一種復合材料管件的成型方法及裝置的制造方法
【專利摘要】本發明公開了一種樹脂基復合材料管件的成型方法及裝置，該成型方法包括：根據樹脂基復合材料管件的尺寸制作鋼制陰模和芯模，并在所述芯模上敷設復合材料；將敷設有復合材料的芯模安放在鋼制陰模中，緊固后進熱壓罐進行高溫高壓處理，芯模在高溫高壓的過程中膨脹對復合材料加壓，待復合材料固化成型后，出熱壓罐；拆除鋼制陰模，抽出芯模得到樹脂基復合材料管件。借助于本發明的技術方案得到的樹脂基復合材料管件內、外形尺寸精度高，表面質量好，壁厚均勻。
【專利說明】
一種復合材料管件的成型方法及裝置
技術領域
[0001] 本發明涉及先進復合材料工藝領域，特別涉及一種樹脂基復合材料管件的成型方 法及裝置。
【背景技術】
[0002] 綜合機架為大型特種飛機電子設備安裝平臺，其在載機平臺上設計要求四個為一 組無間隙并柜與載機連接，因此外形尺寸必須保證負公差的要求，便于在載機上安裝調整， 實現與載機安裝孔高精度裝配。根據設計要求，機架內部的包容尺寸公差要求為+〇 . 3_~+ 0.8mm，并柜要求的被包容尺寸公差要求為-I .Omm~0mm。對于復合材料綜合機架零部件的 生產和裝配，只有嚴格控制零部件的尺寸精度和形位公差精度，才能保證零件以高精度定 位、拼裝，滿足綜合機架精度及綜合機架并柜精度，最終滿足技術條件要求。
[0003] 樹脂基復合材料管件是綜合機架主要的成型構件，與機架要求的包容尺寸和非包 容尺寸都密切相關。傳統的大長徑比樹脂基復合材料管件一般有以下三種成型工藝:抽芯 法成型、泡沫芯模成型以及纏繞成型。
[0004] 抽芯法成型是指在鋼制芯模上敷設復合材料預浸料，完成鋪層后，再在其表面安 裝外模，最后裝入真空袋，抽真空，進熱壓罐高溫高壓固化。完成固化后，出熱壓罐，先拆除 外模(壓板），再將芯模抽出即可完成樹脂基復合材料管件的成型，圖1為現有技術中抽芯法 成型過程中樹脂基復合材料管件的剖面圖。
[0005] 抽芯法成型工藝屬于陽模成型，雖然得到的樹脂基復合材料管件內壁的質量較 好，但外表面質量、以及壁厚的一致性有一定的缺陷，而且用抽芯法成型的管件由于需要將 芯模抽出，因此芯模設計有一定的拔模斜度，樹脂基復合材料管件兩端的截面尺寸有誤差， 另外，拔模需要配備較大噸位的專用設備。
[0006] 泡沫芯模成型與抽芯法成型的工藝相似，只是將鋼制芯模替換成耐高溫高壓的泡 沫材料，固化成型后，泡沫芯模留在管件內。泡沫芯模成型工藝也屬于陽模成型，由于填充 了泡沫材料，管件內部不能使用，而且外表面質量、壁厚的一致性有一定的缺陷。
[0007] 纏繞成型一般用于制作圓形管件，需要在專業的設備上完成。
[0008] 綜上可知，在傳統的樹脂基復合材料管件成型工藝中，抽芯法成型的管件有一定 的錐度，截面尺寸不一致，并且，表面質量和壁厚的均勻性有一定的缺陷；泡沫芯模成型的 管件雖然截面尺寸一致性較好，但表面質量和壁厚的均勻性有一定的缺陷，并且由于其內 部填充了泡沫材料而造成不能使用內部空間和重量增加，因此傳統成型大長徑比樹脂基復 合材料管件的工藝方法有較為明顯的缺陷，成型后的管件精度不能滿足綜合機架的技術條 件要求。
【發明內容】
