CN114261107B - 一种复合材料管梁及其成型方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种复合材料管梁及其成型方法，涉及复合材料技术领域，所述成型方法包括如下步骤：S1：在下模上铺贴整片的预浸料铺层；S3：将聚苯乙烯泡沫芯模放置于所述预浸料铺层上；S4：将所述预浸料铺层铺贴于所述聚苯乙烯泡沫芯模的外侧；S5：将上模与所述下模合模，并将端盖与所述上模以及所述下模的两端分别相连，得到装配好的模具；S6：对所述装配好的模具进行热压固化，脱模，得到复合材料管梁。本发明提供的复合材料管梁的成型方法，芯模在支撑下进行预浸料铺贴，避免芯模因自身重量发生形变，提高复合材料管梁的成型精度，同时降低脱模难度；选用聚苯乙烯泡沫芯模，解决了大长度复合材料管梁成型困难的问题。
Description
技术领域
本发明涉及复合材料技术领域，具体而言，涉及一种复合材料管梁及其成型方法。
背景技术
近年来，无人机作为智能机械的代表，已广泛应用于军事、城市管理、探测、抢险救灾等各行各业，并且，随着环保要求的提高，新能源无人机的应用也越来越受到重视，同时，对无人机的重量也提出了更高的要求；为减轻无人机的重量，复合材料广泛应用于无人机的多种构件中；其中，复合材料管梁作为无人机的主要承力结构，主要承受拉压载荷和弯曲载荷；无人机为了提高升力，具有较大的展弦比，对大长度、大直径管梁的需求越来越迫切。
缠绕成型工艺是现有复合材料管梁最为常用且成熟的成型方法；但是对于大长度的复合材料管梁，由于模具自重影响，在缠绕过程中制件中部容易产生变形，加大脱模难度，严重影响制件的精度，导致大长度、大直径复合材料管梁成型困难，同时缠绕工艺不能得到很好的成型质量，并且缠绕过程对纤维的性能损失很大。
发明内容
本发明解决的问题是大长度、大直径复合材料管梁成型困难。
为解决上述问题，本发明提供一种复合材料管梁的成型方法，包括如下步骤：
S1：在下模上铺贴整片的预浸料铺层；
S3：将聚苯乙烯泡沫芯模放置于所述预浸料铺层上；
S4：将所述预浸料铺层铺贴于所述聚苯乙烯泡沫芯模的外侧；
S5：将上模与所述下模合模，并将端盖与所述上模以及所述下模的两端分别相连，得到装配好的模具；
S6：对所述装配好的模具进行热压固化，脱模，得到复合材料管梁。
可选地，在下模上整片的铺贴预浸料铺层包括：
S11：将整片的预浸料铺贴于所述下模的模腔内，将所述预浸料的两侧分别铺贴于所述下模两侧的铺贴面上；
S12：所述铺贴面上相邻所述预浸料之间，铺贴第一隔离膜；
S13：所有的所述预浸料铺贴完成后，在所述预浸料的表面制第一真空袋，抽真空，得到所述预浸料铺层。
可选地，步骤S11中，相邻所述预浸料错开铺贴。
可选地，将聚苯乙烯泡沫芯模放置于所述预浸料铺层上之前，还包括：S2：在所述聚苯乙烯泡沫芯模的外侧铺贴辅助材料。
可选地，在所述聚苯乙烯泡沫芯模的外侧铺贴辅助材料包括：在所述聚苯乙烯泡沫芯模的外侧，从内到外，依次铺贴第二隔离膜、第一脱模布以及第二真空袋。
可选地，在所述聚苯乙烯泡沫芯模的外侧铺贴辅助材料还包括：通过所述第二隔离膜以及所述第一脱模布中的至少一种，对所述聚苯乙烯泡沫芯模进行局部增厚。
可选地，将所述预浸料铺层铺贴于所述聚苯乙烯泡沫芯模的外侧包括：最外侧的所述预浸料以搭接方式相连；内侧的所述预浸料以对接方式相连。
可选地，相邻所述预浸料上的接缝位置之间的距离不小于25mm。
可选地，将上模与所述下模合模包括：在合模缝位置粘贴第二脱模布。
本发明的另一目的在于提供一种复合材料管梁，根据如上所述的复合材料管梁的成型方法成型得到。
与现有技术相比，本发明提供的复合材料管梁的成型方法具有如下优势：
本发明提供的复合材料管梁的成型方法，复合材料管梁通过整片的预浸料铺层铺贴完成，有利于提高复合材料管梁的力学性能；芯模在支撑下进行预浸料铺贴，避免芯模因自身重量发生形变，提高复合材料管梁的成型精度，同时降低脱模难度；并且，选用聚苯乙烯泡沫芯模，利用聚苯乙烯泡沫受热收缩的原理，使得芯模在热压过程中与预浸料铺层分离，进而保证芯模顺利取出，降低脱模难度，解决了大长度复合材料管梁成型困难的问题。
附图说明
图1为本发明中预浸铺料与下模的装配简图一；
图2为本发明中预浸料铺层与下模的装配简图二；
