CN115489141A - 一种复合材料成型模具注射管路系统及其注射方法 - Google Patents

一种复合材料成型模具注射管路系统及其注射方法 Download PDF

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CN115489141A CN202211161369.1A CN202211161369A CN115489141A CN 115489141 A CN115489141 A CN 115489141A CN 202211161369 A CN202211161369 A CN 202211161369A CN 115489141 A CN115489141 A CN 115489141A
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王宇
黄峰
刘强
沈锡钢
田琦楠
沈尔明
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Abstract

本发明涉及一种复合材料成型模具注射管路系统，其中，真空源通过脱泡装置真空截止阀与树脂脱泡桶连通，脱泡装置树脂截止阀设于树脂脱泡桶的输出口；气体压力平衡阀设于树脂脱泡桶上，树脂脱泡桶的输出端与注胶管路的输入端连通，注胶管路的输出端用于与成型模具的输入端连通，高压气源与注胶管路通过第一连接管连通，第一连接管上设有压力电气比例阀、气体压力截止阀、压力管路截止阀。该复合材料成型模具注射管路系统的目的是解决树脂注射装置在每次注射过程结束后的残留树脂清洗的问题以及在高温环境中实时监测注胶过程中的树脂用量。

Description

一种复合材料成型模具注射管路系统及其注射方法
技术领域
本发明涉及树脂基复合材料液体成型技术领域，具体涉及一种复合材料成型模具注射管路系统及其注射方法。
背景技术
树脂转移模塑成型(Resin Transfer Molding，RTM)技术，其主要原理为首先在模腔中铺放设计好的预制体，在采用注射设备将专用树脂体系注入模腔，通过树脂流动排出模腔内的气体同时浸润纤维，再经加热固化、冷却脱模即可得到复合材料制件。树脂注射时采用的注射设备通过对树脂施加压力，将树脂通过注射管路转移至模具型腔。由于注射设备需要反复使用，每次注射过程结束后需要采用溶剂对设备及固定管路内粘附的树脂残留进行清洗，步骤繁琐且带来了后续的溶剂处理问题。另外，如果树脂注射装置整体处于高温环境中，注射装置内树脂的使用量难以采用常温环境下的测量方式进行测量，无法对注射过程结束的时间点进行直观预判，为确保注射过程正常完成只能增加装置内的树脂使用量，造成了树脂的浪费。
因此，发明人提供了一种复合材料成型模具注射管路系统及其注射方法。
发明内容
(1)要解决的技术问题
本发明实施例提供了一种复合材料成型模具注射管路系统及其注射方法，解决了树脂注射装置在每次注射过程结束后的残留树脂清洗以及在高温环境中实时监测注胶过程树脂用量的技术问题。
(2)技术方案
本发明提供了一种复合材料成型模具注射管路系统，包括真空源、气体压力平衡阀、脱泡装置真空截止阀、树脂脱泡桶及脱泡装置树脂截止阀、高压气源、压力电气比例阀、气体压力截止阀、压力管路截止阀、注胶管路、熔体压力传感器、注胶口截止阀和可编程逻辑控制器；其中，
所述真空源通过所述脱泡装置真空截止阀与所述树脂脱泡桶连通，所述脱泡装置树脂截止阀设于所述树脂脱泡桶的输出口；所述气体压力平衡阀设于所述树脂脱泡桶上，所述树脂脱泡桶的输出端与所述注胶管路的输入端连通，所述注胶管路的输出端用于与成型模具的输入端连通，所述高压气源与所述注胶管路通过第一连接管连通，所述第一连接管上设有所述压力电气比例阀、所述气体压力截止阀、所述压力管路截止阀；
所述注胶管路通过所述注胶口截止阀与所述成型模具的注胶口连通，所述熔体压力传感器设于所述注胶管路后端的分路上且与所述可编程逻辑控制器连接，所述压力电气比例阀与所述可编程逻辑控制器连接。
进一步地，所述复合材料成型模具注射管路系统还包括传感器变送器，所述熔体压力传感器通过所述传感器变送器与所述可编程逻辑控制器连接。
进一步地，所述复合材料成型模具注射管路系统还包括工控计算机，所述工控计算机与所述可编程逻辑控制器连接。
