CN116948356B - 复合板材、冲压成型模具及制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种复合板材、冲压成型模具及制备方法和应用，该复合板材由包括如下组分的原料制成：玻璃纤维布60～65重量份，固化体系35～40重量份；玻璃纤维布为经过无碱化处理的改性玻璃纤维布，且玻璃纤维布为三维编织结构，三维编织结构中的单层厚度为0.16～0.23mm，层间高度为0.2～0.4mm；复合板材中，玻璃纤维布为多块，各块玻璃纤维布之间基本重叠设置而形成多层结构；复合板材为由双酚芴改性环氧树脂和酸酐类固化剂混合形成的混合物浸渍多块玻璃纤维布形成的多层结构并固化而得。本发明的复合板材具有高强度、低密度、高尺寸稳定性等优异性能，可以替代传统的钢材形成冲压成型模具，可以减轻冲压成型模具的重量，降低搬运和装夹难度。

Description

复合板材、冲压成型模具及制备方法和应用
技术领域
本发明涉及一种复合板材、冲压成型模具及制备方法和应用，尤其涉及一种用于形成冲压成型模具的复合板材、飞机燃油管路半管零件用冲压成型模具及制备方法和应用。
背景技术
飞机上燃油管路系统常用的一种铝制半管零件，形状多，用量大，一般是通过冲压成型来实现的。它的结构相对简单，但弯曲度则从60°到150°不等，半管直径大小差异明显，且半管零件数量大、尺寸多。
对于半管零件的冲压成型模具，由于需要承受较大的冲压压力，因此，现有传统的冲压零件成形模具材料一般为金属(为保证零件表面成形质量，多为钢质材料)，如：Q235、45#钢等，虽然模具钢在工业应用中已经十分广泛并形成标准，但仍存在一些先天劣势，如：重量大，搬运及装夹难度大；易锈蚀，保养成本高；模具工装制造周期长，模具需要时效及热处理等工序达到要求；易产生磕碰形变，表面毛刺易划伤产品表面等问题。零件通过模具成形时，需要工人反复搬运，劳动强度大，无法完全适应新型号的研制需要。
近年来，航空工业中复合材质的使用量正在不断地增加。复合材质的主要好处是减轻重量和较简单的装配。CN101112795A公开了一种纤维增强树脂基复合材质传动轴的制造方法，包括以下步骤：一、模具处理；二、成型内衬层，采用缠绕成型，将环氧树脂、固化剂、稀释剂按重量比配制成混合胶液，再将玻璃纤维浸在配置好的上述混合胶液中，通过缠绕机按程序在处理好的模具上缠绕成型内衬层；三、成型结构层，将增强纤维浸在上述混合胶液中，通过缠绕机按照程序在内衬层上缠绕成型结构层；四、成型外标层，将玻璃纤维浸在上述混合胶液中，通过缠绕机按照程序在结构层上缠绕出外表层；五、加压固化，将步骤四的复合材质传动轴及其内的模具同时放入热压釜中固化；六、机械加工，完成固化再自然降温，复合材质传动轴及其内的模具同时放在车床上加工两个端面。该复合材质传动轴可以应用于机械、航空、航天等领域中的传动系统及精密仪器上。CN109605778A公开了一种复合材质机翼固化成型的方法，该方法包括向模具填实复合材质，压实空隙，抽取复合材质中空气，在烘箱中固化成型并进行后处理。
目前，还未有用于形成飞机燃油管路半管零件用冲压成型模具的复合板材、采用该复合板材形成飞机燃油管路半管零件用冲压成型模具及制备方法的相关报道。
发明内容
有鉴于此，本发明的一个目的在于提供一种用于形成冲压成型模具的复合板材。该复合板材具有高强度、低密度、高尺寸稳定性等优异性能，可以替代传统的钢材(例如Q235)形成冲压成型模具，可以减轻冲压成型模具的重量，降低搬运和装夹难度。能够满足航空飞机燃油管路半管零件用冲压成型模具的使用要求，同时可以缩短模具的制造周期，降低操作劳动强度。本发明的另一个目的在于提供如上所述的复合板材的制备方法。本发明的再一个目的在于提供一种飞机燃油管路半管零件用冲压成型模具。本发明的又一个目的在于提供如上所述的冲压成型模具的制备方法。此外，本发明还提供一种用于形成冲压成型模具的复合板材的应用。本发明采用如下技术方案实现上述目的。
一方面，本发明提供一种用于形成冲压成型模具的复合板材，由包括如下组分的原料制成：玻璃纤维布60～65重量份，固化体系35～40重量份；
