CN117621489A - 一种复合材料构件hp-rtm快速成型方法及模具 - Google Patents

Abstract

本发明涉及材料加工技术领域，尤其涉及一种复合材料构件HP‑RTM快速成型方法及模具。一种复合材料构件HP‑RTM快速成型方法，包括：根据拟制备复合材料构件的需求，计算出所需树脂量；安装注胶头前，调节注胶头喷嘴处原料组分压力；将原料预加热、抽真空脱泡处理，调整混胶机流量循环模式；模具准备；铺设纤维制品；压机合模；压机加压；真空保压；树脂注射，保压固化，保压固化后依次进行卸压、破真空、顶针脱模、冷却、去飞边。通过本发明提供的HP‑RTM快速成型方法及模具制备的复合材料构件，成型周期较短，成型效率较高，制造成本较低，制品双面光洁，通过增加坯体预成型及坯体切割步骤，可以制备厚度≥40mm的制品。

Description

一种复合材料构件HP-RTM快速成型方法及模具

技术领域

本发明涉及材料加工技术领域，尤其涉及一种复合材料构件HP-RTM快速成型方法及模具。

背景技术

由于环保和节能的需要，汽车的轻量化已经成为世界汽车发展的潮流。随着汽车轻量化成型技术的发展，以新型复合材料零部件替代传统钣金件在汽车应用上逐渐成为一种趋势。复合材料以优异的性能受到汽车行业的广泛关注，其中复合材料成型工艺一直作为研究的重点。高压树脂传递成型工艺(HP-RTM)作为复合材料先进成型工艺之一，具有短成型周期、高纤维体积分数及先进自动化的优势，己在复合材料生产制造方面得到了广泛的认可。

HP-RTM工艺是指利用高压压力将树脂对冲混合并注入到预先铺设有纤维增强材料和预置嵌件的真空密闭模具内，经树脂流动充模、浸渍、固化和脱模，获得复合材料制品的成型工艺。高的注射压力可以保证树脂在固化前完全被注入模腔并完成渗透。HP-RTM工艺使用干的连续纤维与液态树脂为原料，在模具内通过树脂注射方法涂覆到干纤维表面，进行加热加压，浸润与固化同时完成，然后脱模即可，大大加快了整个生产过程。目前HP-RTM工艺已在一系列车型上获得了应用，主要用于保险杠支架，板簧，侧梁，侧围车顶加强板，后备箱内衬板等结构件的生产。

目前，现有HP-RTM工艺还存在诸多问题亟待解决，包括工艺参数优化不稳定、产品表面干斑、成型周期较长、成本较高，难以生产厚度较厚的制品等问题。因此，如何提供一种工艺简单、投入少、成本较低、制品双面光洁，成型效率高，制品强度高的HP-RTM工艺是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种复合材料构件HP-RTM快速成型方法及模具，至少解决以下技术问题之一：1、工艺参数优化不稳定、产品表面干斑；2、成型周期较长、成型效率较低、制造成本高。3、难以生产厚度较厚的制品。

本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：

一方面，本发明提供了一种复合材料构件HP-RTM快速成型方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1、根据拟制备复合材料构件的需求，通过对拟制备复合材料构件的模拟分析计算出所需树脂量；安装注胶头前，调节注胶头喷嘴处原料组分压力；将原料预加热、抽真空脱泡处理，调整混胶机流量循环模式；

步骤2、清理模具，喷涂外脱模剂；通过温控系统控制模具温度，升温至树脂材料最佳成型温度；

步骤3、按照拟制备复合材料构件铺层设计要求，将纤维布按次序按照图纸裁切并铺叠好；

步骤4、将纤维布放置到模具型腔内，压机下行合模；

步骤5、模具上下模完成闭合、锁紧后，压机加压至一定压力；

步骤6、通过模具抽真空系统控制真空控制阀，打开真空控制阀，对型腔抽真空，根据真空表数值判断真空度，真空度达到工艺数值后，通过真空系统控制真空控制阀关闭使型腔内处于真空状态；

