CN115723352A

CN115723352A - 一种可拆卸碳纤维管模具及碳纤维管成型工艺

Info

Publication number: CN115723352A
Application number: CN202211161827.1A
Authority: CN
Inventors: 陈颖; 郑三龙; 娄栋; 蔡智; 王邦杰
Original assignee: Zhejiang University of Technology ZJUT
Current assignee: Zhejiang University of Technology ZJUT
Priority date: 2022-09-23
Filing date: 2022-09-23
Publication date: 2023-03-03

Abstract

一种可拆卸碳纤维管模具及碳纤维管成型工艺，属于碳纤维管成型技术领域。它包括上端盖、下端盖及金属圆筒；上端盖与下端盖相对设置，金属圆筒配合设置在上端盖与下端盖之间并通过螺杆与上端盖及下端盖固定形成一个整体；金属圆筒由小壳体、第一大壳体及第二大壳体拼接成形。本发明将金属圆筒设计成可拆卸的三部分，通过两端端盖上设置的槽孔控制整个可拆金属圆筒成形，保证了金属模具的圆柱度、直线度；内里采用硬质泡沫芯模，可以将圆筒整个撑开而又不会让某部分突出，保证了脱模后的圆管厚度均匀；通过设置的薄膜层可以提高纤维内表面的圆整度和直线度，通过设置的水性离型剂使纤维管表面更均匀光滑，还能够保护模具表面。

Description

一种可拆卸碳纤维管模具及碳纤维管成型工艺

技术领域

本发明属于碳纤维管成型技术领域，具体涉及一种可拆卸碳纤维管模具及碳纤维管成型工艺。

背景技术

由于碳纤维管具有高强度、轻量、耐腐蚀、可设计性能优等特性而广泛用于工程结构，如航空航天、海洋船舶、压力容器与管道。由于产品结构为主承力结构，具有较高的性能要求，要求在严格控制产品厚度、内部质量的同时需要保证纤维的连续性；而且该结构内外圆柱面具有装配关系，需要保证产品脱模后的圆柱度、直线度。

目前针对碳纤维管制造主要有两种工艺，一种是采用热压罐成型，工艺装配采用上下模和芯模结合的模式成型，但是在成型过程中，由于芯模需要承受较大压力而必须具有较强的刚性，这在大多数情况下会造成芯模无法从管制件内取出。

另一种是用预浸料铺层后缠绕热收缩带辅助成型。首先在钢芯模表面按铺层顺序铺放预浸料，然后在预浸料表面直接缠绕热收缩带，最后整体一次固化成型。针对钢芯定制脱模装置，针对性强，但适用范围小，而且由于在脱模过程中薄壁碳纤维管件端头易损伤，虽然增加管梁壁厚可以一定程度上减少磨损，但这无疑增加了碳纤维管的体积与成本，这与当前工程结构中要求的轻型化相驳。

发明内容

针对现有技术中存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种可拆卸碳纤维管模具及碳纤维管成型工艺，脱模方便，能够避免损伤模具和管件，适应碳纤维管轻强化的要求。

本发明提供如下技术方案：

一种可拆卸碳纤维管模具，其特征在于：包括上端盖、下端盖及金属圆筒；所述上端盖与下端盖相对设置，金属圆筒配合设置在上端盖与下端盖之间并通过螺杆与上端盖及下端盖固定形成一个整体；所述金属圆筒由小壳体、第一大壳体及第二大壳体拼接成形。

