CN115352089A - 一种采用rtm工艺制备夹芯结构复合材料的装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种采用RTM工艺制备夹芯结构复合材料的装置，包括下模、纤维增强材料、夹芯材料、上模；上模覆盖在下模上面，且上模和下模间采用两道密封胶条密封；夹芯材料设置于下模模腔之中；夹芯材料与上模和下模之间均呈有缝隙，纤维增强材料填充在缝隙中。本发明从夹芯结构上进行完善，使其满足采用RTM工艺的要求，结合夹芯结构复合材料的特点，合理设置和优化设计RTM工艺。本发明将RTM工艺应用于夹芯结构复合材料，并予以延伸，实现较厚夹芯结构复合材料的制作，上下表层蒙皮一体成型，将夹芯整体包覆，产品整体性能好，孔隙率低。

Description

一种采用RTM工艺制备夹芯结构复合材料的装置及方法
技术领域
本发明涉及合材料成型工艺领域，具体的说涉及一种采用RTM工艺制备夹芯结构复合材料的装置及方法。
背景技术
引进于20世纪80年代的树脂传递模塑成型工艺(简称RTM)，具有操作环境环保、产品质量好、孔隙率低的特点。夹芯结构复合材料通常采用预浸料成型，制品具有耐腐蚀性能优良、质量轻、比强度高、不易变形等优点。针对当前的环保形势，将RTM工艺应用于夹芯结构复合材料，使夹芯结构复合材料的制作简单化。新产品兼具二者的优点，极大地拓展夹芯结构复合材料的应用行业和领域。在此背景下改变夹芯结构不利于RTM工艺的因素，进行了RTM工艺在夹芯结构复合材料的应用及延伸研究。
因此，提供一种产品整体性能好，孔隙率低的采用RTM工艺制备夹芯结构复合材料的装置及方法是本领域技术人员亟需解决的技术问题。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决现有技术中的上述技术问题之一。
为此，本发明的一个目的在于提出一种采用RTM工艺制备夹芯结构复合材料的装置，包括下模、纤维增强材料、夹芯材料、上模；
其中，所述上模覆盖在所述下模上面，且所述上模和所述下模间采用两道密封胶条密封；所述夹芯材料设置于所述所述下模的凹槽中；所述夹芯材料与所述上模和所述下模之间均呈有缝隙，所述纤维增强材料填充在所述缝隙中。
进一步，所述下模为凹形模，所述夹芯材料设置于所述凹形模的凹槽中。
更进一步，所述两道密封胶条分别设置于所述上模的凹槽处。
采用上述进一步方案的有益效果在于：夹芯材料及其周围铺放的纤维增强材料全部设置于所述下模凹形模的凹槽中，便于人员操作，且在工艺过程中不会因合模等操作造成夹芯材料和纤维增强材料的位置移动；所述上模的凹槽处设置两道密封胶条，形成双重密封线，可以更好地保证所述上模和所述下模合模后的有效锁模密封。
进一步，所述上模设有若干个树脂进口，若干个所述树脂进口规则排列。
所述树脂进口均布在所述上模树脂流道处。
采用上述进一步方案的有益效果在于：可减少树脂灌注时间；保证树脂在真空状态下自树脂流道内均匀地流入增强纤维材料中，树脂从各个方向浸润纤维的速度一致。
进一步，所述上模和所述下模均设有若干个抽气口，若干个所述抽气口规则排列，且在树脂灌注的过程中，先打开所述下模的抽气口，然后打开所述上模抽气口。
采用上述进一步方案的有益效果在于：设置若干抽气口可使树脂在真空作用下流动，抽出纤维中的气泡，保证所述夹芯材料上面和下面的所述纤维增强材料全部能够完全浸透树脂，解决了夹心结构复合材料极易出现的局部增强纤维材料不能浸润完全的难题。
进一步，所述夹芯材料为蜂芯排列整齐的蜂窝结构或闭孔结构的泡沫材料；
所述夹芯材料的材质为EVA、EPE或EPP；
所述夹芯材料的厚度为10mm～100mm。
采用上述进一步方案的有益效果在于：所采用的的蜂窝夹芯或闭孔结构的泡沫夹芯，可提高制品的刚度，降低制品重量，有效的降低了材料的单位体积成本。夹芯材料材质和厚度的多样性扩展了所述夹芯材料的可选择范围，增加了制品的实用性和适用性。
进一步，所述纤维增强材料为玻璃纤维或碳纤维等及其制品。
采用上述进一步方案的有益效果在于：增大了所述纤维增强材料的的可选择范围，可实现不同性能要求的夹心结构复合材料制品的制作：对于一般工业制品可采用玻璃纤维作为增强材料，由于玻璃纤维具有绝缘性好、耐热性强、抗腐蚀性好，机械强度高等特点，与树脂基体复合可满足一般产品的技术要求，而对于航空航天或是军工等对于力学性能较高的行业或产品，采用碳纤维作为增强材料，一是由于碳纤维是含碳量在90％以上的高强度、高模量纤维，具有耐高温、抗摩擦、导电、导热及耐腐蚀等特性，是力学性能优异的新材料；二是碳纤维增强环氧树脂复合材料，在现有工程中具有最高的比强度及比模量。