[0009] 為了解決現有技術中利用傳統樹脂基復合材料管件的成型工藝方法制備的管件 截面尺寸不一致或表面質量和壁厚的均勻性存在缺陷的問題，本發明提供了一種樹脂基復 合材料管件的成型方法及裝置，采用本發明的成型方法制備得到的樹脂基復合材料管件 內、外形尺寸精度高，外表面質量好，壁厚均勻。
[0010] 本發明提供一種樹脂基復合材料管件的成型方法，包括以下步驟：
[0011] 根據樹脂基復合材料管件的尺寸制作鋼制陰模和芯模，并在所述芯模上敷設復合 材料預浸料，其中，所述芯模為熱膨脹材料；
[0012] 將敷設有復合材料的芯模裝入鋼制陰模，緊固后進熱壓罐進行高溫高壓處理，芯 模在高溫高壓的過程中膨脹對復合材料加壓，待復合材料固化成型后，出熱壓罐；
[0013] 拆除鋼制陰模，抽出芯模得到樹脂基復合材料管件。
[0014] 本發明還提供了一種樹脂基復合材料管件的成型裝置，包括鋼制陰模和芯模，所 述芯模用于敷設復合材料，所述鋼制陰模為中空結構，敷設有復合材料的芯模安放在鋼制 陰模中，鋼制陰模保證管件的外形尺寸。
[0015] 本發明的有益效果如下：
[0016] 本發明利用熱膨脹材料制備的芯模在高溫高壓的條件下膨脹實現復合材料的固 化成型，然后芯模收縮脫離復合材料，抽出芯模得到樹脂基復合材料管件，解決了現有技術 中傳統大長徑比樹脂基復合材料管件的成型工藝方法有較為明顯的缺陷的問題，在結構進 行強度優化的同時，提高了管件內、外壁的成型精度，使管件成型后的外形尺寸精度高，外 表面質量好，且管件內部的精度高，壁厚均勻，滿足了綜合機架的裝配精度，進而保證了一 組機架拼裝精度，提高了生產效率。
【附圖說明】
[0017] 圖1為現有技術中抽芯法成型過程中的管件敷層結構剖面圖；
[0018] 圖2為本發明方法實施例樹脂基復合材料管件的成型方法流程示意圖；
[0019] 圖3為本發明方法實施例樹脂基復合材料管件的成型方法中復合材料固化成型示 意圖；
[0020] 圖4a為利用本發明方法實施例得到的樹脂基復合材料管件的結構示意圖；
[0021] 圖4b為利用本發明方法實施例得到的樹脂基復合材料管件的剖面的尺寸及精度 要求示意圖；
[0022] 圖5為本發明實驗例中復合材料綜合機架的三維圖；
[0023]圖6a為本發明實驗例中復合材料綜合機架正視圖的尺寸及精度要求示意圖；
[0024] 圖6b為本發明實驗例中復合材料綜合機架側視圖的尺寸及精度要求示意圖；
[0025] 圖6c為本發明實驗例中復合材料綜合機架俯視圖的尺寸及精度要求示意圖；
[0026] 圖7為本發明實驗例中復合材料綜合機架的振動實驗的實況圖；
[0027] 圖8為本發明裝置實施例樹脂基復合材料管件的成型裝置示意圖。
【具體實施方式】
[0028] 下面將參照附圖更詳細地描述本公開的示例性實施例。雖然附圖中顯示了本公開 的示例性實施例，然而應當理解，可以以各種形式實現本公開而不應被這里闡述的實施例 所限制。相反，提供這些實施例是為了能夠更透徹地理解本公開，并且能夠將本公開的范圍 完整的傳達給本領域的技術人員。
[0029] 為了解決現有技術中利用傳統樹脂基復合材料管件的成型工藝方法制備的管件 截面尺寸不一致或表面質量和壁厚的均勻性存在缺陷的問題，本發明提供了一種大長徑比 樹脂基復合材料管件的成型方法及裝置，以下結合附圖以及實施例，對本發明進行進一步 詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，并不限定本發明。