其中，所述玻璃纤维布为经过无碱化处理的改性玻璃纤维布，且所述玻璃纤维布为三维编织结构，三维编织结构中的单层厚度为0.16～0.23mm，层间高度为0.2～0.4mm；
所述复合板材中，所述玻璃纤维布为多块，各块玻璃纤维布之间基本重叠设置而形成多层结构；
所述固化体系由双酚芴改性环氧树脂和酸酐类固化剂组成，二者的重量比为100:33～37；
所述复合板材为由双酚芴改性环氧树脂和酸酐类固化剂混合形成的混合物浸渍多块玻璃纤维布形成的多层结构并固化而得。
根据本发明所述的复合板材，优选地，三维编织结构中，层间采用玻璃纤维丝束进行连接，层间高度方向上的玻璃纤维丝束大于等于15股/cm，且层间的玻璃纤维丝束为连续的。
根据本发明所述的复合板材，优选地，双酚芴改性环氧树脂和酸酐类固化剂混合形成的混合物的粘度小于等于300mPa·s。
根据本发明所述的复合板材，优选地，所述复合板材的厚度为45～60mm；所述复合板材的密度为1.97～1.99g/cm3，压缩强度为595～630MPa，线膨胀系数为12.2～13.0×10- 6K-1。
另一方面，本发明还提供根据如上所述的用于形成冲压成型模具的复合板材的制备方法，包括如下步骤：
1)提供多块所述玻璃纤维布；将多块玻璃纤维布依次平铺于浸渍模具中，多块玻璃纤维布之间重叠设置，玻璃纤维布在长度方向上和在宽度方向上分别与浸渍模具的侧壁之间的间隔为1～2mm；将浸渍模具抽真空；
2)将双酚芴改性环氧树脂和酸酐类固化剂混合，得到混合物；
3)将混合物输送至浸渍模具中，并使得混合物对玻璃纤维布进行浸渍；
4)浸渍完毕，在55～120℃下进行固化，固化结束后，进行冷却，得到复合板材毛坯；
5)将复合板材毛坯在125～135℃保温2.5～4.5h，自然冷却，得到所述复合板材。
根据本发明所述的制备方法，优选地，浸渍模具的表面粗糙度Ra小于等于0.8μm；将浸渍模具抽真空，真空度为-0.085～-0.1MPa。
根据本发明所述的制备方法，优选地，步骤4)中，浸渍完毕，关闭真空系统，在15～40℃下静置5～8h，接着在55～75℃下保温2～3h，然后在95～105℃下固化1.5～2.5h，再在115～125℃下固化1.5～2.5h，固化结束后，进行冷却至15～40℃，得到复合板材毛坯。
再一方面，本发明还提供一种飞机燃油管路半管零件用冲压成型模具，其包括能够嵌合在一起的凸模和凹模，凸模上具有凸起，所述凸起的形状呈S形、C形或U形，凹模上具有与凸模上的凸起相匹配的凹槽；该冲压成型模具采用如上所述的复合板材形成。
又一方面，本发明还提供根据如上所述的飞机燃油管路半管零件用冲压成型模具的制备方法，包括以下步骤：
(a)下料：按照冲压成型模具的尺寸要求，准备好如上所述的复合板材；并使得所述复合板材的表面粗糙度Ra大于等于6.4μm；
(b)粘接：将粘接剂刮在复合板材的粘接面上，旋转研磨排出粘接剂中的空气，然后将两块复合板材对齐粘接；每次只能粘接一层，待固化后，方可进行下一层复合板材的粘接；
(c)施压固化：将粘接好的复合板材平放，并固定，按照先压中间然后逐步向边缘施压的原则，在复合板材粘接区域的上表面施加配重，然后在15～40℃下固化20～30h，得到冲压成型模具毛坯；
(d)加工：对冲压成型模具毛坯进行加工，得到冲压成型模具，该冲压成型模具包括凸模和凹模。
再有一方面，本发明还提供根据如上所述的用于形成冲压成型模具的复合板材在形成飞机燃油管路半管零件用冲压成型模具中的应用。
本发明的复合板材具有高强度、低密度、高尺寸稳定性等优异性能，可以替代传统的钢材(例如Q235)形成冲压成型模具，可以减轻冲压成型模具的重量，降低搬运及装夹难度，所形成的冲压成型模具不易锈蚀，降低后期保养成本。本发明的复合板材能够满足航空飞机燃油管路半管零件用冲压成型模具的使用要求，同时可以缩短模具的制造周期，降低操作劳动强度。
附图说明
图1为本发明的实施例4、5、6所得的一种飞机燃油管路半管零件用冲压成型模具的实物图。
图2为实施例6的凸模在受到冲压后的状态示意图。
图3为通过实施例6的冲压成型模具采用铝板所得半管零件的实物图。
图4为通过实施例6的冲压成型模具采用冷轧钢板所得半管零件的实物图。
图5为本发明的实施例7所述的另一种飞机燃油管路半管零件用冲压成型模具的结构示意图。