步骤7、按照设定的注射流速与注射时间，在一定的注射压力下进行树脂注射，完成后进行保压固化，保压固化后依次进行卸压、破真空、顶针脱模、冷却、去飞边。

进一步地，所述复合材料构件HP-RTM快速成型方法还包括坯体预成型和坯体切割；

所述坯体预成型是将铺叠好的纤维布转移至烘箱加热保温，转移至预成型压机施加压力压制成型，自然冷却至室温后取出；

所述坯体切割是将压制成型的坯体转移至切割工装上固定，用超声波切割刀将其切割成目标制品形状。

进一步地，所述步骤1中，所述注胶头喷嘴处原料组分压力为100-160bar；所述原料预加热的条件为：树脂温度85-90℃，固化剂温度45-50℃，内脱模剂25-30℃。

进一步地，所述步骤2中，所述模具温度为60-120℃。

进一步地，所述步骤5中，所述压力为1000-9000kN。

进一步地，所述步骤7中，所述原料中，树脂、固化剂和内脱模剂的质量比为：100:23:0-100:25:2；

所述注射流速为30-150g/s，注射时间5-300s，注射压力100-160bar。

进一步地，所述步骤7中，保压固化时间为5-10min。

进一步地，所述步骤1中，混胶机流量循环模式为小流量循环模式。

另一方面，本发明还提供了一种复合材料构件HP-RTM快速成型模具，用于实现所述成型方法，包括：上模、下模、抽真空系统、封胶密封结构、气密封结构、温控系统和压力控制系统，所述上模和下模形成型腔；

所述上模设置有真空控制阀安装口，所述型腔通过真空控制阀安装口内的真空控制阀与所述抽真空系统连接；

所述真空控制阀设置有耐高温O型密封圈和锥形机械密封结构。

进一步地，所述真空控制阀包括阀杆和阀套，阀杆和阀套形成锥形机械密封结构。

与现有技术相比，本发明至少可实现如下有益效果之一：

1、本发明根据拟制备复合材料构件的制备需求，通过对产品的模拟分析计算出所需树脂量，并在树脂注射步骤中通过设定合适的注胶流速和注射压力，保证产品质量。

2、树脂注射过程中，较大的混合注射压力(100-160bar)以及低黏度的树脂，极大地提升了树脂的注射流速，可以使得树脂快速渗透，有利于空气的排出和产品空隙的减少，有利于改善产品质量，缩短了成型工艺周期(5-10min)。

3、现有方法先进行抽真空后进行合模加压的操作，相较于现有方法，本发明先进行合模加压后进行抽真空操作，更有利于产品中气泡的脱除，并且节省操作时间。增加破除真空状态的操作，避免直接开模对模具和设备造成损伤，影响循环生产过程中模具的密封性，进而影响产品质量。

4、现有HP-RTM工艺无法制备厚度超过20mm的制品，本发明采用超声波切割刀，通过优化刀具的振幅，速度以及下刀角度，路径，可以快速高效的切出完整的高质量坯体，提高效率，结合预成型工艺步骤，可以生产出结构复杂，厚度≥40mm的制品。

5、本发明提供一种复合材料构件HP-RTM快速成型模具，通过密封结构的设计使得模具寿命周期得到了有效延长，减少了批量生产中修模次数，通过温度传感系统和压力传感系统可以对模温及注射压力进行精准控制，使树脂在模腔内的固化过程精确可控，降低不良品率，降低工艺调试难度，提高生产效率。

本发明中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过说明书以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。

附图说明

附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。

图1为本发明的方法关键步骤流程示意图；

图2为本发明实施例1制件成品实物图；

图3为本发明实施例2制件成品实物图；

图4为本发明的HP-RTM快速成型模具纵向剖视示意图；

图5为本发明的HP-RTM快速成型模具横向剖视示意图；

图6为本发明的HP-RTM快速成型模具另一纵向剖视示意图；

图7为本发明的HP-RTM快速成型模具真空控制阀密封结构及封胶密封和气密封放大示意图。

附图标记说明如下：

100-上模、101-上模固定板、102-上模垫块、103-上模隔热板、104-上模仁、105-上模保温板、106-压力传感器、107-注射口、108-上模温度传感器、109-导套、110-真空系统、111-气嘴、112-真空管路、113-真空油缸、114-真空控制阀、1141-O型密封圈、1142-阀套、1143-阀杆、115-真空油路、116-真空表、120-上模温度控制器、200-下模、201-下模固定板、202-下模垫块、203-下模隔热板、204-下模仁、205-下模保温板、206-封胶密封、207-气密封、208-支撑块、209-导柱、210-顶出机构、211-推板、212-顶杆、213-顶出油缸、214-下模温度传感器、220-下模温度控制器、300-型腔。

