CN114851595B - 一种复合材料板的成型方法及导管支臂的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种复合材料板的成型方法及导管支臂的制备方法，该两端厚、中间薄的复合材料板成型过程中，铺放15层以上的第一碳纤维布，第一碳纤维布覆盖第一成型面、第二成型面与第三成型面，随后在第一碳纤维布的上方铺设铺放20层以上的第二碳纤维布，第二碳纤维布覆盖第三成型面以及部分或全部第二成型面，最上层的第二碳纤维布的高度与第一成型面上最上层的第一碳纤维布高度平齐，最后铺设1层以上的第三碳纤维布，第三碳纤维布覆盖第一碳纤维布与第二碳纤维布。本发明应用于真空灌注技术领域，通过对第一碳纤维布、第二碳纤维布与第三碳纤维布的铺层结构设计，进而达到均匀浸渍的效果，使得最终成型的制品具有良好的力学性能。

Description

一种复合材料板的成型方法及导管支臂的制备方法

技术领域

本发明涉及真空灌注技术领域，具体是一种复合材料板的成型方法及导管支臂的制备方法。

背景技术

先进树脂基复合材料具有较高的比强度和比刚度、可设计性强、优异的耐腐蚀、便于大面积整体成型的独特优点，使之成为高新设备中不可或缺的战略材料。复合材料在高新设备上的大量应用可有效提高性能、减轻结构重量、降低运营成本、增强市场竞争力。目前，现有技术中复合材料成型方法从高成本的热压罐成型工艺正逐渐向低成本的树脂传递模塑(Resin TransferMolding，RTM，即双面模具成型)整体成型与真空灌注工艺(VacuumInfiltrationMolding Process，VIMP，即单面模具成型)整体成型技术转化。

VIMP工艺具有单面模具成型的特点，相较于RTM工艺的成本更低。VIMP工艺具体又分为阴模成型工艺与阳模成型工艺，通过合理的铺层优化以及成型阴模或成型阳模设计可以实现复杂结构制件的整体化制造，有效提高结构减重效率、降低复合材料制件的制造及装配成本。

气垫船上的空气导流管的导管支臂属于大尺寸的中空多腔体结构，制备时无法采用真空灌注一体成型工艺实施，且由于导管支臂两端具有法兰，使得导管支臂的壁行为中间薄、两端厚的板状结构，在浸渍过程中会在两端出现树脂渗漏率低的问题，进而无法均匀浸渍。

发明内容

针对上述现有技术中的不足，本发明提供一种复合材料板的成型方法及导管支臂的制备方法，该复合材料板的成型方法在铺层过程中通过对第一碳纤维布、第二碳纤维布与第三碳纤维布的铺层结构设计，进而达到均匀浸渍的效果。

为实现上述目的，本发明提供一种复合材料板的成型方法，所述复合材料板为两端厚、中间薄的变截面结构，所述成型方法包括如下步骤：

步骤1，对成型阴模进行表面处理与气密性检测，其中，所述成型阴模上具有贴膜面，所述贴膜面包括第一成型面、第二成型面与第三成型面，所述第二成型面的一端与所述第一成型面相连，另一端向远离所述第一成型面的下方延伸后与所述第三成型面相连；

步骤2，从成型阴模的贴膜面开始，依次铺放15层以上的第一碳纤维布，所述第一碳纤维布覆盖所述第一成型面、所述第二成型面与所述第三成型面；

步骤3，铺放20层以上的第二碳纤维布，所述第二碳纤维布覆盖所述第三成型面以及部分或全部所述第二成型面，最上层的第二碳纤维布的高度与所述第一成型面上最上层的第一碳纤维布高度平齐；

步骤4，铺设1层以上的第三碳纤维布，所述第三碳纤维布覆盖所述第一碳纤维布与所述第二碳纤维布，并在贴膜面两端安装金属挡块，其中，金属挡板抵接所述第一碳纤维布、所述第二碳纤维布与所述第三碳纤维布的端部；