进一步地，所述复合材料成型模具注射管路系统还包括出胶口截止阀及树脂收集桶，所述树脂收集桶通过出胶管路与所述成型模具的出胶口连通，所述出胶口截止阀设于所述成型模具的出胶口。
进一步地，所述复合材料成型模具注射管路系统还包括出胶管路截止阀，所述出胶管路截止阀设于所述出胶管路。
进一步地，所述复合材料成型模具注射管路系统还包括真空源及真空截止阀，所述真空源通过所述真空截止阀连通所述树脂收集桶。
进一步地，所述复合材料成型模具注射管路系统所述注胶管路为不锈钢耐压波纹管和/或聚四氟乙烯耐压透明管。
进一步地，所述复合材料成型模具注射管路系统还包括烘箱，所述压力管路截止阀、所述注胶管路及所述熔体压力传感器均位于所述烘箱的内部。
进一步地，所述注胶管路是单根管路或多根单管路串联起来的单根管路，按照设定的堆叠方式固定在管路支架上。
进一步地，所述烘箱的侧面上开设观察窗，观察窗外设有工业相机，工业相机与工控计算机连接。
本发明还提供了一种复合材料成型模具注射管路系统的注射方法，包括以下步骤：
S100，组装树脂注射管路，根据成型模具的内腔体积和纤维预制体的体积分数计算所需树脂的体积，选取对应长度的注胶管路，可将单根或多根注射管路进行串联，确保管路内的体积大于纤维预制体填充完毕所需的树脂体积。
S200、当注射管路与成型模具上的测温热电偶达到预设温度时，打开气体压力平衡阀、脱泡装置树脂截止阀、压力管路截止阀，关闭脱泡装置真空截止阀、气体压力截止阀、注胶口截止阀，将真空脱泡后的树脂导入注胶管路，待树脂全部流入注胶管路后关闭树脂截止阀；
S300、打开气体压力截止阀和注胶口截止阀开始进行树脂注射；
S400、通过工控计算机和可编程逻辑控制器控制压力电气比例阀，引入指定压力P1的高压气体进而向注射管路内的树脂施加注射压力，此时采集到熔体压力传感器的树脂压力P2，将压力电气比例阀驱动高压气体的压力值P1作为可编程逻辑控制器中PID控制器的输入量，熔体压力传感器测得的树脂压力P2作为可编程逻辑控制器中PID控制器的输出量，通过压力电气比例阀调节高压气体压力P1，进而控制熔体压力传感器测得的树脂压力P2等于工控计算机中在注射过程开始后的t时刻设定的注射工艺压力Pt；
S500、当工业相机监控到树脂的气液界面到达指定位置后，关闭注胶口截止阀。
S600、关闭压力管路截止阀、注胶口截止阀、出胶口截止阀、出胶管路截止阀和真空截止阀，取出熔体压力传感器和树脂收集桶；
S700、提升烘箱的空气温度，使成型模具升至固化温度并完成整个树脂固化过程，同时固化注胶管路中的残留树脂；
S800、对烘箱降温，待成型模具冷却后进行拆模，拆除注胶管路，完成复合材料制件的制备。
(3)有益效果
综上，本发明通过单次使用的低成本的注射管路耗材代替专用树脂注射装置，每次注射过程结束后直接将注射管路在复合材料固化炉中随炉固化即可，提高了注射过程效率，降低了清洗溶剂的使用量。同时，通过按一定方式堆叠的注胶管路存贮注射用的树脂，取代树脂注射装置的同时可以通过观察透明管路中的树脂实时使用量完成高温环境中注胶过程的实时监测。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述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获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的一种复合材料成型模具注射管路系统的结构示意图。
图中：
1-真空源；2-气体压力平衡阀；3-脱泡装置真空截止阀；4-树脂脱泡桶；5-脱泡装置树脂截止阀；6-高压气源；7-压力电气比例阀；8-气体压力截止阀；9-压力管路截止阀；10-注胶管路；11-熔体压力传感器；12-传感器变送器；13-成型模具；14-注胶口截止阀；15-出胶口截止阀；16-纤维预制体；17-树脂收集桶；18-出胶管路截止阀；19-真空源；20-真空截止阀；21-可编程逻辑控制器；22-工控计算机；23-烘箱、24-观察窗、25-工业相机。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例的详细描述和附图用于示例性地说明本发明的原理，但不能用来限制本发明的范围，即本发明不限于所描述的实施例，在不脱离本发明的精神的前提下覆盖了零件、部件和连接方式的任何修改、替换和改进。