本发明还提供了上述采用RTM工艺制备夹芯结构复合材料的方法，包括以下步骤：
(1)将纤维增强材料浸润低粘度树脂，然后上述装置合模得到制备夹芯结构复合材料的装置；
(2)对所得装置抽真空，然后从所述树脂进口灌注低粘度树脂，树脂进入模腔后分为两部分，一部分流经夹芯材料上面的纤维增强材料；另一部分经夹芯材料侧面与下模模腔侧面间的纤维增强材料进到夹芯材料下面的纤维增强材料层；
(3)打开下模的抽气口，在负压作用下，树脂经夹芯材料侧面的纤维增强材料进入下模的流速加快，树脂充分浸透夹芯材料下面的纤维增强材料后，树脂由下模的抽气口流出，抽气管内有树脂流入300mm～400mm长度后，封死下模的抽气口，打开上模的抽气口，流经夹芯材料的上面的纤维增强材料的的树脂流速加快，逐渐浸透上面纤维增强材料层后，树脂由上模抽气口流出；
(4)待树脂固化进行脱模、修整，得到夹芯结构复合材料。
进一步，步骤(1)和步骤(2)中所述低粘度树脂为不饱和聚酯树脂、乙烯基酯树脂或环氧树脂。
采用上述进一步方案的有益效果在于：低粘度树脂在灌注时流速较大，一是节省了注入时间，二是在真空作用下，树脂不易裹杂气泡，三是能够使树脂快速浸润纤维增强材料；不同类型的树脂，对成型温度和成型压力的要求不同，可生产出不同质量、不同耐腐蚀性能和力学性能的制品。
本发明的有益效果在于：本发明提供了RTM工艺在夹芯结构复合材料的应用及延伸，与夹芯结构复合材料传统的预浸料工艺相比具有以下优点：(1) 本发明方案成本较低，原材料选择面更广。RTM工艺可采用玻璃纤维或碳纤维等及其制品、低粘度树脂，与保质期和活化寿命都有严格要求的预浸料形成鲜明对比；(2)本发明方案可操作性强。RTM工艺操作简单，除模具和注胶设备外，不需更多的辅助设备，普通工人稍加学习即可操作。预浸料需用烘箱或其他加热设备实现共固化，而且都有严格的操作要求。
本发明从夹芯结构上进行完善，使其满足采用RTM工艺的要求，结合夹芯结构复合材料的特点，合理设置和优化设计RTM工艺。本发明将RTM工艺应用于夹芯结构复合材料，并予以延伸，实现较厚夹芯结构复合材料的制作，上下表层蒙皮一体成型，将夹芯整体包覆，产品整体性能好，孔隙率低。
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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的生产系统结构示意图。
附图中，各标号所代表的结构列表如下：1-下模；2-纤维增强材料；3-夹芯材料；4-密封胶条；5-上模；6-树脂进口；7-抽气口。
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示出，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。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”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，仅是为了便于描述本发明和简化描述，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”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示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，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，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，可以根据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。
一种采用RTM工艺制备夹芯结构复合材料的装置，包括下模1、纤维增强材料2、夹芯材料3、上模5；
其中，上模5覆盖在下模1上面，且上模5和下模1的连接处采用密封胶条4密封；夹芯材料3设置于下模1凹槽中；夹芯材料3与上模5和下模1 之间均呈有缝隙，纤维增强材料2填充在缝隙中。
在一个实施例中，下模1为凹形模，夹芯材料3设置于凹形模的凹槽中。
在另一个实施例中，密封胶条4设置于上模1的凹槽处。
在一个实施例中，上模5设有若干个树脂进口6，若干个树脂进口6规则排列。
在一个实施例中，上模5和下模1的中心位置均设有若干个抽气口7，抽气口7规则排列。