具体实施方式

下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。

本发明提供了一种复合材料构件HP-RTM快速成型方法，包括如下步骤：

步骤1、根据拟制备复合材料构件的需求，通过对拟制备复合材料构件的模拟分析计算出所需树脂量；安装注胶头前，调节注胶头喷嘴处原料组分压力；将原料预加热、抽真空脱泡处理，调整混胶机流量循环模式；

步骤2、清理模具，喷涂外脱模剂；通过温控系统控制模具温度，升温至树脂材料最佳成型温度；

步骤3、按照拟制备复合材料构件铺层设计要求，将纤维布依次按照图纸裁切并铺叠好；

步骤4、将纤维布放置到模具型腔内，压机下行合模；

步骤5、模具上下模完成闭合、锁紧后，压机加压至一定压力；

步骤6、通过模具抽真空系统控制真空控制阀，打开真空控制阀，对型腔抽真空，根据真空表数值判断真空度，真空度达到工艺数值后，通过真空系统控制真空控制阀关闭使型腔内处于真空状态；

步骤7、按照设定的注射流速与注射时间，在一定的注射压力下进行树脂注射，完成后进行保压固化，保压固化后依次进行卸压、破真空、顶针脱模、冷却、去飞边。

具体的，步骤1中所述原料为树脂、固化剂、内脱模剂，注胶头内三组分压力为100-160bar。

三组分压力值需要根据注射流量的需求在100-160bar范围内调节，调高注射流量需要对应调高压力，且三种组分的压力值彼此之间不能相差超过10bar，差值过大会对注胶头造成损坏，影响注射精度。低于100bar，注射压力过低，注射流量太小，影响成型的周期和效果；高于160bar，注胶头承受的压力过大，容易造成设备损坏。

具体的，步骤1中，所述原料预加热的条件为：树脂温度85-90℃，固化剂温度45-50℃，内脱模剂温度25-30℃。

树脂温度85-90℃，固化剂温度45-50℃，内脱模剂25-30℃，该温度条件下树脂、固化剂以及内脱模剂的粘度适中，流动性好，有利于纤维的浸润，提高制件的质量，同时缩短固化成型周期，提高生产效率。

具体的，步骤1中，通过复合材料零部件加工仿真软件对拟制备的目标制品进行模拟分析计算出所需树脂量，为实际生产过程树脂用量提供依据。

本发明所用树脂为环氧树脂，固化剂为胺类固化剂，该树脂体系活性较高，能够快速固化。

具体的，混胶机流量循环模式为小流量循环模式。

为了保证混胶机的正常运转，管路不因树脂温度低不流动造成的粘度增大而堵塞，设备要处于开启状态，保证管路里的树脂处于循环的状态，采用小流量循环模式。需要说明的是，本发明所称小流量循环模式是指流量为正式生产时流量时的1/2。通过外部输入需要的流量数值结合调节计量泵开口大小来调节输送树脂的流量实现小流量循环模式。

具体的，步骤2中所述外脱模剂型号为CLE-705，用量为每次10-20ml。

清理模具杂质，保持模具清洁。外脱模剂在模具表面形成一层光滑的，致密的薄膜，薄膜很好的与模具表面粘结，不易脱离与被破坏，但又不与目标制品发生任何反应与粘连，能把模制品很好的脱落出来。用量每次10-20ml，少量多次进行喷涂，保证外脱模剂完全均匀的涂覆模具表面。

具体的，步骤2中，模具升温至60-120℃。

模具需要升温至60-120℃，低于此温度，树脂黏度大，流动性差导致固化效果不好，高于此温度时，已高于原料的玻璃化转变温度，树脂会立刻固化。

具体的，与现有方法先进行抽真空后进行合模加压的操作，本发明先进行合模加压后进行抽真空操作(步骤4-5与步骤6)，先合模加压后抽真空会更有利于产品中气泡的脱除，并且节省操作时间。

具体的，步骤5中，加压至压力为1000-9000kN。

通过液压机对模具进行加压，液压机由油泵供油至油缸，利用单向阀保压，调节阀控制油压，超过设定值，阀门卸油，保持设定压力。压力满足1000-9000kN，以保证锁模力要大于注射过程中型腔内产生的压力，避免注射的树脂从模具四周溢出或者损坏模具。