图3为本发明中芯模与预浸料铺层以及下模的装配简图；
图4为本发明中复合材料管梁成型模具的横向截面图；
图5为本发明中复合材料管梁成型模具的纵向截面图。
附图标记说明：
1-下模；11-铺贴面；2-预浸料铺层；3-聚苯乙烯泡沫芯模；4-上模；5-端盖；6-第一隔离膜；7-第一真空袋；8-辅助材料；81-第二隔离膜；82-第一脱模布；83-第二真空袋；9-第二脱模布。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中表示，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制，基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的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，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“周向”、“径向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了简化描述，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”仅用于简化描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性，或隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定为“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第一特征之“上”或之“下”，可以包括第一特征和第二特征直接接触，也可以包括第一特征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的正上方和斜上方，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低于第二特征。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。
为解决大长度、大直径复合材料管梁成型困难的问题，本发明提供一种复合材料管梁的成型方法，该成型方法包括如下步骤：
S1：在下模1上铺贴整片的预浸料铺层2；
S3：将聚苯乙烯泡沫芯模3放置于预浸料铺层2上；
S4：将预浸料铺层2铺贴于聚苯乙烯泡沫芯模3的外侧；
S5：将上模4与下模1合模，并将端盖5与上模4以及下模1的两端分别相连，得到装配好的模具；
S6：对装配好的模具进行热压固化，脱模，得到复合材料管梁。
参见图1～图5所示，本申请提供的复合材料管梁的成型方法，通过包括下模1、上模4、聚苯乙烯泡沫芯模3以及两个端盖5的复合材料管梁成型模具进行成型；成型过程中，首先在下模1的铺贴部位上铺贴整片的预浸料铺层2，其中下模1上铺贴部位的形状以及尺寸，整片的预浸料铺层2的尺寸均根据待成型的复合材料管梁而定；本申请优选复合材料管梁的截面为圆柱形，因此，下模1的铺贴部位包括半圆形结构，整片的预浸料铺层2铺贴于下模1的铺贴部位后，参见图1所示，呈开放的片状结构；再将材质为聚苯乙烯泡沫的聚苯乙烯泡沫芯模3放置于整片铺贴完成的预浸料铺层2上，使得聚苯乙烯泡沫芯模3在下模1以及预浸料铺层2的支撑作用下，将预浸料铺层2位于聚苯乙烯泡沫芯模3两侧的部分翻转，铺贴于聚苯乙烯泡沫芯模3上，预浸料铺层2的两端对接，参见图4所示，于聚苯乙烯泡沫芯模3的外侧得到截面为环形的预浸料铺层2；将上模4与下模1合并，使得聚苯乙烯泡沫芯模3，以及铺贴于聚苯乙烯泡沫芯模3外侧的预浸料铺层2，均位于上模4与下模1围合构成的模腔中；将两个端盖5分别连接于模腔的两端，即将两个端盖5分别连接于上模4以及下模1的两端，即可得到装配好的模具；为保证模具的密封性，本申请优选端盖5与上模4之间、端盖5与下模1之间，以及上模4与下模1之间均设置有硅橡胶软膜；并且两个端盖5中的至少一个设置有通气孔，该通气孔安装有真空接头，用于对制件加压。