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参照附图并结合实施例来详细说明本申请。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”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，或者是本发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，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设备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。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。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。
图1是本发明实施例提供的一种复合材料成型模具注射管路系统的结构示意图，该系统可以包括真空源1、气体压力平衡阀2、脱泡装置真空截止阀3、树脂脱泡桶4及脱泡装置树脂截止阀5、高压气源6、压力电气比例阀7、气体压力截止阀8、压力管路截止阀9、注胶管路10、熔体压力传感器11、注胶口截止阀14和可编程逻辑控制器21；其中，
真空源1通过脱泡装置真空截止阀3与树脂脱泡桶4连通，脱泡装置树脂截止阀5设于树脂脱泡桶4的输出口；气体压力平衡阀2设于树脂脱泡桶4上，树脂脱泡桶4的输出端与注胶管路10的输入端连通，注胶管路10的输出端用于与成型模具13的输入端连通，高压气源6与注胶管路10通过第一连接管连通，第一连接管上设有压力电气比例阀7、气体压力截止阀8、压力管路截止阀9；
注胶管路10通过注胶口截止阀14与成型模具13的注胶口连通，熔体压力传感器11设于注胶管路10后端的分路上且与可编程逻辑控制器21连接，压力电气比例阀7与可编程逻辑控制器21连接。
在上述实施方式中，如图1所示，注胶管路10的前端通过三通接头分别与树脂脱泡桶4和高压气源6连接，注胶管路10前端与高压气源6之间接有气体压力截止阀8和压力电气比例阀7，注胶管路10前端与脱泡装置之间接有脱泡装置树脂截止阀5。注胶管路10的前端与三通接头之间接有压力管路截止阀9，注胶管路10的后端与成型模具13注胶口处的注胶口截止阀14相连，熔体压力传感器11通过三通接头连接在注胶管路10的后端的分路上。
其中，注胶管路10是单根管路或多根单管路串联起来的单根管路，可以采用的一种堆叠方式是按单层螺旋状缠绕的方式固定在管路支架上。
该注射管路系统在注射阶段无需采用专用树脂注射装置，通过单次使用的低成本注射管路耗材代替专用树脂注射装置，每次注射过程结束后直接将注射管路在复合材料固化炉中随炉固化即可，提高了注射过程效率，降低了清洗溶剂的使用量。
作为一种可选的实施方式，如图1所示，复合材料成型模具注射管路系统还包括传感器变送器12，熔体压力传感器11通过传感器变送器12与可编程逻辑控制器21连接。其中，通过传感器变送器12能够将熔体压力传感器11获取的电信号进一步放大，确保可编程逻辑控制器21能够更加获取更加精准的实时数据。
作为一种可选的实施方式，如图1所示，复合材料成型模具注射管路系统还包括工控计算机22，工控计算机22与可编程逻辑控制器21连接。
作为一种可选的实施方式，如图1所示，复合材料成型模具注射管路系统还包括出胶口截止阀15及树脂收集桶17，树脂收集桶17通过出胶管路与成型模具13的出胶口连通，出胶口截止阀15设于成型模具13的出胶口。具体地，通过树脂收集桶17能够收集成型模具13从出胶管路流出的树脂。
作为一种可选的实施方式，如图1所示，复合材料成型模具注射管路系统还包括出胶管路截止阀18，出胶管路截止阀18设于出胶管路。
作为一种可选的实施方式，如图1所示，复合材料成型模具注射管路系统还包括真空源19及真空截止阀20，真空源19通过真空截止阀20连通树脂收集桶17。
具体地，通过真空源19及真空截止阀20将注胶管路10与成型模具13一起抽至真空状态。
作为一种可选的实施方式，复合材料成型模具注射管路系统注胶管路10为不锈钢耐压波纹管和/或聚四氟乙烯耐压透明管。
