风压系统3输送的压缩气体对栈板1进行第一次降温。通过风压系统3输送的压缩气体对栈板1进行第一次降温，避免栈板1和模具因温度急速下降而导致开裂。

在本实施例中，栈板1的输出端还连接有冷却介质回收装置8，冷却介质回收装置8设置为两个，阀门6在连通加热介质回收装置7和栈板1与连通冷却介质回收装置8和栈板1之间切换，冷却介质包括第三预设温度的水和第四预设温度的水，第三预设温度大于第四预设温度，第三预设温度为20至30℃，第四预设温度为4至8℃。

在本实施例中，步骤S400具体为：冷却系统4将第三预设温度的水输送至各个栈板1内，对栈板1进行第二次降温，在一分钟后，冷却系统4将第四预设温度的水输送至各个栈板1内，对栈板1进行第三次降温，在保证栈板1和模具不开裂的情况下，提高模具的冷却速度，保证生产效率。

在本实施例中，每个栈板1内均设置有温度探头，温度探头用于检测栈板1内的温度。

于本文的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”，仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。

在本说明书的描述中，参考术语“一实施例”、“示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。

此外，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (7)

1.一种复合材料工件成型方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

S100、将复合材料包覆于气袋的外周，在复合材料和气袋放入模具后将所述模具放置于相邻的栈板之间；

S200、加热系统将加热介质输送至各个所述栈板内；

S300、风压系统将压缩气体输送至所述气袋内，使受热时的所述气袋内的压强在第一预设时间节点后提升至第一预设压强值并保持所述第一预设压强值至第二预设时间节点，再使受热时的所述气袋内的压强在所述第二预设时间节点后提升至第二预设压强值并保持所述第二预设压强值至第三预设时间节点，关闭所述加热系统；

S400、冷却系统将冷却介质输送至各个所述栈板内，用以降低所述栈板的温度；

各个所述栈板的输入端均设置有电子比例阀，所述加热系统分别连接所述栈板的输入端，所述电子比例阀用于调节输入所述栈板内的加热介质的流量；

所述风压系统与所述栈板之间还设置有通风管道，各个所述栈板的输出端均设置有阀门，所述栈板的输出端连接有加热介质回收装置，在所述步骤S400之前，还包括步骤：所述风压系统将所述加热系统提供的所述加热介质输送至所述加热介质回收装置中，所述风压系统输送的风对所述栈板进行第一次降温；

所述栈板的输出端还连接有冷却介质回收装置，所述冷却介质回收装置设置为两个，所述阀门在连通所述加热介质回收装置和所述栈板与连通所述冷却介质回收装置和所述栈板之间切换，所述冷却介质包括第三预设温度的水和第四预设温度的水，所述第三预设温度大于所述第四预设温度。

2.根据权利要求1所述的复合材料工件成型方法，其特征在于，所述步骤S300具体为：所述风压系统将压缩气体输送至所述气袋内，使受热时的所述气袋内的压强在输送压缩气体第十分钟后提升至150PSI并保持该压强至第十二分钟，再使受热时的所述气袋内的压强在第十二分钟后提升至200PSI并保持该压强至第四十分钟，在第四十分钟后关闭所述加热系统。

3.根据权利要求2所述的复合材料工件成型方法，其特征在于，在所述气袋内的压强提升至150PSI之前，还包括如下步骤S301：所述风压系统在输送压缩气体至受热的所述气袋内第一分钟后，将所述气袋内的压强提升至30PSI并保持该压强至第三分钟，所述风压系统在输送压缩气体至受热的所述气袋内第三分钟后，将所述气袋内的压强提升至60PSI并保持该压强至第五分钟，所述风压系统在输送压缩气体至受热的所述气袋内第五分钟后，将所述气袋内的压强提升至100PSI。

4.根据权利要求3所述的复合材料工件成型方法，其特征在于，所述步骤：所述风压系统在输送压缩气体至受热的所述气袋内第五分钟后，将所述气袋内的压强提升至100PSI，具体为：所述风压系统在输送压缩气体至受热的所述气袋内的第五分钟后至第十分钟前，所述气袋内的压强在0PSI与100PSI之间切换变化若干次。

5.根据权利要求1所述的复合材料工件成型方法，其特征在于，所述步骤S400具体为：所述冷却系统将所述第三预设温度的水输送至各个所述栈板内，对所述栈板进行第二次降温，在若干分钟后，所述第三预设温度的水停止输送，所述冷却系统将所述第四预设温度的水输送至各个所述栈板内，对所述栈板进行第三次降温。

6.根据权利要求1所述的复合材料工件成型方法，其特征在于，每个所述栈板内均设置有温度探头，所述温度探头用于检测所述栈板内的温度。

7.一种复合材料工件，其特征在于，所述复合材料工件由权利要求1-6任一项所述的复合材料工件成型方法制得。

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