基于形狀記憶聚合物的纖維復合材料帽型筋模具的制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種基于形狀記憶聚合物的纖維復合材料帽型筋模具的制備方法。
【背景技術】
[0002]形狀記憶材料是能夠感知外界環境變化并對其物理參數做出改變的一種重要的智能材料。目前，新材料的研發和應用日新月異，各種形狀記憶聚合物不斷涌現而且其驅動方法的研究也越來越深入。目前，常用的形狀記憶材料主要包括:形狀記憶聚氨酯、形狀記憶環氧樹脂、形狀記憶氰酸酯、形狀記憶苯乙烯、形狀記憶苯乙烯一丁二烯共聚物、形狀記憶反式聚異戊二烯、形狀記憶聚降冰片烯等熱固性和熱塑性形狀記憶聚合物材料。形狀記憶聚合物正在醫用領域、紡織領域、空間展開結構，智能控制等領域獲得廣范應用。因此，受到了越來越多的重視。形狀記憶聚合物的的形狀記憶效應是由它的兩相結構引起的，即:記憶起始形狀的固定相和隨溫度變化能可逆地固化和軟化的可逆相組成。形狀記憶聚合物在玻璃態轉化溫度以下時，具有普通樹脂基聚合物所具有的高比強度、高比剛度等優異的力學性能和承載功能等基本性質；在玻璃態轉化溫度以上時，玻璃態轉化為橡膠態，材料軟化，可塑性好，能夠產生高達10?50%的可回復變形，最大高達百分之幾百，而且其最突出的特點是形狀可恢復。因此在智能主動變形結構和智能模具等研究領域顯示出巨大的應用潛力。
[0003]先進復合材料因其具有比強度、比剛度高以及可設計性等優點已成為現代飛機結構的主要材料之一。在飛機結構設計中，要求設計的構件盡可能輕，同時又要滿足強度剛度要求，因此這是對設計人員的最大挑戰，而帽型加筋壁板因其具有更好的比剛度，帽型筋條又稱為Ω型筋條，相對于T型、工型、L型等結構形式來說，具有結構穩定性好，傳遞周向載荷效率高的優點，是機身段等筒狀結構部件的首選。近年來越來越多的航空結構采用了帽型壁板結構形式以提高復合材料壁板的剛度、減輕結構重量。而帽型筋因其細長的空腔結構，致使其成型后脫模十分困難。
[0004]目前，關于碳纖維復合材料帽型筋的制造傳統采用預浸料與手工鋪層的工藝，其制造在模具鋼的陽模上進行的。鋪層前，在模具鋼表面用脫模劑事先進行脫膜處理。其傳統的制造工藝首先手工鋪層鋪放非常困難，耗費工時。其次，即便陽模進行了預脫模處理，后期的脫模過程亦很困難。基于此，提出的形狀記憶聚合物智能模具，是為了解決碳纖維復合材料帽型筋成型工藝過程中的不可重復使用性，勞動成本高，材料生產耗資巨大，生產效率差等問題。
【發明內容】
[0005]本發明的目的是為了解決現有的碳纖維復合材料帽型筋成型工藝存在不可重復使用性，勞動成本高，材料生產耗資巨大，生產效率差的問題，而提出一種基于形狀記憶聚合物的纖維復合材料帽型筋模具的制備方法。
[0006]—種基于形狀記憶聚合物的纖維復合材料帽型筋模具的制備方法，利用基于形狀記憶聚合物材料的模具制造纖維復合材料帽型筋模具，所述制造方法通過以下步驟實現:
[0007]步驟一、形狀記憶聚合物材料智能模具成型過程:
[0008]步驟一一、綜合所述智能模具的使用溫度范圍以及所受外界驅動因素、所述智能模具的力學性能、所用成型方法對所述智能模具的影響程度，確定制作所述智能模具所用的形狀記憶聚合物的種類；
[0009]步驟一二、按照所述智能模具使用過程中力學性能要求確定所用纖維增強相的比例；
[0010]步驟一三、按照所選定種類的形狀記憶聚合物確定所述智能模具的制備工藝和固化方式；
[0011]步驟一四、在固化用的特定模具上確定成型工藝，將形狀記憶聚合物材料以及纖維增強相固化形成具有纖維復合材料帽型筋形狀及物理參數的所述智能模具；