步骤5，依次铺设带孔隔离膜、脱模布、导流网，采用真空袋膜和密封胶带密封，连接真空系统，抽真空、检查气密性；气密性合格后，配制树脂胶液进行真空灌注，随后固化成型，脱模即得到复合材料板。

在另一个实施例中，在所述第一碳纤维布和/或所述第二碳纤维布和/或所述第三碳纤维布的过程中，在碳纤维布的层间边缘处采用喷胶粘接固定。

在另一个实施例中，在喷胶过程中，喷嘴距离产品在200mm以上，同一区域停留不超过2秒。

在另一个实施例中，步骤3中，在铺放第二碳纤维布的过程中，在每相邻的两层第一碳纤维布之间铺设1-2层第二碳纤维布，即所述第一碳纤维布与所述第二碳纤维布交错分布。

在另一个实施例中，在带孔隔离膜的铺设过程中，带孔隔离膜超出碳纤维布边缘20±2mm。

在另一个实施例中，所述固化成型的过程为：

将成型阴模及产品保持抽真空压实状态，采用模温机控制固化温度，预固化阶段模温机设置为50-60℃，加热3-4h；

再将模温机升温至80-90℃，保温8-9h后停止加热，冷却至室温；

再将成型阴模及产品放置在烘烤房进行加热，设定温度70-80℃，烘烤8-9h。

为实现上述目的，本发明还提供一种导管支臂的制备方法，所述导管支臂具有法兰，所述导管支臂包括支臂弧板、支臂平板与若干加强筋，所述支臂弧板与所述支臂平板固定相连，形成中空且两端开口的筒状结构，所述加强筋间隔分布在所述支臂弧板与所述支臂平板之间，所述法兰分为两部分分别与所述支臂弧板、所述支臂平板一体成型，即所述支臂弧板、所述支臂平板均为两端厚、中间薄的变截面结构；

所述制备方法具体为：

采用上述复合材料板的成型方法制备所述支臂弧板、所述支臂平板；

采用真空灌注工艺制备加强筋；

固定所述支臂弧板并使所述支臂弧板的凹面朝上，通过结构胶与加强筋与所述支臂弧板的凹面胶结固定，最后通过通过结构胶将所述支臂平板与所述加强筋、所述支臂弧板的边缘胶结固定。

本发明提供的一种复合材料板的成型方法及导管支臂的制备方法，该复合材料板的成型方法在铺层过程中通过对第一碳纤维布、第二碳纤维布与第三碳纤维布的铺层结构设计，进而达到均匀浸渍的效果，使得最终成型的制品具有良好的力学性能。

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作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明实施例中复合材料板的成型方法的流程图；

图2为本发明实施例中贴膜面的结构示意图；

图3为本发明实施例中第一碳纤维布、第二碳纤维布与第三碳纤维布的铺层示意图；

图4为本发明实施例中导管支臂的结构示意图。

附图标号：第一成型面101、第二成型面102与第三成型面103、第一碳纤维布201、第二碳纤维布202、第三碳纤维布203。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

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的一部分实施例，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。

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，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，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”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，还可以是物理连接或无线通信连接；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，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

另外，本发明各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

本实施例公开了一种复合材料板的成型方法，该复合材料板为两端厚、中间薄的变截面结构，参考图1-3，本实施例中的成型方法具体包括如下步骤：

步骤1，准备成型阴模，并对成型阴模进行表面处理与气密性检测

本实施例中，成型阴模的顶端具有贴膜面，贴膜面包括第一成型面101、第二成型面102与第三成型面103，具体地，第一成型面101位于贴膜面的中间区域，用于对复合材料板上中间较薄的区域成型；第三成型面103位于贴膜面的两端，且高度低于第一成型面101，用于对复合材料板上两端较厚的区域成型，第二成型面102为连接第一成型面101与第三成型面103的倾斜面，用于对复合材料板上中间与两端之间的过渡区域成型。