具体的，步骤7中完成树脂注射过程，所述原料中树脂、固化剂和所述脱模剂的质量比为100:23:0-100:25:2；注射流速30-150g/s，注射时间5-300s，注射压力100-160bar。

首先需要将混胶机调整到高压循环模式，将所有工艺参数注射流速、注射时间调整到正式生产状态时的参数，小流量循环模式只是保证设备能够维持基本运转的模式，这个状态下设备不能完成注射动作，正式注射时需要调整为高压循环模式。通过高精度的混胶机设定合适的注射流速和注射压力，可以在步骤1模拟产品分析计算所需树脂用量的基础上，进一步地对树脂含量进行精确计量，不会造成树脂浪费。

低注射流速有利于纤维的浸润，高注射流速有利于提高产品的生产效率，综合考虑，本发明树脂注射流速30-250g/s。同时，较大的混合注射压力(100-160bar)以及低黏度的树脂，可以使得树脂快速渗透，有利于空气的排出和产品空隙的减少，有利于改善产品质量。同时，缩短了成型工艺周期(5-10min)。

具体的，保压固化时间为5-10min，保证树脂完全固化。

具体的，与现有工艺相比，增加破除真空状态的操作。这是因为固化完成后模具型腔内部仍然处于真空状态，如果直接开模会对模具和设备有损伤，影响之后生产过程中模具的密封性，进而影响产品质量。

一种复合材料HP-RTM快速成型方法，还包括坯体预成型和坯体切割；

坯体预成型：将铺叠好的纤维布转移至烘箱加热保温，转移至预成型压机施加压力压制成型，自然冷却至室温后取出；

坯体切割：将压制成型的坯体转移至切割工装上固定，用超声波切割刀将其切割成目标制品形状。

具体的，坯体预成型中，烘箱加热温度为130-180℃，时间为60-120min。在该温度和时间范围内，纤维布中定型粉在此条件下融化定型，压制后保证纤维丝束不松散，便于切割。

具体的，坯体切割中，使用超声波切割的条件为：供气压力6-8bar,振幅37-42％，切割速度20-60mm/s。

超声波切割技术，是指通过超声波发生器将电流转化为电能，被转换的高频电能通过换能器再次被转换成为同等频率的机械振动，随后机械振动通过一套可以改变振幅的调幅器装置传递到切割刀。切割刀将接收到的振动能量传递到待切割工件的切割面，对坯体进行切割。

供气压力6-8bar以保证气量足够，刀具能够及时降温延长使用寿命。振幅37-42％，刀具振幅保持在此范围有益于坯体能够有效被切割，同时不会因振动过大导致刀具损伤。切割速度20-60mm/s可以保证切口光滑、牢靠，切边准确，不会变形，不翘边、起毛、抽丝、皱折等。此外，切割时刀尖与地面始终保持90°，切割路径始终与模具外沿保持平行，可以减小切割过程中坯体的形状误差，切割出完整的高质量坯体。

传统切割刀具及技术无法很好切开坯体，导致现有HP-RTM工艺无法制备厚度超过20mm的制品，本发明采用超声波切割刀，通过优化刀具的振幅，速度以及下刀角度，路径，可以快速高效的切出完整的高质量坯体，提高效率，结合预成型工艺步骤，可以生产出结构复杂，厚度≥40mm的制品。

HP-RTM成型工艺具有较大的合模间隙和较高的注射压力，以及采用低粘度树脂，树脂注射流速快等特点，能够大大缩短成型工艺周期。发明人在研究中发现，现有HP-RTM工艺周期长短与生产中修模次数正相关。而修模源于模具注胶口、真空口的堵塞，致使模具密封结构损伤。在循环生产中，模具密封结构损伤易发生真空失效，造成模具整个真空系统充满树脂，给模具及设备带来不可逆的损坏，造成模具的寿命周期较短。

此外，现有模具温控及压力控制精度低，不能有效监测复合材料成型过程的压力变化和温度变化，造成合格样件的试制周期较长，产品的生产成本较高。

基于此，本发明还提供了一种复合材料构件HP-RTM快速成型模具，用于实现上述成型方法。

一种复合材料构件HP-RTM快速成型模具，包括：上模100、下模200、抽真空系统110、封胶密封结构206、气密封结构207、温控系统和压力控制系统，所述上模100和下模200形成型腔300；