图6为本发明的一种浸渍模具的立体示意图。
附图标记说明：1-凸模，2-凹模；
100-浸渍模具，110-模具本体，120-盖体，121-进料口，122-出料口。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。
<复合板材>
本发明的复合板材为用于形成冲压成型模具的复合板材，其由包括如下组分的原料制成：玻璃纤维布60～65重量份，固化体系35～40重量份。在某些具体的实施方案中，该复合板材仅由如下原料制成：玻璃纤维布60～65重量份，固化体系35～40重量份。例如，玻璃纤维布为60重量份，固化体系为40重量份。或者，玻璃纤维布为65重量份，固化体系为35重量份。或者，玻璃纤维布为63重量份，固化体系为37重量份。
在本发明中，玻璃纤维布为经过无碱化处理的改性玻璃纤维布。无碱化处理为本领域已知的那些，在此不做赘述。玻璃纤维布为三维编织结构，三维编织结构中的单层厚度可以为0.16～0.23mm，优选为0.18～0.23mm，更优选为0.2～0.22mm，层间高度可以为0.2～0.4mm，优选为0.2～0.3mm。三维编织结构中，层间采用玻璃纤维丝束进行连接，层间高度方向上的玻璃纤维丝的丝束大于等于15股/cm，且层间的玻璃纤维丝束为连续的。本发明发现控制玻璃纤维布的三维编织结构在特定范围内，有利于提高所得复合板材的压缩强度、冲击强度等，并同时降低复合板材的密度。
在本发明的复合板材中，玻璃纤维布为多块，例如可以为2块以上，例如可以为2～3块，各块玻璃纤维布之间基本重叠设置而形成多层结构。各块玻璃纤维布之间填充有固化体系。
固化体系由双酚芴改性环氧树脂和酸酐类固化剂组成，二者的重量比为100:33～37，优选为100:34～37，更优选为100:35～36。本发明发现这样的固化体系与本发明的特定结构的玻璃纤维布配合使用，有利于获得高强度、低密度、高尺寸稳定性的复合板材。
双酚芴改性环氧树脂和酸酐类固化剂混合形成的混合物的粘度小于等于300mPa·s。双酚芴改性环氧树脂(可以简称EP树脂)的厂家没有特别限定，可以为上海雄润树脂有限公司。双酚芴改性环氧树脂的粘度为150～400mPa·s。酸酐类固化剂可以购自上海雄润树脂有限公司。酸酐类固化剂的粘度为150～300mPa·s。
所述复合板材为由双酚芴改性环氧树脂和酸酐类固化剂混合形成的混合物浸渍多块玻璃纤维布形成的多层结构并固化而得。在本发明中，所得复合板材的厚度为45～60mm，优选为47～55mm，更优选为50～52mm。复合板材的密度为1.97～1.99g/cm3。压缩强度为595～630MPa，例如可以为597MPa、605MPa、627MPa。线膨胀系数为12.2～13.0×10-6K-1。这样厚度的复合板材有利于根据需要形成设定厚度的冲压成型模具，且密度较小，这样可以减轻冲压成型模具的重量并保证其强度。
<复合板材的制备方法>
本发明的复合板材的制备方法包括如下步骤：(1)铺设玻璃纤维布；(2)混合固化体系；(3)真空浸渍；(4)固化；(5)加热去应力。下面进行详细描述。
铺设玻璃纤维布
提供多块如上所述的玻璃纤维布。可以为2块以上，例如为3块。
将多块玻璃纤维布依次平铺于浸渍模具中，多块玻璃纤维布之间重叠设置，玻璃纤维布在长度方向上和在宽度方向上分别与浸渍模具的侧壁之间的间隔为1～2mm。这样有利于固化体系形成的混合物浸渍玻璃纤维布。
在本发明的某些实施方案中，浸渍模具包括模具本体、盖板。模具本体具有底壁和侧壁，侧壁设置于底壁上，侧壁可以围合形成呈长方体结构的容纳空间。盖板上靠近一端部设置有进料口，进料口可以设置一个以上。盖板上靠近另一端部设置有出料口。出料口可以排出固化体系的混合物。进料口和出料口均可以通过旋塞控制开闭。盖板能够封闭容纳空间。盖板的四周可以用螺栓紧固。浸渍模具可以密封，可以抽真空呈负压状态。
铺好玻璃纤维布之后，将浸渍模具抽真空。
混合固化体系
将双酚芴改性环氧树脂和酸酐类固化剂混合，得到混合物。
双酚芴改性环氧树脂的粘度为150～400mPa·s，来源没有特别限制，例如，可以购自于上海雄润树脂有限公司。酸酐类固化剂可以选自邻苯二甲酸酐、四氢苯酐、六氢苯酐中的一种，优选为邻苯二甲酸酐。酸酐类固化剂的粘度为150～300mPa·s，来源没有特别限制，例如，可以购自于上海雄润树脂有限公司。