首先将成型阴模通过螺栓固定连接在一支撑架上，随后在成型阴模具表面涂覆脱模剂、脱模蜡与洁模剂进行表面处理与气密性检测。表面处理的具体过程为：1、用洁模剂擦拭三遍，剂量以擦拭后型面上有水光、不会立即干燥为宜；2、用脱模剂擦拭3遍，每遍之间间隔10-15分钟，剂量以测试3秒后干燥为宜，最后一层涂好后，需要等待30分钟以上晾干。检测过程包括表面检查与气密性检测，表面检查采用目测法，气密性检测采用真空泵、真空密封袋、密封胶条、真空表进行，通过真空密封袋、密封胶条将成型阳膜密封后抽真空至-1000mbar以下，保压5分钟，若真空度保持在-970mbar则符合气密性要求。

步骤2，铺放第一碳纤维布201

在成型阴模具表面处理和检测完成后，从成型阴模的贴膜面开始，依次铺放15层以上的第一碳纤维布201，第一碳纤维布201覆盖第一成型面101、第二成型面102与第三成型面103；

步骤3，铺放第二碳纤维布202

铺放20层以上的第二碳纤维布202，第二碳纤维布202覆盖第三成型面103以及部分或全部第二成型面102，即所有的第二碳纤维布202朝向第一成型面101的一端连成一斜面结构，并与第二成型面102上的第一纤维布配合，使最上层的第二碳纤维布202的高度与第一成型面101上最上层的第一碳纤维布201高度平齐。其中，在铺放第二碳纤维布202的过程中，在每相邻的两层第一碳纤维布201之间铺设1-2层第二碳纤维布202，即第一碳纤维布201与第二碳纤维布202交错分布，进而使得最终制品的加厚端具有更高的强度。

步骤4，铺放第三碳纤维布203

铺设1层以上的第三碳纤维布203，第三碳纤维布203覆盖第一碳纤维布201与第二碳纤维布202，并在贴膜面两端安装金属挡块，其中，金属挡板抵接第一碳纤维布201、第二碳纤维布202与第三碳纤维布203的端部；

步骤5，依次铺设带孔隔离膜、脱模布、导流网，采用真空袋膜和密封胶带密封，连接真空系统，抽真空、检查气密性；气密性合格后，配制树脂胶液进行真空灌注，随后固化成型，脱模即得到复合材料板。

在步骤2-4的第一碳纤维布201和/或第二碳纤维布202和/或第三碳纤维布203的过程中，在碳纤维布的层间边缘处采用喷胶粘接固定。在喷胶过程中，喷嘴距离产品在200mm以上，同一区域停留不超过2秒。需要注意的是，在复合纤维材料铺设过程中采取压辊保证层间压实，且在操作时佩戴手套，以防止污染纤维布。

在带孔隔离膜的铺设过程中，带孔隔离膜超出碳纤维布边缘20±2mm，并用压辊将带孔隔离膜贴实脱模布，不允许搭接。

在步骤5的抽真空过程中，先抽真空至真空度低于-400mbar，再整理真空袋膜，避免架桥。最后在气密性合格后，配制树脂胶液进行真空灌注，随后固化成型，脱模即得到复合材料板

在步骤5中，固化成型的过程为：

将成型阴模及产品保持抽真空压实状态，采用模温机控制固化温度，预固化阶段模温机设置为50-60℃，加热3-4h；

再将模温机升温至80-90℃，保温8-9h后停止加热，冷却至室温；

再将成型阴模及产品放置在烘烤房进行加热，设定温度70-80℃，烘烤8-9h。

本实施例还公开了一种导管支臂的制备方法，参考图4，导管支臂具有法兰，导管支臂包括支臂弧板、支臂平板与若干加强筋，支臂弧板与支臂平板固定相连，形成中空且两端开口的筒状结构，加强筋间隔分布在支臂弧板与支臂平板之间，法兰分为两部分分别与支臂弧板、支臂平板一体成型，即支臂弧板、支臂平板均为两端厚、中间薄的变截面结构。该导管支臂的制备方法具体为：