[0030] 方法實施例
[0031] 根據本發明的實施例，提供了一種樹脂基復合材料管件的成型方法，圖2為本發明 方法實施例樹脂基復合材料管件的成型方法流程示意圖，如圖2所示，根據本發明方法實施 例樹脂基復合材料管件的成型方法包括如下處理：
[0032]步驟202,根據樹脂基復合材料管件的尺寸制作鋼制陰模和芯模，并在所述芯模上 敷設復合材料，其中，所述芯模為熱膨脹材料。
[0033]具體的，所述鋼制陰模的截面尺寸(按樣件界面的鋼制陰模尺寸為30mmX50mm)和 長度(1600mm)根據樹脂基復合材料管件的尺寸要求得到。
[0034]其中，根據樹脂基復合材料管件的尺寸制作芯模具體包括:根據樹脂基復合材料 管件的壁厚尺寸、以及熱膨脹材料的熱膨脹系數制作所述芯膜，按樣件界面的芯模尺寸為 20.5mmX40.5mmX1600mm〇
[0035] 在所述芯模上敷設復合材料具體包括以下步驟:在芯模上依次敷設纖維織物預浸 料和單向纖維預浸料，并在敷設過程中進行壓實;優選地，在芯模上按照預定的方向依次敷 設纖維織物預浸料和單向纖維預浸料。
[0036] 具體的，本發明方法實施例選用的鋼制陰模的材料優選為鋼45,加工成型后調質 處理;本發明方法實施例的熱膨脹材料可選用橡膠材料，例如硅橡膠、氟橡膠，優選為硅橡 膠HD-2151，更加優選的硅橡膠的體積膨脹系數為5.9 X 10-4~7.9 X 10-4;本發明方法實施 例選用的纖維織物預浸料為碳纖維T300碳纖維織物的碳布預浸料，單向纖維預浸料為單向 T700碳纖維預浸料。
[0037] 步驟204,將敷設有復合材料的芯模裝入鋼制陰模，緊固后進熱壓罐進行高溫高壓 處理，芯模在高溫高壓的過程中膨脹對復合材料加壓，待復合材料固化成型后，出熱壓罐。 圖3為本發明方法實施例大長徑比樹脂基復合材料管件的成型方法中復合材料固化成型示 意圖。
[0038] 具體的，將敷設有復合材料的芯模裝入鋼制陰模，緊固后進熱壓罐進行高溫高壓 處理，包括以下步驟:將敷設有復合材料的芯模裝入鋼制陰模、緊固后放入熱壓罐，在溫度 140 °C_160°C，壓力0.55兆帕-0.65兆帕（5.5個大氣壓-6.5個大氣壓）的條件下處理10小時-12小時，固化成型。
[0039]步驟206,拆除鋼制陰模，抽出芯模得到樹脂基復合材料管件。
[0040]圖4a為利用本發明方法實施例得到的樹脂基復合材料管件的結構示意圖，所述樹 脂基復合材料管件的長度為1600mm;圖4b為利用本發明方法實施例得到的樹脂基復合材料 管件的剖面的尺寸及精度要求示意圖，壁厚為2.75mm(2.45mm-2.75mm)，成型后的樹脂基復 合材料管件尺寸滿足設計對該管件的尺寸精度要求及形位公差要求。
[0041 ] 實驗例
[0042]以本發明樹脂基復合材料管件的成型方法生產的大長徑比樹脂基復合材料管件 為主要構件，生產了多批次復合材料綜合機架，本發明實驗例中復合材料綜合機架的三維 圖如圖5所示。綜合機架成型后，均能滿足機架內部尺寸精度和機架間外部尺寸拼裝精度要 求，本發明實驗例中復合材料綜合機架的尺寸及精度要求示意圖如圖6a、6b和6c所示。
[0043] 本發明實驗例中復合材料綜合機架進行了摸底試驗，均滿足要求，摸底試驗的環 境條件如表1所示。試驗時，機架加載荷237Kg，本發明實驗例中復合材料綜合機架的振動實 驗的實況圖如圖7所示。