双酚芴改性环氧树脂和酸酐类固化剂的100:33～37，优选为100:34～37，更优选为100:35～36。本发明发现这样的固化体系与本发明的特定结构的玻璃纤维布配合使用，有利于获得高强度、低密度、高尺寸稳定性的复合板材。
在混合前，可以将双酚芴改性环氧树脂进行预热脱气，预热温度为40～60℃，真空度为-0.02～-0.03MPa，预热时间为1.5～3h。酸酐类固化剂进行搅拌脱气，真空度控制在-0.01～-0.02MPa，搅拌时间为1～2h。然后将双酚芴改性环氧树脂和酸酐类固化剂按照用量比进行混合。混合时控制真空度为-0.025～-0.03MPa，搅拌时间15～20min。搅拌完成的混合物输送至浸渍模具中，准备进行浸渍操作。
真空浸渍
将混合物输送至浸渍模具中，并使得混合物对玻璃纤维布进行浸渍。
在某些实施方案中，可以将混合物通过输送管道输送至浸渍模具中，输送管道远离浸渍模具的一端施加压力，使得混合物(即混合后的固化体系)流向浸渍模具，流速可以为350～600ml/min，优选为400～600ml/min，例如可以为400ml/min，450ml/min，500ml/min，600ml/min。至浸渍模具的出料口有混合物溢出。然后关闭进料口。真空状态下浸渍玻璃纤维布。浸渍时间则根据模具大小和复合板材的厚度来确定。
固化
浸渍完毕，在55～120℃下进行固化，固化结束后，进行冷却，得到复合板材毛坯。
浸渍完毕后，关闭浸渍模具的真空系统，静置6～8h，然后进行固化。在55～120℃下进行固化具体包括：在55～75℃下保温2～3h，再在95～105℃下固化1.5～2.5h，然后在115～125℃下固化1.5～2.5h。
在固化结束后，冷却至室温，进行脱模，得到复合板材毛坯。
加热去应力
将复合板材毛坯在125～135℃保温2.5～4.5h，自然冷却，得到所述复合板材。这样有利于使复合板材内部集聚的内应力充分释放，使得复合板材各处的力学性能分散均匀，提升复合板材的整体的力学性能水平。
在本发明中，可以将复合板材毛坯在125℃、130℃或135℃下保温。优选为125～130℃。保温时间可以为2.5～4.5h，优选为2.5～4h，更优选为3～3.5h。
<飞机燃油管路半管零件用冲压成型模具>
本发明还提供一种飞机燃油管路半管零件用冲压成型模具，该冲压成型模具包括能够嵌合在一起的凸模和凹模，凸模上具有凸起，所述凸起的形状呈类似S形、C形或U形，凹模上具有与凸模上的凸起相对应的凹槽。该冲压成型模具采用如上所述的复合板材形成。
这样的冲压成型模具密度小，重量轻，强度较高，尺寸稳定性好，能够满足航空飞机燃油管路半管零件用冲压成型模具的使用要求，并且相对于传统的钢材材质，可以明显降低冲压成型模具的重量，降低搬运和装夹难度。
<冲压成型模具的制备方法>
本发明还提供如上所述的飞机燃油管路半管零件用冲压成型模具的制备方法，包括以下步骤：
(a)下料：按照冲压成型模具的尺寸要求，准备好如上所述的复合板材；并使得所述复合板材的表面粗糙度Ra大于等于6.4μm；
(b)粘接：将粘接剂均匀刮在复合板材的粘接面上，旋转研磨排出粘接剂中的空气，然后将两块复合板材对齐粘接；每次只能粘接一层，待固化后，方可进行下一层复合板材的粘接；
(c)施压固化：将粘接好的复合板材平放，并固定，按照先压中间然后逐步向边缘施压的原则，在复合板材粘接区域的上表面施加配重，然后在15～40℃下固化20～30h，得到冲压成型模具毛坯；
(d)加工：按照冲压成型模具的图纸要求，对冲压成型模具毛坯进行加工，得到冲压成型模具，包括凸模和凹模。
在步骤(b)中，复合板材的粘接可以采用双组分环氧树脂粘接剂(包括粘接剂主剂和固化剂，固化剂可以为胺类固化剂)。粘接前，需清理粘接面，保证干净、干燥、无尘、无油；按比例称取粘接剂主剂及固化剂，搅拌均匀，采用专用刮板以倾斜60°角度将粘接剂贯穿式均匀刮在复合板材粘接面上，每个区域均需涂抹，不能出现遗漏。将涂抹后的复合板材倾斜着缓慢放下，旋转研磨排出粘接剂中的空气，然后对齐粘接。
在步骤(c)中，可以用定位卡爪进行固定粘接好的复合板材。
