CN205238597U - 纤维增强树脂基复合材料圆管的成型模具 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种纤维增强树脂基复合材料圆管的成型模具，包括上盖板、围框、型芯以及下盖板，围框包围在型芯外围一周，上、下盖板设置在型芯的两端；在型芯整体呈圆柱状，其上端设有一孔，该孔沿型芯的轴向设置，并且与型芯的外部相通；围框上分布有若干出胶口，其内表面与型芯间有间隙，该间隙与圆管管壁厚度大致相同；上盖板上与型芯上孔的对应位置处设有注胶孔，上、下盖板与围框间采用紧固件连接；上述纤维增强树脂基复合材料圆管的成型方法过程中所用到的主要模具，该方法及成型设备成本低廉，结构简单易操作，适应性广、复合快捷，树脂注射均匀、稳定，且注胶压力、速度可调，可选树脂体系多样，成品质量良好，整体性能优异。

Description

纤维增强树脂基复合材料圆管的成型模具

技术领域

本实用新型提供一种纤维增强树脂基复合材料圆管的整体成型方法及成型模具，属于复合材料制造技术领域。

背景技术

纤维增强树脂基复合材料圆管广泛的应用于石油、船舶及航空航天等其他高性能、低重量要求的结构中。纤维增强树脂基复合材料圆管构件具有较高的比强度和比刚度、小线膨胀系数抗疲劳和阻尼性能良好等优点。这些应用主要包括可移动桥梁构件，直升飞机中的支撑构件和推拉杆及其它类似的飞行器结构构件，航天器及卫星的天线支架、太阳能电池帆板支架以及未来大型空间站的结构构件等。其对于减小结构自重、提高有效荷载具有重大意义。

纤维增强树脂基复合材料圆管的成型方法有很多种，如树脂膜熔渗工艺(RFI)、树脂传递模塑成型工艺(RTM)和热压罐成型工艺。

其中，RFI工艺对于树脂体系的要求过于严格；其工艺方法对于形状复杂的小型制件成型较为困难，如圆管结构；此外，RFI工艺中的树脂用量不宜控制，不仅存在一定的浪费现象，也需对多余树脂进行大量的清除工作。

传统的热压罐法虽然能够实现结构的整体成型，但因其加工成本过高而在实际应用中受到了限制。

树脂传递模塑成型工艺(RTM)作为一种低成本的液态整体成型方法，比较适合于纤维增强树脂基复合材料圆管的工业化生产。但是常见的一些利用RTM工艺制备的纤维增强树脂基复合材料圆管的整体性较差，圆管易产生分层、内部多气泡等缺陷，影响结构的应用，因此需采取一些措施加以改进。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种工艺简单、成本低廉，操作简便的纤维增强树脂基复合材料圆管的整体成型方法，克服现有技术的不足，解决纤维增强树脂基复合材料圆管成型过程中易产生分层、孔隙等内部缺陷的问题。

本实用新型提供的纤维增强树脂基复合材料圆管的整体成型方法，主要包括以下步骤：

步骤一，按照设计的铺层方案铺设纤维布，纤维布层间采用定型剂定型；或根据设计要求采用编织成型或缠绕成型工艺制备复合材料圆管预制件；

步骤二，将复合材料圆管预制件放入模具之后，定位合摸；

步骤三，开始向模具内注入树脂填充预制件，同时实时监测注射压力，以保证注胶过程稳定；

步骤四，观察模具中预先设置的多个出胶口，当其中一个或几个出胶口出现胶液溢出现象，且溢出的胶液中无气泡时，则加以封闭，当最后一个敞开的出胶口出现胶液溢出时，则注胶完成；