根据成型需求，将该装配好的模具放置于烘箱中，进行热压固化；由于芯模的材质为聚苯乙烯泡沫，热压过程中，受热收缩，使得聚苯乙烯泡沫芯模3与预浸料铺层2分离；热压完成后，冷却至室温，先将端盖5以及上模4进行拆卸后，直接将收缩后的聚苯乙烯泡沫芯模3抽出，即可得到成型的复合材料管梁。
本发明提供的复合材料管梁的成型方法，复合材料管梁通过整片的预浸料铺层2铺贴完成，有利于提高复合材料管梁的力学性能；芯模在支撑下进行预浸料铺贴，避免芯模因自身重量发生形变，提高复合材料管梁的成型精度，同时降低脱模难度；并且，选用聚苯乙烯泡沫芯模3，利用聚苯乙烯泡沫受热收缩的原理，使得芯模在热压过程中与预浸料铺层2分离，进而保证芯模顺利取出，降低脱模难度，解决了大长度复合材料管梁成型困难的问题。
此外，与缠绕过程相比，本发明提供的复合材料管梁成型方法，能够减少对纤维性能的损失，有助于提高复合材料管梁的成型质量。
本申请步骤S1中在下模1上整片的铺贴预浸料铺层2包括：
S11：将整片的预浸料铺贴于下模1的模腔内，将预浸料的两侧分别铺贴于下模1两侧的铺贴面11上；
S12：铺贴面11上相邻预浸料之间，铺贴第一隔离膜6；
S13：所有的预浸料铺贴完成后，在预浸料的表面制第一真空袋7，抽真空，得到预浸料铺层2。
预浸料铺层2中预浸料的层数根据需求而定；为便于将各层预浸料顺利铺贴于聚苯乙烯泡沫芯模3上，本申请在位于铺贴面11上的各层预浸料之间铺贴隔离膜，记为第一隔离膜6，以防止相邻层的预浸料发生粘连；将所有的预浸料铺贴完成后，在预浸料的表面制真空袋，记为第一真空袋7；也可以在预浸料的表面铺贴隔离膜后，再制第一真空袋7；并将该第一真空袋7与下模1相胶结，使得各层预浸料均位于第一真空袋7与下模1组成的密闭空间内；通过对该第一真空袋7抽真空，实现对各层预浸料的加压，并抽出各预浸料层之间的空气，以避免后期制件内部出现分层、孔隙等缺陷，得到预浸料铺层2。
本申请优选步骤S11中，相邻预浸料错开铺贴，即各层预浸料的边缘不对齐，相邻层的预浸料边缘错开分布。
为提高复合材料管梁的质量，本申请优选将聚苯乙烯泡沫芯模3放置于预浸料铺层2上之前，还包括：S2：在聚苯乙烯泡沫芯模3的外侧铺贴辅助材料8，以便于抽出相邻各层预浸料之间的空气，保证复合材料管梁固化成型后，内部不会产生孔隙等缺陷，同时，降低脱模难度。
具体的，本申请中在聚苯乙烯泡沫芯模3的外侧铺贴辅助材料8包括：在聚苯乙烯泡沫芯模3的外侧，从内到外，依次铺贴第二隔离膜81、第一脱模布82以及第二真空袋83。
将预浸料铺层2铺贴于聚苯乙烯泡沫芯模3的外侧后，第二隔离膜81、第一脱模布82以及第二真空袋83均位于预浸料铺层2的内部；将端盖5连接于模腔的两端后，本申请优选第二真空袋83的两端均与端盖5相连，并且端盖5中的至少一个上设置有进气孔；在热压固化前，通过端盖5上的进气孔向第二真空袋83内充气，以对预制体进行加压，本申请优选施加的压力为6MPa，该过程中需保证制件内部不产生压力降；再将该模具放入烘箱等设备中进行固化即可。
进一步的，由于复合材料管梁，尤其是大长度的复合材料管梁，根据受力特点，沿长度方向上，不同位置处的最佳厚度不一定相同，因此，需要成型得到长度方向上变厚度的复合材料管梁；为实现该目的，需要改变聚苯乙烯泡沫芯模3的直径来实现；若通过多段聚苯乙烯泡沫拼接的方式来得到直径不同的芯模，易于出现芯模上各段之间同心度不同的问题；本申请优选按照最小直径泡沫来设计聚苯乙烯泡沫芯模3，且在聚苯乙烯泡沫芯模3的外侧铺贴辅助材料8还包括：通过第二隔离膜81以及第一脱模布82中的至少一种，对聚苯乙烯泡沫芯模3进行局部增厚。
即，通过隔离膜或脱模布中的至少一种来对聚苯乙烯泡沫芯模3进行局部增厚补偿，以达到设计要求，实现长度方向上变厚度复合材料管梁的成型。
进一步的，本申请中将预浸料铺层2铺贴于所述聚苯乙烯泡沫芯模3的外侧包括：最外侧的预浸料以搭接方式相连；内侧的预浸料以对接方式相连。
铺贴过程中，首先将相邻各层预浸料之间的第一隔离膜6去掉，再将各层预浸料依次铺贴于聚苯乙烯泡沫芯模3的外侧；本申请优选位于最外侧的预浸料，即距离聚苯乙烯泡沫芯模3最远的预浸料层以搭接的方式相连；其余各预浸料层均以对接的方式相连。
基于相邻各预浸料层均错开布置，因此，各层预浸料铺贴于聚苯乙烯泡沫芯模3的外侧后，相邻层预浸料之间的接缝位置均错开设置；本申请优选相邻预浸料上的接缝位置之间的距离不小于25mm。