所述上模100设置有真空控制阀安装口，所述型腔300通过真空控制阀安装口内的真空控制阀114与所述抽真空系统110连接；

所述真空控制阀114设置有耐高温O型密封圈1141和锥形机械密封结构。

具体的，所述真空控制阀包括阀杆1143和阀套1142，阀杆1143和阀套1142形成锥形机械密封结构。

在一种可能的实施方式中，阀杆1143包括顺次相接的第一等直径段、曲线段和第二等直径段。阀套1142内壁包括直径依次减小且顺次相接的第一等直径段、曲线段和第二等直径段。阀套1142套设于阀杆1143上，阀杆1143的第一等直径段与阀套1142内壁的第一等直径段间隙配合，阀杆1143的曲线段与阀套1142内壁的曲线段过渡配合，阀杆1143的第二等直径段与阀套1142内壁的第二等直径段过渡配合。

本发明成型方法中，模具合模加压后需要抽真空，型腔300通过真空控制阀安装口内的真空控制阀114与抽真空系统110连接。为了便于抽真空，沿树脂流动方向，型腔端部间隙小于型腔中部间隙，真空控制阀一端的型腔端部具有水平开口端，相较于其前端的型腔端部部位，该水平开口端设置扩张段，便于抽真空气流的流动，提高抽真空效率，获得更高的真空率。

真空控制阀安装口设置在上模100，位于上模100和下模200的位于型腔300端部的水平配合段区域内。考虑到型腔300具有预制件容置空间，并提供树脂流动充模空间，HP-RTM工艺具有较大的合模间隙和较高的注射压力，其采用的低粘度树脂具有注射流速快的特点，为了实现抽真空的同时，有效控制加压注射树脂的速度，尽量减少树脂进入真空控制阀的可能，型腔端部的水平开口端的水平长度大于阀套1142第二等直径段的壁厚，但小于阀套1142第二等直径段的壁厚与阀杆1143第二等直径段的直径之和，阀套1142和阀杆1143的配合间隙不完全位于型腔端部的水平开口端的水平区域内。

由于阀套1142和阀杆1143的配合间隙部分位于型腔端部的水平开口端的水平区域内，为了进一步避免树脂进入真空控制阀，引起模具注胶口、真空口的堵塞，致使模具密封结构损伤。本发明的真空控制阀还包括耐高温O型密封圈。

耐高温O型密封圈数量为多个，在一种可能的实施方式中，阀套1142和阀杆1143的配合面设置有三组耐高温O型密封圈1141，第一组和第二组耐高温O型密封圈1141位于阀杆1143的第二等直径段与阀套1142内壁的第二等直径段，第三组耐高温O型密封圈1141位于阀杆1143的曲线段与阀套1142内壁的曲线段。

具体的，阀杆1143的第一等直径段、曲线段和第二等直径段上分别开设有密封圈安装槽，耐高温O型密封圈安装在密封圈安装槽内。

由于型腔是由上模和下模配合形成，为了便于抽真空，真空控制阀安装口的一侧壁与型腔端部的水平开口端边缘平齐，阀套1142与上模的上模仁104过渡配合。为了避免树脂进入阀套1142与上模的上模仁104的配合面内，阀套1142与上模仁104之间设有耐高温O型密封圈1141，阀套1142外表面开设有密封圈安装槽，耐高温O型密封圈1141安装于密封圈安装槽内。

本发明设有四组耐高温O型密封圈1141，三组耐高温O型密封圈沿阀杆1143轴向依次套设在阀杆1143上，且其中第一组和第二组的两组耐高温O型密封圈1141设置在第二等直径段的圆柱配合面部位，第三组耐高温O型密封圈1141设置在曲线段的锥形配合面部位；第四组设置在阀套1142与上模的上模仁104的配合面部位。

为了进一步提高密封性能，沿阀杆1143轴向，第一组耐高温O型密封圈、第二组耐高温O型密封圈、第三组耐高温O型密封圈之间的间距逐渐增大，第四组耐高温O型密封圈位于第二组耐高温O型密封圈、第三组耐高温O型密封圈之间，且第二组耐高温O型密封圈与四组耐高温O型密封圈轴向部分重叠。