具体地，注胶管路10的材料可以是不锈钢耐压波纹管，也可以是聚四氟乙烯耐压透明管，又或是不锈钢耐压波纹管与四氟乙烯耐压透明管串联而成。注胶管路10呈螺旋状的堆叠设置，这样可以增加管路的长度，当采用串联管路时，其在注胶口截止阀14前的一段管路为四氟乙烯耐压透明管材料的透明段管路，能够通过观察窗24观察管路中的树脂状态，其余的串联段管路可以是四氟乙烯耐压透明管材料的透明段管路或不锈钢耐压波纹管材料的非透明段管路。
作为一种可选的实施方式，如图1所示，复合材料成型模具注射管路系统还包括烘箱23，压力管路截止阀9、注胶管路10及熔体压力传感器11均位于烘箱23的内部。
作为一种可选的实施方式，如图1所示，烘箱23的侧面上开设观察窗24。其中，工业相机25通过烘箱23的观察窗24对注胶管路10中透明段管路的树脂状态进行观察，可以实现高温环境下注射过程中树脂使用量的实时监测，操作人员可以直观判断注射过程结束的时间点，避免了因留出树脂工艺裕量而造成的原材料浪费。
本发明实施例还提供了一种复合材料成型模具注射管路系统的注射方法，该方法可以包括以下步骤：
S100、组装树脂注射管路，根据成型模具13的内腔体积和纤维预制体16的体积分数计算所需树脂的体积，选取对应长度的注胶管路10，可将单根或多根注射管路进行串联，确保管路内的体积大于纤维预制体16填充完毕所需的树脂体积；
S200、当注射管路10与成型模具13上的测温热电偶达到预设温度时，打开气体压力平衡阀2、脱泡装置树脂截止阀5、压力管路截止阀9，关闭脱泡装置真空截止阀3、气体压力截止阀8、注胶口截止阀14，将真空脱泡后的树脂导入注胶管路10，待树脂全部流入注胶管路10后关闭树脂截止阀5；
S300、打开气体压力截止阀8和注胶口截止阀14开始进行树脂注射；
S400、通过工控计算机22和可编程逻辑控制器21控制压力电气比例阀7，引入指定压力P1的高压气体进而向注射管路内的树脂施加注射压力，此时采集到熔体压力传感器11的树脂压力P2，将压力电气比例阀7驱动高压气体的压力值P1作为可编程逻辑控制器21中PID(比例积分微分控制，proportional-integral-derivative)控制器的输入量，熔体压力传感器11测得的树脂压力P2作为可编程逻辑控制器21中PID控制器的输出量，通过压力电气比例阀7调节高压气体压力P1，进而控制熔体压力传感器11测得的树脂压力P2等于工控计算机22中在注射过程开始后的t时刻设定的注射工艺压力Pt；
S500、当工业相机25监控到树脂的气液界面到达指定位置后，关闭注胶口截止阀14；
S600、关闭压力管路截止阀9、注胶口截止阀14、出胶口截止阀15、出胶管路截止阀18和真空截止阀20，取出熔体压力传感器11和树脂收集桶17；
S700、提升烘箱23的空气温度，使成型模具13升至固化温度并完成整个树脂固化过程，同时固化注胶管路10中的残留树脂；
S800、对烘箱23降温，待成型模具13冷却后进行拆模，拆除注胶管路10，完成复合材料制件的制备。
需要明确的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同或相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。本发明并不局限于上文所描述并在图中示出的特定步骤和结构。并且，为了简明起见，这里省略对已知方法技术的详细描述。
以上仅为本申请的实施例而已，并不限制于本申请。在不脱离本发明的范围的情况下对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围内。

Claims (10)

1.一种复合材料成型模具注射管路系统，其特征在于，包括真空源(1)、气体压力平衡阀(2)、脱泡装置真空截止阀(3)、树脂脱泡桶(4)及脱泡装置树脂截止阀(5)、高压气源(6)、压力电气比例阀(7)、气体压力截止阀(8)、压力管路截止阀(9)、注胶管路(10)、熔体压力传感器(11)、注胶口截止阀(14)和可编程逻辑控制器(21)；其中，
所述真空源(1)通过所述脱泡装置真空截止阀(3)与所述树脂脱泡桶(4)连通，所述脱泡装置树脂截止阀(5)设于所述树脂脱泡桶(4)的输出口；所述气体压力平衡阀(2)设于所述树脂脱泡桶(4)上，所述树脂脱泡桶(4)的输出端与所述注胶管路(10)的输入端连通，所述注胶管路(10)的输出端用于与成型模具(13)的输入端连通，所述高压气源(6)与所述注胶管路(10)通过第一连接管连通，所述第一连接管上设有所述压力电气比例阀(7)、所述气体压力截止阀(8)、所述压力管路截止阀(9)；