同时，为了保证预浸料铺层2能够紧贴聚苯乙烯泡沫芯模3，在
45°预浸料铺贴时，将预浸料沿着纤维分为窄带，使预浸料紧贴聚苯乙烯泡沫芯模3。
本申请中将上模4与下模1合模包括：在合模缝位置粘贴第二脱模布9，以便于能够抽出相邻各层预浸料之间的空气，避免制件出现孔隙等缺陷。
本发明提供的复合材料管梁成型方法，针对大长度、大直径复合材料管梁成型过程中出现的问题，提出了一种解决大尺寸管梁的成型方法，保证复合材料管梁满足无损以及孔隙率要求，同时可以根据复合材料管梁的受力特点，在长度方向改变制件厚度，进一步发挥复合材料的特点，减轻梁的重量，从而制造出低成本、高质量的复合材料管梁，推动大长度复合材料管梁在大型无人机领域的应用。
本发明的另一目的在于提供一种复合材料管梁，该复合材料管梁根据如上所述的复合材料管梁的成型方法成型得到。
本发明提供的复合材料管梁，通过如上文所述的成型方法成型制备，制备过程简单易操作，复合材料管梁满足刚度、无损及孔隙率要求，且该复合材料管梁在长度方向上厚度可变，从而有利于推动大长度复合材料管梁在大型无人机领域的应用。
虽然本公开披露如上，但本公开的保护范围并非仅限于此。本领域技术人员，在不脱离本公开的精神和范围的前提下，可进行各种变更与修改，这些变更与修改均将落入本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种复合材料管梁的成型方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：在下模(1)上铺贴整片的预浸料铺层(2)；
S3：将聚苯乙烯泡沫芯模(3)放置于所述预浸料铺层(2)上；
S4：将所述预浸料铺层(2)铺贴于所述聚苯乙烯泡沫芯模(3)的外侧；
S5：将上模(4)与所述下模(1)合模，并将端盖(5)与所述上模(4)以及所述下模(1)的两端分别相连，得到装配好的模具；
S6：对所述装配好的模具进行热压固化，脱模，得到复合材料管梁；
在下模(1)上整片的铺贴预浸料铺层(2)包括：
S11：将整片的预浸料铺贴于所述下模(1)的模腔内，将所述预浸料的两侧分别铺贴于所述下模(1)两侧的铺贴面(11)上；
S12：所述铺贴面(11)上相邻所述预浸料之间，铺贴第一隔离膜(6)；
S13：所有的所述预浸料铺贴完成后，在所述预浸料的表面制第一真空袋(7)，抽真空，得到所述预浸料铺层(2)。
2.如权利要求1所述的复合材料管梁的成型方法，其特征在于，步骤S11中，相邻所述预浸料错开铺贴。
3.如权利要求1所述的复合材料管梁的成型方法，其特征在于，将聚苯乙烯泡沫芯模(3)放置于所述预浸料铺层(2)上之前，还包括：S2：在所述聚苯乙烯泡沫芯模(3)的外侧铺贴辅助材料(8)。
4.如权利要求3所述的复合材料管梁的成型方法，其特征在于，在所述聚苯乙烯泡沫芯模(3)的外侧铺贴辅助材料(8)包括：在所述聚苯乙烯泡沫芯模(3)的外侧，从内到外，依次铺贴第二隔离膜(81)、第一脱模布(82)以及第二真空袋(83)。
5.如权利要求4所述的复合材料管梁的成型方法，其特征在于，在所述聚苯乙烯泡沫芯模(3)的外侧铺贴辅助材料(8)还包括：通过所述第二隔离膜(81)以及所述第一脱模布(82)中的至少一种，对所述聚苯乙烯泡沫芯模(3)进行局部增厚。
6.如权利要求1～5任一项所述的复合材料管梁的成型方法，其特征在于，将所述预浸料铺层(2)铺贴于所述聚苯乙烯泡沫芯模(3)的外侧包括：最外侧的所述预浸料以搭接方式相连；内侧的所述预浸料以对接方式相连。
7.如权利要求6所述的复合材料管梁的成型方法，其特征在于，相邻所述预浸料上的接缝位置之间的距离不小于25mm。
8.如权利要求6所述的复合材料管梁的成型方法，其特征在于，将上模(4)与所述下模(1)合模包括：在合模缝位置粘贴第二脱模布(9)。
9.一种复合材料管梁，其特征在于，根据权利要求1～8任一项所述的复合材料管梁的成型方法成型得到。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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