在一个实施例中，夹芯材料3为蜂芯排列整齐的蜂窝结构或闭孔结构的泡沫材料；
夹芯材料3的材质为EVA、EPE或EPP；
夹芯材料3的厚度为10mm～100mm。
在另一个实施例中，纤维增强材料2为玻璃纤维或碳纤维等及其制品。
采用RTM工艺制备夹芯结构复合材料的方法，包括以下步骤：
(1)将纤维增强材料浸润低粘度树脂，然后上述装置合模得到制备夹芯结构复合材料的装置；
(2)对所得装置抽真空，然后从树脂进口灌注低粘度树脂，树脂进入模腔后分为两部分，一部分流经夹芯材料上面的纤维增强材料；另一部分经夹芯材料侧面与下模模腔侧面间的纤维增强材料进到夹芯材料下面的纤维增强材料层；
(3)打开下模的抽气口，在负压作用下，树脂经夹芯材料侧面的纤维增强材料进入下模的流速加快，树脂充分浸透夹芯材料下面的纤维增强材料后，树脂由下模的抽气口流出，抽气管内有树脂流入300mm～400mm长度后，封死下模的抽气口，打开上模的抽气口，流经夹芯材料的上面的纤维增强材料的的树脂流速加快，逐渐浸透上面纤维增强材料层后，树脂由上模抽气口流出；
(4)待树脂固化进行脱模、修整，得到夹芯结构复合材料。
在一个实施例中，步骤(1)中低粘度树脂为不饱和聚酯树脂、乙烯基酯树脂或环氧树脂。
在另一个实施例中，步骤(2)中低粘度树脂为不饱和聚酯树脂、乙烯基酯树脂或环氧树脂。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”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必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行接合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (9)

1.一种采用RTM工艺制备夹芯结构复合材料的装置，其特征在于，包括下模、纤维增强材料、夹芯材料、上模；
其中，所述上模覆盖在所述下模上面，且所述上模和所述下模间采用密封胶条密封；所述夹芯材料设置于所述下模凹槽中；所述夹芯材料与所述上模和所述下模之间均呈有缝隙，所述纤维增强材料填充在所述缝隙中。
2.根据权利要求1所述一种采用RTM工艺制备夹芯结构复合材料的装置，其特征在于，所述下模为凹形模，所述夹芯材料设置于所述凹形模的凹槽中。
3.根据权利要求2所述一种采用RTM工艺制备夹芯结构复合材料的装置，其特征在于，所述密封胶条为两道，形式分别为：D型和V型，分别设置于所述下模的凹槽处。
4.根据权利要求2所述一种采用RTM工艺制备夹芯结构复合材料的装置，其特征在于，所述上模设有若干个树脂进口，若干个所述树脂进口规则排列。
5.根据权利要求1所述一种采用RTM工艺制备夹芯结构复合材料的装置，其特征在于，所述上模和所述下模均设有若干个抽气口，若干个抽气口规则排列。
6.根据权利要求1所述一种采用RTM工艺制备夹芯结构复合材料的装置，其特征在于，所述夹芯材料为蜂芯排列整齐的蜂窝结构或闭孔结构的泡沫材料；
所述夹芯材料的材质为EVA、EPE或EPP；
所述夹芯材料的厚度为10mm～100mm。
7.根据权利要求1所述一种采用RTM工艺制备夹芯结构复合材料的装置，其特征在于，所述纤维增强材料为玻璃纤维或碳纤维及其制品。
8.一种采用RTM工艺制备夹芯结构复合材料的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将纤维增强材料浸润低粘度树脂，然后按照权利要求1-7任一项所述装置合模得到制备夹芯结构复合材料的装置；
(2)对所得装置抽真空，然后从所述树脂进口灌注低粘度树脂，树脂进入模腔后分为两部分，一部分流经夹芯材料上面的纤维增强材料；另一部分经夹芯材料侧面与下模模腔侧面间的纤维增强材料进到夹芯材料下面的纤维增强材料层；
(3)打开下模的抽气口，在负压作用下，树脂经夹芯材料侧面的纤维增强材料进入下模的流速加快，树脂充分浸透夹芯材料下面的纤维增强材料后，树脂由下模的抽气口流出，抽气管内有树脂流入300mm～400mm长度后，封死下模的抽气口，打开上模的抽气口，流经夹芯材料上面纤维增强材料的树脂流速加快，逐渐浸透上面纤维增强材料层后，树脂由上模抽气口流出；
(4)待树脂固化进行脱模、修整，得到夹芯结构复合材料。
9.根据权利要求8所述一种采用RTM工艺制备夹芯结构复合材料的方法，其特征在于，步骤(1)和步骤(2)中所述低粘度树脂为不饱和聚酯树脂、乙烯基酯树脂或环氧树脂。
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