[0012]步驟一五、將經固化得到的所述智能模具與固化用的特定模具脫離，得到基于形狀記憶聚合物材料的智能模具；
[0013]步驟二、碳纖維復合材料帽型筋成型過程:
[0014]步驟二一、在所述智能模具上進行碳纖維層合板的固化成型過程；
[0015]步驟二二、待在所述智能模具上固化的碳纖維層合板充分固化后，通過對所述智能模具加熱，使其剛度改變，并對所述模具施加載荷，使其形狀改變，則所述智能模具的橫截面的各個棱的寬度均小于固化于其上的纖維層合板的橫截面的各個棱的寬度；
[0016]步驟二三、將在所述智能模具上固化的纖維層合板與所述模具脫模；
[0017]步驟二四、再次對所述智能模具施以形狀復原所需的外界驅動因素，使其恢復初始形狀；待下一次使用。
[0018]本發明的有益效果為:
[0019]本發明的基于形狀記憶聚合物的碳纖維復合材料帽型筋的智能模具，首選確定制作所述智能模具所用的形狀記憶聚合物的種類和所用纖維增強相的比例，制作形狀記憶聚合物材料智能模具，再利用基于形狀記憶聚合物材料的模具制造纖維復合材料帽型筋模具，使制造的制作形狀記憶聚合物材料智能模具不僅具有普通模具的使用性能，同時在纖維復合材料成型工藝中可以重復使用，具有勞動成本低、材料生產成本低廉、清潔和生產效率高，輕質輕巧等優點。
【附圖說明】
[0020]圖1為本發明的方法流程圖；
[0021]圖2為本發明實施例涉及的固化智能模具所用模具的底座的結構示意圖；
[0022]圖3為本發明實施例涉及的固化智能模具所用模具的蓋的結構示意圖；
[0023]圖4為本發明實施例涉及的固化智能模具所用模具的內模的結構示意圖；
[0024]圖5為本發明實施例涉及的固化智能模具所用模具的外模的結構示意圖；
[0025]圖6為本發明實施例涉及的固化智能模具所用模具的裝配圖；
[0026]圖7為本發明實施例涉及的固化成型到的帽型筋橫截面圖。
【具體實施方式】
[0027]【具體實施方式】一:
[0028]本實施方式的基于形狀記憶聚合物的纖維復合材料帽型筋模具的制備方法，結合圖1所示流程圖，利用基于形狀記憶聚合物材料的模具制造纖維復合材料帽型筋模具，所述制造方法通過以下步驟實現:
[0029]步驟一、形狀記憶聚合物材料智能模具成型過程:
[0030]步驟一一、綜合所述智能模具的使用溫度范圍以及所受外界驅動因素、所述智能模具的力學性能、所用成型方法對所述智能模具的影響程度，確定制作所述智能模具所用的形狀記憶聚合物的種類；其中，所述模具是指于形狀記憶聚合物材料的模具；
[0031]步驟一二、按照所述智能模具使用過程中力學性能要求確定所用纖維增強相的比例；
[0032]步驟一三、按照所選定種類的形狀記憶聚合物確定所述智能模具的制備工藝和固化方式；
[0033]步驟一四、在如圖2-6所示的固化用的特定模具上確定成型工藝，將形狀記憶聚合物材料以及纖維增強相固化形成具有纖維復合材料帽型筋形狀及物理參數的所述智能模具；
[0034]步驟一五、將經固化得到的所述智能模具與固化用的特定模具脫離，得到基于形狀記憶聚合物材料的智能模具；
[0035]步驟二、碳纖維復合材料帽型筋成型過程:
[0036]步驟二一、在所述智能模具上進行碳纖維層合板的固化成型過程；
[0037]步驟二二、由于形狀記憶聚合物材料經由環境因素驅動，在外界施加一定的載荷條件下，可任意改變其形狀、大小。待在所述智能模具上固化的碳纖維層合板充分固化后，通過對所述智能模具加熱，使其剛度改變，并對所述模具施加載荷，使其形狀改變，則所述智能模具的橫截面的各個棱的寬度均小于固化于其上的纖維層合板橫截面的各個棱的寬度；