在步骤(d)中，采用金刚石刀具或硬质合金刀具对冲压成型模具毛坯进行加工。分别加工出凸起和凹槽的结构。这样有利于形成强度高、尺寸稳定性好的冲压成型模具。
<应用>
本发明还提供如上所述的用于形成冲压成型模具的复合板材在形成飞机燃油管路半管零件用冲压成型模具中的应用。
<测试方法>
密度测量：按照ASTM D792第5条进行测试，测试温度23±2℃，测试5个试样，取平均值。
玻璃化转变温度测量：按照GB/T 22567-2008第5条进行测试，温度范围50～90℃，升温速率5℃/min，测试5个试样，取平均值。
拉伸强度：按照GB/T 1040.1-2008中第9条进行测试，测试温度23±2℃，拉伸速率5mm/min，测试5个试样，取平均值。
压缩强度：按照GB/T 1041-2008中第9条进行测试，测试温度23±2℃，压缩速率5mm/min，测试5个试样，取平均值。
线膨胀系数：按照ASTM D696-2016中第9条进行测试，温度范围25～80℃，压缩速率测试5个试样，取平均值。
冲击强度：按照GBT1843-2008中第7条进行测试，测试温度23±2℃，测试5个试样，取平均值。
以下对原料来源进行说明：
双酚芴改性环氧树脂：购于上海雄润树脂有限公司，液态，浅黄色透明液体。批号为：S2212004。
酸酐类固化剂为邻苯二甲酸酐固化剂，购于上海雄润树脂有限公司，液态，浅棕色透明液体。批号为：H-2211008。
脱模剂，购自于肯天(上海)贸易有限公司，型号为UN1866。
环氧树脂类粘结剂，来自于重庆渝启欣科技发展有限公司，型号为M1062。
实施例1
本实施例的用于形成冲压成型模具的复合板材由如下组分的原料制成：玻璃纤维布60份，固化体系40份。
其中，所述玻璃纤维布为经过无碱化处理的改性玻璃纤维布，且所述玻璃纤维布为三维编织结构，三维编织结构中的单层厚度为0.23mm，层间高度为0.2mm；层间采用玻璃纤维丝束连接，层间高度方向上的玻璃纤维丝的丝束为15股/cm，且层间的玻璃纤维丝束需连续。
所述复合板材中，所述玻璃纤维布为3块，3块玻璃纤维布之间基本重叠设置而形成多层结构；
固化体系由双酚芴改性环氧树脂和酸酐类固化剂组成，二者的质量比为100:37。复合板材由双酚芴改性环氧树脂和酸酐类固化剂混合形成的混合物浸渍多块玻璃纤维布形成的多层结构并固化而得。
本实施例的复合板材的具体制备方法如下：
1)使用前，先将浸渍模具100(45#钢模，表面粗糙度Ra为0.8μm)表面擦拭干净，置于烘箱内加热至75℃保温2h，喷涂UN1866脱模剂2遍，擦拭均匀，自然降温备用。
提供上述的3块玻璃纤维布；将3块玻璃纤维布依次平铺于浸渍模具100中，多块玻璃纤维布之间重叠设置，玻璃纤维布在长度方向上和在宽度方向上分别与浸渍模具100的侧壁之间的间隔为1mm；铺贴完毕后，检查四周密封，合上浸渍模具100的上端盖板120，四周用螺栓紧固。将浸渍模具100抽真空处理，真空度控制在-0.1MPa，确保各处不漏气。
2)将双酚芴改性环氧树脂置于预热搅拌罐中进行预热脱气，预热温度在40℃，真空度为-0.02MPa，预热时间为2h。酸酐类固化剂置于固化剂罐中进行搅拌脱气，真空度控制在-0.02MPa，搅拌时间为2h。然后将双酚芴改性环氧树脂和酸酐类固化剂在真空度为-0.03MPa下搅拌混合20min，得到混合物。
3)将混合物以600ml/min的流动速度通过管道输送至浸渍模具100中，至浸渍模具100的出料口122有混合物溢出为宜，使得混合物对玻璃纤维布进行浸渍，浸渍时浸渍模具100始终处于真空负压状态下，以尺寸为1000*500*55mm的浸渍模具100为例，浸渍时间约为100min。
如图6所示，浸渍模具100包括模具本体110、盖板120。模具本体110具有底壁和侧壁，侧壁设置于底壁上，侧壁可以围合形成呈长方体结构的容纳空间。盖板120上靠近一端部设置有进料口121，盖板120上靠近另一端部设置有出料口122。盖板120可以通过螺栓与模具本体110之间固定连接，从而将模具本体110封闭。
4)浸渍完毕，关闭浸渍模具100真空系统，室温下静置8h，随后升温至75℃保温3h，再在105℃下固化2h、125℃下固化2h，固化结束后，冷却至室温，脱模，得到复合板材毛坯。