为了进一步提高密封性能，第一组耐高温O型密封圈、第二组耐高温O型密封圈、第三组耐高温O型密封圈之间的间距存在如下关系：第一组耐高温O型密封圈设置在阀杆1143第二等直径段的圆柱配合面部位，自下而上第二等直径段长度的1/2处(计量基准为阀杆1143第二等直径段的长度，起点为下端面)，第二组耐高温O型密封圈设置在阀杆1143第二等直径段的圆柱配合面部位，自下而上第二等直径段长度的3/4处(计量基准为阀杆1143第二等直径段的长度，起点为下端面)，第三组耐高温O型密封圈1141设置在阀杆1143的锥形配合面部位，自下而上的阀杆1143曲线段和第二等直径段长度之和的1/2处(计量基准为阀杆1143曲线段和第二等直径段长度之和，起点为下端面)，第四组耐高温O型密封圈设置在阀套1142与上模的上模仁104的配合面部位。第一组耐高温O型密封圈、第二组耐高温O型密封圈、第三组耐高温O型密封圈、第四组耐高温O型密封圈的尺寸满足标准化要求。

通过上述结构设计，本发明的成型循环生产中，模具密封结构不易损伤，从而避免发生真空失效，模具的寿命周期有效延长。

与现有模具相比，本发明采用金属机械密封和耐高温密封圈形式对真空控制阀进行密封，使模具寿命周期得到有效延长，减少了批量生产中修模次数。

需要说明的是，根据HP-RTM成型工艺的特殊性，模具密封结构的寿命直接影响到模具的周期使用寿命，热固性树脂固化前为液态，固化后成固体状态，实际生产中，现有的密封结构很容易致使密封圈损伤或使树脂黏附机械密封部位，在后面的循环生产中，易发生真空系统失效，造成整个真空系统充满树脂，给模具及设备带来不可逆的损坏。针对上述问题，从下往上，真空控制阀部位设置四组耐高温O型密封圈和锥形机械密封，每一组密封结构都起到隔绝树脂和密封的功能，有效防止溢胶及漏气等问题出现，当前一组密封结构失效后，后面的多组密封结构会继续保持有效状态，使生产循环继续不间断进行，可有效的提高模具的使用寿命。

具体的，封胶密封206结构设置在下模仁104分型面上，且位于型腔外侧。气密封207结构设置在封胶密封结构206外侧，靠近模具边缘的一侧，即型腔的水平开口端外侧处依次设置有封胶密封结构206和气密封207结构。

具体的，上模100和下模200端部通过台阶配合，气密封207结构位于上模100和下模200台阶配合面处。

通过封胶密封结构起到封闭真空的效果，气密封结构可以有效的形成二次封闭空间，使整个型腔300空间更可靠。

进一步地，所述上模100包括上模固定板101、上模垫块102、上模隔热板103、上模仁104、上模保温板105、注射口107、导套109。

上模垫块102与上模固定板101连接，上模仁104与上模垫块102另一侧连接，上模仁104与上模垫块102之间安装上模隔热板103，上模保温板105包覆于上模仁104外围，注射口107与上模仁104连接，其中注射口107底端面与上模仁104下端面平齐，导套109与上模仁104连接，且与导柱209同心。注射口107与HP-RTM高压注射成型设备的注胶嘴配合间隙通过耐高温O型密封圈进行密封。

进一步地，所述下模200包括下模固定板201、下模垫块202、下模隔热板203、下模仁204、下模保温板205、支撑块208、导柱209。

下模垫块202与下模固定板201相连，下模垫块202另一端与下模仁204相连，下模垫块202与下模仁204之间安装下模隔热板203，下模保温板205与下模仁204相连，且包覆于下模仁204外侧，支撑块208与下模仁204上端面相连，导柱209与下模仁204上端面相连，且与导套109同心。

具体的，所述温控系统包括上模温控系统和下模温控系统；上模温控系统包括上模温度控制器120和上模温度传感器108。

具体的，所述模具还包括压力控制系统，所述压力控制系统包括压力传感器106。

具体的，所述上模仁104长度为a，所述上模温度传感器108与上模仁104侧面连接，设置于上模仁处，/>处，/>处；所述上模温度控制器120位于上模仁104内部，且与上模仁104侧面相连通。

具体的，所述下模仁204长度和所述上模仁104长度相同，所述下模温度传感器214与下模仁204外侧相连，设置于下模仁处，/>处，/>处；所述下模温度控制器220位于下模仁204内部，且与下模仁204外侧相连通。