步骤五，出胶口溢出胶液无气泡时，封闭上述最后一个出胶口，进行模腔保压；

步骤六，保压结束后，按照树脂的固化工艺规程进行升温固化；

步骤七，固化完毕后，将模具冷却至室温，之后打开模具，取出已经固化成型的纤维增强树脂基复合材料圆管。

进一步的，在步骤一中所述的铺层方案指采用均衡对称铺层方案，且表面采用±45°铺层，以满足结构表面的平滑度，具体的铺层层数、角度、比例可根据设计指标进行设计；

所述编织成型工艺指机织、三维编织，所述缠绕工艺指多层缠绕工艺；

所述定型剂为一种高分子材料，其与用于制备纤维增强树脂基复合材料圆管的树脂有相容性，使复合材料圆管预制件保持一定整体性，便于放入模具中；

所述纤维为碳纤维、玻璃纤维、Kevlar纤维、硼纤维或者植物纤维。

进一步的，在步骤三中所述的树脂为环氧树脂、聚酰亚胺、热塑性聚氨酯、聚酰胺、聚苯硫醚、聚芳醚酮或聚乙烯醇。

进一步的，步骤六中所述的固化工艺规程是指对树脂在整个固化工程中每种型号的树脂对应有的规程。

一种纤维增强树脂基复合材料圆管的成型模具，包括上盖板1、围框、型芯以及下盖板6，所述围框包围在型芯外围一周，所述上、下盖板设置在型芯的两端；在所述型芯整体呈圆柱状，其上端设有一孔，该孔沿型芯的轴向设置，并且与型芯的外部相通；所述围框上分布有若干出胶口8，其内表面与型芯间有间隙，该间隙与圆管管壁厚度大致相同；所述上盖板1上与型芯上孔的对应位置处设有注胶孔7，上、下盖板与围框间采用紧固件连接。

作为一种优选，所述型芯包括顶端的副型芯3和下部的主型芯5，主、副型芯间并排相互挨着安装，在副型芯3上设有通孔。

进一步的，所述围框包括对称设置的左右两个围框，在左右围框的相对面上，在其中一个围框上设置有密封槽10，密封槽10内填充有硅胶材料，并且，出胶口8分布在整个围框上。

本实用新型采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

1.该方法中的成型设备装配简单，清洗方便。使用不同尺寸的型芯可成型不同厚度的纤维增强树脂基复合材料圆管，利用效率高，且可选树脂体系多样，适用性广。

2.成型模具为钢结构，结构简单，加工方便、成本低廉，模具可重复使用，且不易变形、使用年限长，保压效果良好，保证了使用安全性。

3.该方法操作简单、安全，适应性广、复合快捷，树脂注射均匀、稳定，成型过程中可通过压力显示仪观察注胶压力，便于控制注胶压力、速度，以此保树脂均匀、稳定的注射，克服了成型过程中易产生的孔隙、干斑以及浸润不均匀的现象。

4.预置的多个出胶口兼观察口可以方便的监控树脂流动情况，克服了成型过程中易产生的孔隙、干斑以及浸润不均匀的现象；并根据实际情况封堵或开放不同出胶口以保证预制件充分浸润，使得成品质量良好，整体性能优异。

附图说明

以下将结合附图对本实用新型作进一步说明：

图1是本实用新型方法的流程框图；

图2是本实用新型的成型模具结构总体示意图；

图3是本实用新型的成型模具及复合材料预制件剖面示意图；

图4是本实用新型纤维增强树脂基复合材料圆管成型注胶装置示意图；

图5是纤维增强树脂基复合材料圆管成型件示意图；

图中标号名称：1、上盖板，2、左围框，3、副型芯，4、右围框，5、主型芯，6、下盖板，7、注胶口，8、出胶口，9、围框密封槽，10、盖板密封槽，11、复合材料圆管预制件，12、支架，13、压力显示仪，14、螺旋加载装置，15、压力传感器，16、活塞，17、注胶罐，18、纤维增强树脂基复合材料圆管成型件。

具体实施方式

本实用新型提供一种纤维增强树脂基复合材料圆管的成型模具及成型模具，为使本实用新型的目的，技术方案及效果更加清楚，明确，以及参照附图并举实例对本实用新型进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

本实用新型所述的流程如图1所示，先制备纤维增强树脂基复合材料圆管的预成型件，将其放入模具中定位合摸，进而注射树脂，观察出胶情况后封闭各出胶口并进行模腔保压，之后升温固化，固化完毕后，开模取出已固化成型的纤维增强树脂基复合材料圆管。