5)将复合板材毛坯水平地置于烘箱中并在135℃下保温4h，自然冷却，得到所述复合板材。
实施例2
本实施例的用于形成冲压成型模具的复合板材由如下组分的原料制成：玻璃纤维布65份，固化体系35份。
其中，所述玻璃纤维布为经过无碱化处理的改性玻璃纤维布，且所述玻璃纤维布为三维编织结构，三维编织结构中的单层厚度为0.16mm，层间高度为0.4mm；层间采用玻璃纤维丝束连接，层间高度方向上的玻璃纤维丝束为15股/cm，且层间的玻璃纤维丝束需连续。
所述复合板材中，所述玻璃纤维布为3块，3块玻璃纤维布之间基本重叠设置而形成多层结构；
固化体系由双酚芴改性环氧树脂和酸酐类固化剂组成，二者的质量比为100:33。复合板材由双酚芴改性环氧树脂和酸酐类固化剂混合形成的混合物浸渍多块玻璃纤维布形成的多层结构并固化而得。
本实施例的复合板材的具体制备方法如下：
1)使用前，先将浸渍模具100(45#钢模，表面粗糙度Ra为0.8μm)表面擦拭干净，置于烘箱内加热至85℃保温3h，喷涂UN1866脱模剂3遍，擦拭均匀，自然降温备用。
提供上述的3块玻璃纤维布；将3块玻璃纤维布依次平铺于浸渍模具100中，多块玻璃纤维布之间重叠设置，玻璃纤维布在长度方向上和在宽度方向上分别与浸渍模具100的侧壁之间的间隔为1mm；铺贴完毕后，检查四周密封，合上浸渍模具100的上端盖板120，四周用螺栓紧固。将浸渍模具100抽真空处理，真空度控制在-0.085MPa，确保各处不漏气。
2)将双酚芴改性环氧树脂置于预热搅拌罐中进行预热脱气，预热温度在60℃，真空度为-0.03MPa，预热时间为3h。酸酐类固化剂置于固化剂罐中进行搅拌脱气，真空度控制在-0.01MPa，搅拌时间为1h。然后将双酚芴改性环氧树脂和酸酐类固化剂在真空度为-0.025MPa下搅拌混合15min，得到混合物。
3)将混合物以400ml/min的流动速度通过管道输送至浸渍模具100中，至浸渍模具100的出料口122有混合物溢出为宜，使得混合物对玻璃纤维布进行浸渍，浸渍时浸渍模具100始终处于真空负压状态下。本实施例与实施例1所采用的浸渍模具100的结构相同。
4)浸渍完毕，关闭浸渍模具100真空系统，室温下静置6h，随后升温至55℃保温2h，再在95℃下固化2h、115℃下固化2h，固化结束后，冷却至室温，脱模，得到复合板材毛坯。
5)将复合板材毛坯水平地置于烘箱中并在125℃下保温3h，自然冷却，得到所述复合板材。
实施例3
除了以下设置，其余与实施例2相同：
所述玻璃纤维布的三维编织结构中的单层厚度为0.20mm，层间高度为0.3mm。固化体系中的双酚芴改性环氧树脂和酸酐类固化剂的质量比为100:35。
实施例1至3中所得复合板材的厚度为50～52mm。
表1
从表中可以看出，对比Q235钢材，实施例1-3中所得的复合板材采用的特殊基材处理工艺、树脂配方浸渍及固化工艺，得到的复合板材的密度降低约4倍，其拉伸强度基本与Q235钢材持平，压缩强度也远高于Q235钢材的屈服强度，线膨胀系数也与Q235钢材持平，能够保证形成尺寸稳定性的冲压成型模具。
本发明的复合板材以表面活化的玻璃纤维布作为基材，为材料整体强度提供了支撑；玻璃纤维布采用三维网络编织结构，可以避免玻璃纤维布层间强度低的问题；基材内部通过浸渍特定份数的双酚芴改性环氧树脂体系，提升树脂体系的整体强度，两者有机结合，使该复合板材的整体强度指标明显提升，使得该复合板材具有高强度、低密度、高尺寸稳定性等优异性能，能够满足航空飞机燃油管路半管零件用冲压成型模具的使用要求，这样可以减轻冲压成型模具的重量的同时保证其强度，可以降低搬运和装夹难度，还不易锈蚀，降低后期维护成本，同时采用该复合板材还可以缩短模具的制造周期，降低操作劳动强度。
实施例4
本实施例提供一种飞机燃油管路半管零件用冲压成型模具，其包括能够嵌合在一起的凸模1和凹模2，凸模1上具有类似S形的凸起，凹模2上具有与该凸起相对应的凹槽。如图1所示。该冲压成型模具采用实施例1所述的复合板材形成。凸模1和凹模2均为半模。半模的高度不低于150mm。
该冲压成型模具的制备方法包括以下步骤：