所述注胶管路(10)通过所述注胶口截止阀(14)与所述成型模具(13)的注胶口连通，所述熔体压力传感器(11)设于所述注胶管路(10)后端的分路上且与所述可编程逻辑控制器(21)连接，所述压力电气比例阀(7)与所述可编程逻辑控制器(21)连接。
2.根据权利要求1所述的复合材料成型模具注射管路系统，其特征在于，还包括传感器变送器(12)，所述熔体压力传感器(11)通过所述传感器变送器(12)与所述可编程逻辑控制器(21)连接。
3.根据权利要求2所述的复合材料成型模具注射管路系统，其特征在于，还包括工控计算机(22)，所述工控计算机(22)与所述可编程逻辑控制器(21)连接。
4.根据权利要求1所述的复合材料成型模具注射管路系统，其特征在于，还包括出胶口截止阀(15)及树脂收集桶(17)，所述树脂收集桶(17)通过出胶管路与所述成型模具(13)的出胶口连通，所述出胶口截止阀(15)设于所述成型模具(13)的出胶口。
5.根据权利要求4所述的复合材料成型模具注射管路系统，其特征在于，还包括出胶管路截止阀(18)，所述出胶管路截止阀(18)设于所述出胶管路。
6.根据权利要求4或5所述的复合材料成型模具注射管路系统，其特征在于，还包括真空源(19)及真空截止阀(20)，所述真空源(19)通过所述真空截止阀(20)连通所述树脂收集桶(17)。
7.根据权利要求1所述的复合材料成型模具注射管路系统，其特征在于，所述注胶管路(10)为不锈钢耐压波纹管和/或聚四氟乙烯耐压透明管。
8.根据权利要求1所述的复合材料成型模具注射管路系统，其特征在于，还包括烘箱(23)，所述压力管路截止阀(9)、所述注胶管路(10)及所述熔体压力传感器(11)均位于所述烘箱(23)的内部。
9.根据权利要求8所述的复合材料成型模具注射管路系统，其特征在于，所述烘箱(23)的侧面上开设观察窗(24)，观察窗外设有工业相机(25)，工业相机(25)与工控计算机(22)连接。
10.一种复合材料成型模具注射管路系统的注射方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
S100，组装树脂注射管路，根据成型模具的内腔体积和纤维预制体的体积分数计算所需树脂的体积，选取对应长度的注胶管路，可将单根或多根注射管路进行串联，确保管路内的体积大于纤维预制体填充完毕所需的树脂体积；
S200、当注射管路与成型模具上的测温热电偶达到预设温度时，打开气体压力平衡阀、脱泡装置树脂截止阀、压力管路截止阀，关闭脱泡装置真空截止阀、气体压力截止阀、注胶口截止阀，将真空脱泡后的树脂导入注胶管路，待树脂全部流入注胶管路后关闭树脂截止阀；
S300、打开气体压力截止阀和注胶口截止阀开始进行树脂注射；
S400、通过工控计算机和可编程逻辑控制器控制压力电气比例阀，引入指定压力P1的高压气体进而向注射管路内的树脂施加注射压力，此时采集到熔体压力传感器的树脂压力P2，将压力电气比例阀驱动高压气体的压力值P1作为可编程逻辑控制器中PID控制器的输入量，熔体压力传感器测得的树脂压力P2作为可编程逻辑控制器中PID控制器的输出量，通过压力电气比例阀调节高压气体压力P1，进而控制熔体压力传感器测得的树脂压力P2等于工控计算机中在注射过程开始后的t时刻设定的注射工艺压力Pt；
S500、当工业相机监控到树脂的气液界面到达指定位置后，关闭注胶口截止阀；
S600、关闭压力管路截止阀、注胶口截止阀、出胶口截止阀、出胶管路截止阀和真空截止阀，取出熔体压力传感器和树脂收集桶；
S700、提升烘箱的空气温度，使成型模具升至固化温度并完成整个树脂固化过程，同时固化注胶管路中的残留树脂；
S800、对烘箱降温，待成型模具冷却后进行拆模，拆除注胶管路，完成复合材料制件的制备。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116100832A (zh) * 2023-02-10 2023-05-12 株洲时代新材料科技股份有限公司 一种聚氨酯材料的连续灌注装置及灌注方法

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