进一步的，所述上端盖与下端盖上均设有端盖槽，便于对各壳体进行卡槽限位以保证金属圆筒整体的表面圆柱度。

进一步的，所述小壳体的两侧均设有向外倾斜的拼接端面，第一大壳体及第二大壳体的一侧分别设有向内倾斜的拼接端面。

所述的基于一种可拆卸碳纤维管模具的碳纤维管成型工艺，包括以下步骤：

S1、将金属圆筒分割成小壳体、第一大壳体及第二大壳体；

S2、在小壳体、第一大壳体及第二大壳体的外表面和侧面，以及两侧端盖上的端盖槽处均匀涂抹水性离型剂，形成一层离型膜；

S4、将三个壳体插入下端盖上的端盖槽中拼装成一个完整的金属圆筒，并在金属圆筒内部设置硬质泡沫芯模；

S3、合上上端盖，然后通过螺杆及一组紧固连接件将两端的端盖及金属圆筒固定形成一个整体；

S5、在金属圆筒外侧面铺设一层塑料薄膜，增加纤维内表面的圆整度，在塑料薄膜外侧涂抹一层水性离型剂，形成一层离型膜；

S6、在金属圆筒外表面铺贴预浸料或者缠绕纤维带。

S7、在经过步骤S6处理后的金属圆筒的外侧面上缠绕一层热缩带，并进行加热，利用热缩带的热缩特性对复合材料施加均压，达到复合材料的固化工艺要求；

S8、固化成型后，拆开热缩带，拆卸两端的紧固连接件、上下端盖、硬质泡沫芯模及金属圆筒。

进一步的，所述第一大壳体及第二大壳体沿着径向切割，小壳体朝向内侧倾斜切割，形成倾斜的拼接端面。

进一步的，所述金属圆筒的内径大于端盖槽的内径，且外径大于端盖槽的外径。

进一步的，所述硬质泡沫芯模的内径等于螺杆的外径，其外径等于金属圆筒的内径。

通过采用上述技术，与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

1）本发明将金属圆筒设计成可拆卸的三部分，通过两端端盖上设置的槽孔控制整个可拆金属圆筒成形，保证了金属模具的圆柱度、直线度；内里采用硬质泡沫芯模，可以将圆筒整个撑开而又不会让某部分突出，保证了脱模后的圆管厚度均匀；

2）本发明中，通过设置的薄膜层可以提高纤维内表面的圆整度和直线度，通过设置的水性离型剂使纤维管表面更均匀光滑，还能够保护模具表面；

3）本发明中，在设计可拆卸模具时，其中小壳体占比小，小壳体两侧设置倾斜的拼接端面，方便拆卸并且能够避免碳纤维管内表面受损。

附图说明

图1为本发明步骤S2中带槽端盖的平面结构示意图；

图2为本发明步骤S2中可拆卸圆筒的平面结构示意图；

图3为本发明步骤S3中可拆卸碳纤维管模具的立体结构示意图；

图4为本发明步骤S3中圆筒的剖面结构示意图；

图5为本发明步骤S6的整体平面结构示意图；

图6为本发明步骤S8的整体平面结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合说明书附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

相反，本发明涵盖任何由权利要求定义的在本发明的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。进一步，为了使公众对本发明有更好的了解，在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本发明。

请参阅图1-6，一种可拆卸碳纤维管模具，包括上端盖4、下端盖5、金属圆筒、螺杆8、垫片9及螺母10；上端盖4与下端盖5相对设置，金属圆筒设置在上、下端盖之间，并通过螺杆8、垫片9及螺母10与上、下端盖相固定形成一个整体结构。

具体的，金属圆筒由小壳体1、第一大壳体2及第二大壳体3拼接成形；小壳体1的两侧均为倾斜的拼接端面，第一大壳体2及第二大壳体3的一侧分别设有对应的倾斜拼接端面。

具体的，上端盖4与下端盖5上均设有端盖槽，金属圆筒的内径比盖槽的内径大0.8mm，且外径比盖槽的外径大小0.8mm；便于小壳体1、第一大壳体2及第二大壳体3的插入安装，保证金属圆筒整体的圆柱度和直线度。（1mm应该有点偏大，0.8mm差不多）

具体的，螺杆8贯穿上端盖4及下端盖5，并通过一组垫片9及螺母10将上端盖4、金属圆筒及下端盖5相固定成形。

基于可拆卸碳纤维管模具的碳纤维管成型工艺，其包括以下具有步骤：

S1、将一个完整的金属圆筒切割成小壳体1、第一大壳体2及第二大壳体3，小壳体1切割成整体的1/12，并且其切割端面向内倾斜形成45°的倾斜端面，方便拆卸和安装；第一大壳体2及第二大壳体3沿径向方向等分切割，提供主要的圆整度。