(a)下料：按照冲压成型模具的尺寸要求，对采用实施例1的方法形成的复合板材进行下料。复合板材的表面粗糙度Ra大于等于6.4μm。
(b)粘接：粘接前，需清理复合板材的粘接面，保证干净、干燥、无尘、无油；按照质量比为1:0.6的比例称取M1062粘接剂主剂及固化剂，搅拌均匀，采用刮板以将粘接剂贯穿式均匀刮在板材粘接面上，每个区域均需涂抹，不能出现遗漏。每1m2粘接面积的粘接剂用量为0.7～0.8kg。将涂抹后的板材倾斜着缓慢放下，旋转研磨排出粘接剂中的空气，然后将两块复合板材对齐粘接。为保证板材粘接质量，每次只能粘接一层，待固化后，方可进行下一层板材的粘接。
(c)施压固化：将粘接好的板材放在铺好保鲜膜的平台上，按照先压中间然后逐步向边缘施压的原则，在板材粘接区域的上表面施加配重，配重则根据粘接层厚度进行调节，四周用定位卡爪进行固定，避免板材出现滑动情况。常温固化24h。得到冲压成型模具毛坯。
(d)加工：按照冲压成型模具的图纸要求，采用带涂层的金刚石刀具或硬质合金刀对冲压成型模具毛坯进行加工，得到冲压成型模具。包括凸模1和凹模2。如图1所示。该冲压成型模具的成型圆弧角度约80°。圆弧角度越小，对冲压成型模具的要求越高。
实施例5
本实施例提供一种飞机燃油管路半管零件用冲压成型模具，其包括能够嵌合在一起的凸模1和凹模2，凸模1上具有类似S形的凸起，凹模2上具有与该凸起相对应的凹槽。如图1所示。该冲压成型模具采用实施例2所述的复合板材形成。制备方法同实施例4。
实施例6
本实施例提供一种飞机燃油管路半管零件用冲压成型模具，其包括能够嵌合在一起的凸模1和凹模2，凸模1上具有类似S形的凸起，凹模2上具有与该凸起相对应的凹槽。如图1所示。该冲压成型模具采用实施例3所述的复合板材形成。制备方法同实施例4。
实施例7
本实施例提供一种飞机燃油管路半管零件用冲压成型模具，其包括能够嵌合在一起的凸模1和凹模2，凸模1上具有类似C形的凸起，凹模2上具有与该凸起相对应的凹槽。该冲压成型模具采用实施例3所述的复合板材形成。见图5。制备方法同实施例4。
为验证复合板材的强度是否满足半管零件冲压成型模具的使用要求，本发明选择实施例6所得的采用复合板材形成半管零件用冲压成型模具，并验证其对不同材质的冲压成型质量。
分别选取1.0mm铝板和1.0mm冷轧钢板，进行不同冲压压力的对比验证，分别施加50T、100T、150T、200T、300T压力，反复进行多次冲压成型，试验后模具均保持较好的稳定性，工作面产品表面光滑，弧面过度顺滑，未发现褶皱、毛刺、崩边、裂缝、拉伤、变形等不良现象。冲压成型模具未发生变形、开裂等异常现象。冲压成型模具冲压后的状态示意图见图2。采用铝板和冷轧钢板所得半管零件分别见图3和图4。
由此可知，该复合板材可以代替传统钢材形成半管零件的冲压成型模具，并具备优良的加工、成型及使用特性。此外，本发明的复合板材还不易对金属表面产生划伤等问题。
本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员可以想到的任何变形、改进、替换均落入本发明的范围。

Claims (8)

1.一种用于形成冲压成型模具的复合板材，其特征在于，仅由如下组分的原料制成：玻璃纤维布60～65重量份，固化体系35～40重量份；
其中，所述玻璃纤维布为经过无碱化处理的改性玻璃纤维布，且所述玻璃纤维布为三维编织结构，三维编织结构中的单层厚度为0.16～0.23mm，层间高度为0.2～0.4mm；三维编织结构中，层间采用玻璃纤维丝束进行连接，层间高度方向上的玻璃纤维丝束大于等于15股/cm，且层间的玻璃纤维丝束为连续的；
所述复合板材中，所述玻璃纤维布为多块，各块玻璃纤维布之间基本重叠设置而形成多层结构；
所述固化体系由双酚芴改性环氧树脂和酸酐类固化剂组成，二者的重量比为100:33～37；
所述复合板材为由双酚芴改性环氧树脂和酸酐类固化剂混合形成的混合物浸渍多块玻璃纤维布形成的多层结构并固化而得，具体包括如下步骤：