具体的，压力传感器106分别设置于上模仁104和型腔300两端连接处，压力传感器106与所述上模仁104相连接，且与所述型腔300上表面相齐。

温控系统和压力控制系统的设置，可有效的反馈整个模腔注射热固性树脂成型过程的压力变化的数据和树脂固化前后模具温度变化的数据，结合试制样件的整体质量数据来调整注射压力及模具温度，可有效的减少合格样件的试制周期，有效的降低产品的生产成本。

具体的，所述下模200包括顶出机构210，所述顶出机构210由推板211、顶杆212、顶出油缸213组成，所述顶杆212上设置耐高温O型密封圈，耐高温O型密封圈为二组，依次设置于顶杆顶出高度以下位置。

为了使得树脂产品同步自动顶出，所述顶杆的数量及位置设置需要满足一定的条件。具体的，所述顶杆212数量为四个，分别设置于所述下模仁处，/>处，/>处，/>处，所述顶杆212与所述推板211连接固定，所述推板211四个端部各设置一个所述顶出油缸213，所述顶出油缸213的一端与所述推板211相连固定，所述顶出油缸213的另一端与下模固定板201相连固定，四个所述顶出油缸213的油路串联。

需要说明的是，所述顶出油缸213顶出时，会同步使所述顶杆212同步顶出，继而使产品平稳顶出，避免所述顶杆212顶出不同步使产品外形损伤，或者产品一端顶出而另一端卡在型腔300内，所述顶杆212同步顶出使生产过程更稳定、可靠，降低了不良品率。

通过本发明提供的HP-RTM快速成型方法及模具制备的复合材料构件，成型周期较短，成型效率较高，制造成本较低，制品双面光洁，通过增加坯体预成型及坯体切割步骤，可以制备厚度≥40mm的制品。

实施例1

一种复合材料构件HP-RTM快速成型方法，用于制备复合材料平板零部件，所述工艺流程包括以下步骤：

(1)通过模拟分析计算出所需树脂量为300g，安装注胶头前，调节注胶头各组分压力为120bar；将HUNTSMAN 3585环氧树脂、HUNTSMAN 3831胺类固化剂、内脱模剂进行预加热、抽真空脱泡处理，树脂温度80℃，固化剂温度45℃，内脱模剂温度25℃；混胶机调整为小流量循环模式；

(2)清理模具表面杂质，启动压机，开模；在模具表面少量多次均匀涂覆外脱模剂CLE-705，每次用量为10ml,模具升温至95℃；

(3)用自动裁切机将碳纤维布按照图纸裁出固定形状尺寸和数量的料片，单层厚度0.6mm,共5层，按照设计顺序铺放至模具中；

(4)压机合模锁紧后施加锁模力5000kN；

(5)打开真空控制阀进行抽真空3min；

(6)抽真空结束，关闭真空控制阀。将混胶机调整为高压循环模式，将HUNTSMAN3585环氧树脂、HUNTSMAN 3831胺类固化剂和QZ12-IRA脱模剂按照质量比100：24：0.5混合均匀后，按照设定的注射流速50g/s与注射时间6s通过安装在模具中的注胶头注射到模具中纤维布上；

(7)保压固化10min，使树脂快速固化成型；固化过程结束后，卸掉压力，打开真空控制阀破除真空环境，开模；开模后取出产品冷却去飞边，即得一种复合材料平板零部件。

实施例2

一种复合材料构件HP-RTM快速成型方法，用于制备复合材料板簧，所述工艺流程包括以下步骤：

(1)通过模拟计算出需要的树脂量为2100g，调节注胶头各组分压力为140bar；将HUNTSMAN 3585环氧树脂、HUNTSMAN 3831胺类固化剂、内脱模剂进行预加热、抽真空脱泡处理，树脂温度80℃，固化剂温度40℃，内脱模剂温度28℃；混胶机调整为小流量循环模式；

(2)清理模具表面杂质，启动压机，开模；在模具表面少量多次均匀涂覆外脱模剂CLE-705，每次用量为15ml，模具升温至90℃；

(3)用自动裁切机将碳纤维布按照图纸裁出固定形状尺寸和数量的料片，裁好的纤维布共34层，单层厚度1.2mm，按照铺层顺序叠放好后转入预成型压机压制，压制完成后取出厚度为40mm的坯体放置在切割工装上固定好，采用安装在机械臂上的超声波切割刀进行切割，供气压力0.65MPa，振幅42％，切割速度20mm/s，刀尖与地面始终保持90°，切割路径始终与模具外沿保持平行，将切割完成的坯体转移至成型模具；