S2、在小壳体1、第一大壳体2及第二大壳体3的外表面及其切开的侧面，及上端盖4及下端盖5上得端盖槽处涂抹水性离型剂，在金属表面粘结，等待形成一层光滑的离型膜6，同时也可以保护模具脱模时磨损。如图1所示。

S3、将小壳体1、第一大壳体2及第二大壳体3插入上端盖4的端盖槽内拼接组成完整的金属圆筒，金圆筒内放入等径穿孔的硬质泡沫芯模7，硬质泡沫芯模7的内径等于8螺杆的外径，硬质泡沫芯模7的外径等于金属圆筒的内径；盖上另一端带端盖槽的下端盖5，两端盖通过垫片9密封，并用螺母10拧紧固定。如图2所示。

S4、在整个金属圆筒外表面铺上一层塑料薄膜11，提高整个金属圆筒和预浸料12的密封性，以及成型管件内表面的圆柱度；然后在塑料薄膜11的外表面再次涂一层水性离型剂，离型膜6形成后投入使用。

S5、对经过步骤S4处理后的金属圆筒进行碳纤维预浸料12的卷制成型或者碳纤维不同角度缠绕成型。

S6、从金属圆筒的一端开始均匀的缠绕一层热缩带13，间距控制4mm左右，与预浸料12缠绕贴紧，提高结构致密性和树脂分布均匀性。

其中，热缩带是一种热收缩性塑料，热缩材料在到达收缩温度时开始发生收缩变形，逐渐缩紧，利用热缩特性对复合材料施加均压，达到复合材料的固化工艺要求。

S7、将整个装置根据成型工艺加热固化成型，硬质泡沫芯模7受热膨胀，给金属圆筒的拼接处提供了刚度和压力密闭性；冷却后泡沫会收缩，方便从成型后的碳纤维管件14内取出。

S8、冷却后拆开热缩带13、进行碳纤维管件14脱模：拆卸螺杆8与垫片9及螺母10组成的固定结构，取出两端的上端盖4与下端盖5、硬质泡沫芯模7及小壳体1，然后再取出第一大壳体2及第二大壳体3。

其中，当固化成型后金属圆筒因为外表面的纤维管贴合紧实时，基于小壳体1两边的斜度，会方便其取出操作。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种可拆卸碳纤维管模具，其特征在于：包括上端盖、下端盖及金属圆筒；所述上端盖与下端盖相对设置，金属圆筒配合设置在上端盖与下端盖之间并通过螺杆与上端盖及下端盖固定形成一个整体；所述金属圆筒由小壳体、第一大壳体及第二大壳体拼接成形。

2.根据权利要求1所述的一种可拆卸碳纤维管模具，其特征在于所述上端盖与下端盖上均设有端盖槽，便于对各壳体进行卡槽限位以保证金属圆筒整体的表面圆柱度。

3.根据权利要求2所述的一种可拆卸碳纤维管模具，其特征在于所述小壳体的两侧均设有向外倾斜的拼接端面，第一大壳体及第二大壳体的一侧分别设有向内倾斜的拼接端面。

4.根据权利要求1-3所述的基于一种可拆卸碳纤维管模具的碳纤维管成型工艺，其特征在于包括以下步骤：

S1、将金属圆筒分割成小壳体、第一大壳体及第二大壳体；

S6、在金属圆筒外表面铺贴预浸料或者缠绕纤维带；

5.根据权利要求4所述的基于一种可拆卸碳纤维管模具的碳纤维管成型工艺，其特征在于所述第一大壳体及第二大壳体沿着径向切割，小壳体朝向内侧倾斜切割，形成倾斜的拼接端面。

6.根据权利要求5所述的基于一种可拆卸碳纤维管模具的碳纤维管成型工艺，其特征在于所述金属圆筒的内径大于端盖槽的内径，且外径小于端盖槽的外径。

7.根据权利要求6所述的基于一种可拆卸碳纤维管模具的碳纤维管成型工艺，其特征在于所述硬质泡沫芯模的内径等于螺杆的外径，其外径等于金属圆筒的内径。