1)提供多块所述玻璃纤维布；将多块玻璃纤维布依次平铺于浸渍模具中，多块玻璃纤维布之间重叠设置，玻璃纤维布在长度方向上和在宽度方向上分别与浸渍模具的侧壁之间的间隔为1～2mm；将浸渍模具抽真空；其中，浸渍模具包括模具本体、盖板；模具本体具有底壁和侧壁，侧壁设置于底壁上；盖板上靠近一端部设置有进料口，盖板上靠近另一端部设置有出料口，浸渍模具可以密封，可以抽真空呈负压状态；
2)将双酚芴改性环氧树脂和酸酐类固化剂混合，得到混合物；
3)将混合物通过输送管道输送至浸渍模具中，输送管道远离浸渍模具的一端施加压力，使得混合物流向浸渍模具，至浸渍模具的出料口有混合物溢出，然后关闭进料口，使得混合物对玻璃纤维布进行浸渍；真空状态下浸渍；
4)浸渍完毕，在55～120℃下进行固化，固化结束后，进行冷却，得到复合板材毛坯；
5)将复合板材毛坯在125～135℃保温2.5～4.5h，自然冷却，得到所述复合板材。
2.根据权利要求1所述的复合板材，其特征在于：双酚芴改性环氧树脂和酸酐类固化剂混合形成的混合物的粘度小于等于300mPa·s。
3.根据权利要求1～2任一项所述的复合板材，其特征在于，所述复合板材的厚度为45～60mm；所述复合板材的密度为1.97～1.99g/cm3，压缩强度为595～630MPa，线膨胀系数为12.2～13.0×10-6K-1。
4.根据权利要求1～3任一项所述的用于形成冲压成型模具的复合板材的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)提供多块所述玻璃纤维布；将多块玻璃纤维布依次平铺于浸渍模具中，多块玻璃纤维布之间重叠设置，玻璃纤维布在长度方向上和在宽度方向上分别与浸渍模具的侧壁之间的间隔为1～2mm；将浸渍模具抽真空；其中，浸渍模具包括模具本体、盖板；模具本体具有底壁和侧壁，侧壁设置于底壁上；盖板上靠近一端部设置有进料口，盖板上靠近另一端部设置有出料口，浸渍模具可以密封，可以抽真空呈负压状态；
2)将双酚芴改性环氧树脂和酸酐类固化剂混合，得到混合物；
3)将混合物通过输送管道输送至浸渍模具中，输送管道远离浸渍模具的一端施加压力，使得混合物流向浸渍模具，至浸渍模具的出料口有混合物溢出，然后关闭进料口，使得混合物对玻璃纤维布进行浸渍；真空状态下浸渍；
4)浸渍完毕，在55～120℃下进行固化，固化结束后，进行冷却，得到复合板材毛坯；
5)将复合板材毛坯在125～135℃保温2.5～4.5h，自然冷却，得到所述复合板材。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，浸渍模具的表面粗糙度Ra小于等于0.8μm；将浸渍模具抽真空，真空度为-0.085～-0.1MPa。
6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤4)中，浸渍完毕，关闭真空系统，在15～40℃下静置5～8h，接着在55～75℃下保温2～3h，然后在95～105℃下固化1.5～2.5h，再在115～125℃下固化1.5～2.5h，固化结束后，进行冷却至15～40℃，得到复合板材毛坯。
7.一种飞机燃油管路半管零件用冲压成型模具，其特征在于，其包括能够嵌合在一起的凸模和凹模，凸模上具有凸起，所述凸起的形状呈S形、C形或U形，凹模上具有与凸模上的凸起相匹配的凹槽；该冲压成型模具采用权利要求3所述的复合板材形成。
8.根据权利要求7所述的飞机燃油管路半管零件用冲压成型模具的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(a)下料：按照冲压成型模具的尺寸要求，准备好权利要求3所述的复合板材；并使得所述复合板材的表面粗糙度Ra大于等于6.4μm；
(b)粘接：将粘接剂刮在复合板材的粘接面上，旋转研磨排出粘接剂中的空气，然后将两块复合板材对齐粘接；每次只能粘接一层，待固化后，方可进行下一层复合板材的粘接；
(c)施压固化：将粘接好的复合板材平放，并固定，按照先压中间然后逐步向边缘施压的原则，在复合板材粘接区域的上表面施加配重，然后在15～40℃下固化20～30h，得到冲压成型模具毛坯；
(d)加工：对冲压成型模具毛坯进行加工，得到冲压成型模具，该冲压成型模具包括凸模和凹模。
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