采用上述复合材料板的成型方法制备支臂弧板、支臂平板，由于加强筋为等厚平板结构，因此采用常规的真空灌注工艺制备加强筋。最后通过胶结固定形成导管支臂，过程为：首先固定支臂弧板并使支臂弧板的凹面朝上，通过结构胶与加强筋与支臂弧板的凹面胶结固定，最后通过通过结构胶将支臂平板与加强筋、支臂弧板的边缘胶结固定。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (7)

1.一种复合材料板的成型方法，其特征在于，所述复合材料板为两端厚、中间薄的变截面结构，所述成型方法包括如下步骤：

步骤1，对成型阴模进行表面处理与气密性检测，其中，所述成型阴模上具有贴膜面，所述贴膜面包括第一成型面、第二成型面与第三成型面，所述第二成型面的一端与所述第一成型面相连，另一端向远离所述第一成型面的下方延伸后与所述第三成型面相连；

步骤2，从成型阴模的贴膜面开始，依次铺放15层以上的第一碳纤维布，所述第一碳纤维布覆盖所述第一成型面、所述第二成型面与所述第三成型面；

步骤3，铺放20层以上的第二碳纤维布，所述第二碳纤维布覆盖所述第三成型面以及部分或全部所述第二成型面，最上层的第二碳纤维布的高度与所述第一成型面上最上层的第一碳纤维布高度平齐；

步骤4，铺设1层以上的第三碳纤维布，所述第三碳纤维布覆盖所述第一碳纤维布与所述第二碳纤维布，并在贴膜面两端安装金属挡块，其中，金属挡板抵接所述第一碳纤维布、所述第二碳纤维布与所述第三碳纤维布的端部；

步骤5，依次铺设带孔隔离膜、脱模布、导流网，采用真空袋膜和密封胶带密封，连接真空系统，抽真空、检查气密性；气密性合格后，配制树脂胶液进行真空灌注，随后固化成型，脱模即得到复合材料板。

2.根据权利要求1所述复合材料板的成型方法，其特征在于，在所述第一碳纤维布和/或所述第二碳纤维布和/或所述第三碳纤维布的过程中，在碳纤维布的层间边缘处采用喷胶粘接固定。

3.根据权利要求2所述复合材料板的成型方法，其特征在于，在喷胶过程中，喷嘴距离产品在200mm以上，同一区域停留不超过2秒。

4.根据权利要求1或2或3所述复合材料板的成型方法，其特征在于，步骤3中，在铺放第二碳纤维布的过程中，在每相邻的两层第一碳纤维布之间铺设1-2层第二碳纤维布，即所述第一碳纤维布与所述第二碳纤维布交错分布。

5.根据权利要求1或2或3所述复合材料板的成型方法，其特征在于，在带孔隔离膜的铺设过程中，带孔隔离膜超出碳纤维布边缘20±2mm。

6.根据权利要求1或2或3所述复合材料板的成型方法，其特征在于，所述固化成型的过程为：

将成型阴模及产品保持抽真空压实状态，采用模温机控制固化温度，预固化阶段模温机设置为50-60℃，加热3-4h；

再将模温机升温至80-90℃，保温8-9h后停止加热，冷却至室温；

再将成型阴模及产品放置在烘烤房进行加热，设定温度70-80℃，烘烤8-9h。

7.一种导管支臂的制备方法，其特征在于，所述导管支臂具有法兰，所述导管支臂包括支臂弧板、支臂平板与若干加强筋，所述支臂弧板与所述支臂平板固定相连，形成中空且两端开口的筒状结构，所述加强筋间隔分布在所述支臂弧板与所述支臂平板之间，所述法兰分为两部分分别与所述支臂弧板、所述支臂平板一体成型，即所述支臂弧板、所述支臂平板均为两端厚、中间薄的变截面结构；

所述制备方法具体为：

采用权利要求1至6任一项所述复合材料板的成型方法制备所述支臂弧板、所述支臂平板；

采用真空灌注工艺制备加强筋；

固定所述支臂弧板并使所述支臂弧板的凹面朝上，通过结构胶与加强筋与所述支臂弧板的凹面胶结固定，最后通过通过结构胶将所述支臂平板与所述加强筋、所述支臂弧板的边缘胶结固定。