(4)压机合模锁紧后施加锁模力9000kN；

(5)打开真空控制阀进行抽真空5min；

(6)抽真空结束，关闭真空控制阀。将混胶机调整为高压循环模式，将HUNTSMAN3585环氧树脂、HUNTSMAN 3831胺类固化剂和QZ12-IRA脱模剂按照质量比100：24：0.5混合均匀后，按照设定的注射流速70g/s与注射时间30s通过安装在模具中的注胶头注射到模具中纤维布上；

(7)保压固化5min，使树脂快速固化成型；固化过程结束后，卸掉压力，打开真空控制阀破除真空环境，开模；开模后取出产品冷却去飞边，即得一种厚度为40mm的复合材料板簧构件。

表1本发明实施例与现有工艺成型数据对比

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种复合材料构件HP-RTM快速成型方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1、根据拟制备复合材料构件的需求，通过对拟制备复合材料构件的模拟分析计算出所需树脂量；安装注胶头前，调节注胶头喷嘴处原料组分压力；将原料预加热、抽真空脱泡处理，调整混胶机流量循环模式；

步骤2、清理模具，喷涂外脱模剂；通过温控系统控制模具温度，升温至树脂材料最佳成型温度；

步骤3、按照拟制备复合材料构件铺层设计要求，将纤维布依次按照图纸裁切并铺叠好；

步骤4、将纤维布放置到模具型腔内，压机下行合模；

步骤5、模具上下模完成闭合、锁紧后，压机加压至一定压力；

步骤6、通过模具抽真空系统控制真空控制阀，打开真空控制阀，对型腔抽真空，根据真空表数值判断真空度，真空度达到工艺数值后，通过真空系统控制真空控制阀关闭使型腔内处于真空状态；

步骤7、按照设定的注射流速与注射时间，在一定的注射压力下进行树脂注射，完成后进行保压固化，保压固化后依次进行卸压、破真空、顶针脱模、冷却、去飞边。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括坯体预成型和坯体切割；

所述坯体预成型是将铺叠好的纤维布转移至烘箱加热保温，转移至预成型压机施加压力压制成型，自然冷却至室温后取出；

所述坯体切割是将压制成型的坯体转移至切割工装上固定，用超声波切割刀将其切割成目标制品形状。

3.根据权利要求1-2任一项所述的方法，其特征在于，所述步骤1中，所述注胶头喷嘴处原料组分压力为100-160bar；

所述原料预加热的条件为：树脂温度85-90℃，固化剂温度45-50℃，内脱模剂25-30℃。

4.根据权利要求1-2任一项所述的方法，其特征在于，所述步骤2中，所述模具温度为60-120℃。

5.根据权利要求1-2任一项所述的方法，其特征在于，所述步骤5中，所述压力为1000-9000kN。

6.根据权利要求1-2任一项所述的方法，其特征在于，所述步骤7中，所述原料中，树脂、固化剂和内脱模剂的质量比为：100:23:0-100:25:2；

所述注射流速为30-150g/s，注射时间5-300s，注射压力100-160bar。

7.根据权利要求1-2任一项所述的方法，其特征在于，所述步骤7中，保压固化时间为5-10min。

8.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述坯体预成型中，烘箱加热温度为130-180℃，时间为60-120min；

所述坯体切割中，使用超声波切割的条件为供气压力6-8bar,振幅37-42％，切割速度20-60mm/s。

9.一种复合材料构件HP-RTM快速成型模具，用于实现权利要求1-8任一项所述成型方法，包括：上模、下模、抽真空系统、封胶密封结构、气密封结构、温控系统和压力控制系统，所述上模和下模形成型腔；

所述上模设置有真空控制阀安装口，所述型腔通过真空控制阀安装口内的真空控制阀与所述抽真空系统连接；

所述真空控制阀设置有耐高温O型密封圈和锥形机械密封结构。

10.根据权利要求9所述的成型模具，其特征在于，所述真空控制阀包括阀杆和阀套，阀杆和阀套形成锥形机械密封结构。