本实用新型的具体实施步骤如下：

步骤一、按照设计的铺层方案铺设纤维布，纤维布层间采用定型剂定型；或根据设计要求采用合理的编织或缠绕成型工艺，制备复合材料圆管预制件9。

其中，在步骤一中所述的“设计的铺层方案”在多数应用中采用均衡对称铺层方案，且表面一般采用±45°铺层，以满足结构表面的平滑度，具体的铺层层数、角度、比例可根据设计指标进行设计；“编织成型或缠绕工艺”通常是指机织、三维编织及多层缠绕工艺；“定型剂”是一种高分子材料，需要与用于制备纤维增强树脂基复合材料圆管16的树脂有好的相容性，通过在纤维布层间施加少量的定型剂可起到定型作用，使复合材料圆管预制件保持一定整体性，便于放入模具中；纤维可以是碳纤维、玻璃纤维、Kevlar纤维、硼纤维或植物纤维中的一种。

步骤二、将复合材料圆管预制件放入模具之后，定位合摸。

其中，在步骤二中所述的“模具”如图2所示，由上盖板1、左围框2、副型芯3、右围框4、主型芯5和下盖板6组成；在右围框4内开有密封槽9，在上盖板1和下盖板6内开有密封槽10，皆采用硅胶材料进行密封；上盖板1上开有注胶口7，左围框2和右围框4分布开有4个出胶口8。将副型芯3和主型芯5贴合后放入预制件11的内腔，左围框2与右围框4贴合，并采用螺栓将其紧密连接；主型芯5与下盖板6贴合，下盖板6与左围框2、右围框4贴合后再采用螺钉将其紧密连接；上盖板1与左围框2、右围框4贴合后也采用螺钉将其紧密连接，上盖板1与副型芯3之间不贴合，保持一定间隙，使得注胶时能使树脂顺利流动至预制件11中；定位合摸后模具剖面如图3所示。

步骤三、采用注胶装置开始向模具内注入树脂填充预制件；同时实时观察压力显示仪13中的数值以监测注射压力，以保证注胶过程稳定。

其中，在步骤三中所述的“注胶装置”如图4所示，该装置包括支架12，压力显示仪13，螺旋加载装置14，压力传感器15，活塞16，注胶罐17；其具体注胶过程为为采用螺旋加载装置14进行加载，由压力传感器15测得注射压力由压力显示仪13显示，易于实验人员监控加载情况并及时进行调整，树脂经由注胶罐17流进模具中，浸透复合材料圆管预制件11后完成注胶；“树脂”可以是环氧树脂、聚酰亚胺、热塑性聚氨酯、聚酰胺、聚苯硫醚、聚芳醚酮或聚乙烯醇中的一种。

步骤四、观察模具中预先设置的多个出胶口8，当其中一个或几个出胶口出现胶液溢出现象，且溢出的胶液中气泡含量较少时，则加以封闭，当最后一个敞开的出胶口出现胶液溢出时，则判断注胶完成。

步骤五、出胶口溢出胶液无气泡时，封闭上述最后一个出胶口后，进行模腔保压。

步骤六、保压结束后，按照树脂的固化工艺规程进行升温固化。

其中，步骤六中的“固化工艺规程”是指对树脂在整个固化工程中相关工艺参数的规定，每种型号的树脂都对应有与之相匹配的规程。

步骤七、固化完毕后，将模具冷却至室温，之后打开模具，取出已经固化成型的纤维增强树脂基复合材料圆管18，如图5所示。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (3)

1.一种纤维增强树脂基复合材料圆管的成型模具，其特征在于，包括上盖板（1）、围框、型芯以及下盖板（6），所述围框包围在型芯外围一周，所述上、下盖板设置在型芯的两端；在所述型芯整体呈圆柱状，其上端设有一孔，该孔沿型芯的轴向设置，并且与型芯的外部相通；所述围框上分布有若干出胶口（8），其内表面与型芯间有间隙，该间隙与圆管管壁厚度大致相同；所述上盖板（1）上与型芯上孔的对应位置处设有注胶孔（7），上、下盖板与围框间采用紧固件连接。

2.根据权利要求1所述的一种纤维增强树脂基复合材料圆管的成型模具，其特征在于，所述型芯包括顶端的副型芯（3）和下部的主型芯（5），主、副型芯间并排相互挨着安装，在副型芯（3）上设有通孔。

3.根据权利要求1所述的一种纤维增强树脂基复合材料圆管的成型模具，其特征在于，所述围框包括对称设置的左右两个围框，在左右围框的相对面上，在其中一个围框上设置有密封槽（10），密封槽（10）内填充有硅胶材料，并且，出胶口（8）分布在整个围框上。