[0044] 表 1
[0045]
[0047]
[0048] 裝置實施例
[0049] 根據本發明的實施例，提供了一種樹脂基復合材料管件的成型裝置，圖8是本發明 裝置實施例的樹脂基復合材料管件的成型裝置示意圖，如圖8所示，根據本發明實施例的樹 脂基復合材料管件的成型裝置，包括鋼制陰模80和芯模82,以下對本發明實施例的各個模 塊進行詳細的說明。
[0050] 具體地，所述芯模82用于敷設復合材料，所述鋼制陰模80為中空結構，敷設有復合 材料的芯模82裝位于鋼制陰模80的中空結構中，鋼制陰模80用于限定復合材料膨脹的方 向。
[0051]更加具體的，所述鋼制陰模80根據樹脂基復合材料管件的尺寸制作而成;所述芯 模82根據樹脂基復合材料管件的壁厚尺寸、以及熱膨脹材料的熱膨脹系數制作而成。
[0052]本發明裝置實施例的芯模為熱膨脹材料，所述熱膨脹材料可選用橡膠材料，例如 硅橡膠、氟橡膠，優選為硅橡膠HD-2151，更加優選的硅橡膠的體積膨脹系數為5.9X HT4~ 7.9X10-4〇
[0053]利用本發明的樹脂基復合材料管件的成型裝置生產樹脂基復合材料管件，生產效 率高，產品質量好，并且不需增加輔助工藝裝備(如拔模設備)和工藝輔助材料(如耐高溫高 壓泡沫材料），生產成本低。
[0054]顯然，本領域的技術人員可以對本發明進行各種改動和變型而不脫離本發明的精 神和范圍。這樣，倘若本發明的這些修改和變型屬于本發明權利要求及其等同技術的范圍 之內，則本發明也意圖包含這些改動和變型在內。
【主權項】
1. 一種樹脂基復合材料管件的成型方法，其特征在于，包括以下步驟： 根據樹脂基復合材料管件的尺寸制作鋼制陰模和芯模，并在所述芯模上敷設復合材 料，其中，所述芯模為熱膨脹材料； 將敷設有樹脂基復合材料的芯模放入鋼制陰模，緊固后進熱壓罐進行高溫高壓處理， 芯模在高溫高壓的過程中膨脹對復合材料加壓，待復合材料固化成型后，出熱壓罐； 拆除鋼制陰模，抽出芯模得到樹脂基復合材料管件。2. 如權利要求1所述的成型方法，其特征在于，根據樹脂基復合材料管件的尺寸制作芯 模具體包括:根據樹脂基復合材料管件的壁厚尺寸、以及熱膨脹材料的熱膨脹系數制作所 述芯模。3. 如權利要求1所述的成型方法，其特征在于，在所述芯模上敷設復合材料具體包括以 下步驟： 在芯模上按照預定的方向依次敷設纖維織物預浸料和單向纖維預浸料，并在敷設過程 中進行壓實。4. 如權利要求1所述的成型方法，其特征在于，所述熱膨脹材料包括硅橡膠、氟橡膠。5. -種樹脂基復合材料管件的成型裝置，其特征在于，包括鋼制陰模和芯模，所述芯模 用于敷設復合材料，所述鋼制陰模為中空結構，敷設有復合材料的芯模安放在鋼制陰模中， 鋼制陰模保證管件的外形尺寸。6. 如權利要求5所述的成型裝置，其特征在于，所述芯模為熱膨脹材料。7. 如權利要求5所述的成型裝置，其特征在于，所述熱膨脹材料包括硅橡膠、氟橡膠。
【文檔編號】B29C70/54GK105922607SQ201610329546
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2016年5月18日
【發明人】陳竹梅, 楊寧芳, 徐永利, 陳春飛, 黃力平, 張毅剛
【申請人】中國電子科技集團公司電子科學研究院