復(fù)合材料管件的成型模具及成型方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)提供了一種復(fù)合材料管件的成型模具及成型方法，所述成型模具包括金屬外模、芯模和設(shè)置在金屬外模兩端的連接結(jié)構(gòu)；所述金屬外模中間設(shè)置有通孔，芯模設(shè)置在通孔內(nèi)；所述金屬外模由上金屬外模和下金屬外模組成；所述芯模包括芯材層和套設(shè)于芯材層外表面的尼龍袋膜層。本發(fā)明專利技術(shù)成型方法制備的復(fù)合材料管件，與傳統(tǒng)的成型工藝相比具有更低的生產(chǎn)成本，更高的內(nèi)部質(zhì)量，更好的產(chǎn)品厚度均勻性，可按照產(chǎn)品設(shè)計(jì)圖紙要求成型各類形狀管件。

Forming mould and forming method of composite pipe fitting

The invention provides a composite pipe forming mold and molding method, the connecting structure comprises a metal mold and outer mold core and arranged in the metal outer mold at both ends of the middle; the metal outer mold is provided with a through hole, the mandrel is arranged in the through hole; the metal outer mold by the metal mould and metal mould; the mould comprises a core layer and core layer is arranged on the outer surface of the nylon film. Composite pipe forming method of the invention is prepared, compared with the traditional moulding process has lower production cost, internal higher quality, better uniformity of thickness of the products, in accordance with the requirements of product design drawings forming various shapes of pipe fittings.

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)屬于復(fù)合材料成型
，具體涉及一種復(fù)合材料管件的成型模具及成型方法。
技術(shù)介紹
復(fù)合材料制品具有比強(qiáng)度和比模量高、可設(shè)計(jì)性好、絕緣性能好、優(yōu)異的耐化學(xué)腐蝕等特點(diǎn)，主要在航天航空、國(guó)防軍工、工業(yè)以及高端體育等高新
應(yīng)用。尤其對(duì)于航天航空領(lǐng)域，復(fù)合材料制品，特別是復(fù)合材料管件制品在衛(wèi)星等飛行器的承力桁架中起到越來越重要的作用。復(fù)合材料管件在成型過程中，一般是采用真空袋-熱壓罐、硅橡膠內(nèi)膨脹、陰陽組合模等方式對(duì)預(yù)浸料實(shí)施加壓，難以確保對(duì)預(yù)浸料全部加壓，進(jìn)而難以對(duì)產(chǎn)品內(nèi)部缺陷以及產(chǎn)品尺寸均勻性進(jìn)行有效控制，嚴(yán)重影響復(fù)合材料產(chǎn)品質(zhì)量。尤其是在航空航天應(yīng)用領(lǐng)域，對(duì)產(chǎn)品內(nèi)部缺陷均要求符合標(biāo)準(zhǔn)GB2895的C級(jí)及以上，造成產(chǎn)品合格率較低，顯著的制約產(chǎn)品在航天航空等軍工領(lǐng)域結(jié)構(gòu)件輕量化的應(yīng)用進(jìn)程。通過對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的檢索發(fā)現(xiàn)，中國(guó)專利CN101879738B公開了復(fù)合材料管件的制作方法，該專利技術(shù)先采用在內(nèi)撐芯軸進(jìn)行鋪層預(yù)定型，而后抽出內(nèi)芯再插入三片式活動(dòng)塊體的非圓形內(nèi)撐芯軸借助于硅軟管加壓成型，保證了產(chǎn)品的制作過程穩(wěn)定性。然而該方法對(duì)于產(chǎn)品的外形尺寸控制難以保證，且所提及的內(nèi)撐需要兩種規(guī)格和兩次裝卸，過程繁瑣。中國(guó)專利CN103213285B公開了一種變截面封閉腔復(fù)合材料件的成型方法，該方法采用多種加壓方式并存的復(fù)合材料成型工藝，所制備的產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定型號(hào)。然而該專利技術(shù)方法需要制備產(chǎn)品過渡芯模、硅橡膠等構(gòu)件，成本較高，成型工序繁瑣。期刊文獻(xiàn)《小角度纏繞矩形復(fù)合材料管的研究》(纖維復(fù)合材料，2011,2,14-16)采用纖維纏繞設(shè)備進(jìn)行纖維纏繞，并對(duì)模具等多方面進(jìn)行優(yōu)化制備出符合要求的矩形桿件，但其模具設(shè)計(jì)和制造水平，設(shè)備的精度要求和工作臺(tái)面等方面對(duì)于復(fù)合材料管件的成型存在一定的限制，難以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的低成本、高性能制備。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本專利技術(shù)的目的是提供一種復(fù)合材料管件的成型模具及成型方法。本專利技術(shù)以表面套尼龍袋膜的芯材層作為成型模具的芯模，實(shí)施內(nèi)加壓膨脹成型，有效的解決現(xiàn)有復(fù)合材料管件成型工藝復(fù)雜，對(duì)設(shè)備要求高、模具加工成本高、制品生產(chǎn)成本高，內(nèi)部質(zhì)量差等不足之處。本專利技術(shù)的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：本專利技術(shù)提供了一種復(fù)合材料管件的成型模具，包括金屬外模、芯模和設(shè)置在金屬外模兩端的連接結(jié)構(gòu)；所述金屬外模中間設(shè)置有通孔，芯模設(shè)置在通孔內(nèi)；所述金屬外模由上金屬外模和下金屬外模組成；所述芯模包括芯材層和套設(shè)于芯材表面的尼龍袋膜層。優(yōu)選地，所述尼龍袋膜層為管狀結(jié)構(gòu)的袋膜，一端密封，另一端連接充氣氣嘴。所述密封可采用密封膠條進(jìn)行。優(yōu)選地，所述袋膜厚度不低于0.03mm，更優(yōu)選0.03mm～0.15mm,延伸率不低于150％，耐溫不低于80℃，耐壓不低于5MPa。優(yōu)選地，所述芯材層的材質(zhì)包括泡沫芯材、木質(zhì)芯材、鋼制芯材中的一種。優(yōu)選地，所述所述泡沫芯材為可發(fā)性聚苯乙烯泡沫(EPS)芯材，密度為5g/cm3～50g/cm3。優(yōu)選地，所述金屬外模為對(duì)模(half)結(jié)構(gòu)。優(yōu)選地，所述通孔形狀與芯材層外表面形狀相同，通孔內(nèi)壁與芯材層外表面的距離為復(fù)合材料管件的壁厚。優(yōu)選地，所述通孔形狀和芯材層外表面形狀根據(jù)管件的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)并制造。優(yōu)選地，所述連接結(jié)構(gòu)包括前蓋板和后蓋板，前蓋板分別與上金屬外模和下金屬外模的一側(cè)連接，后蓋板分別與上金屬外模和下金屬外模的另一側(cè)連接，所述連接方式包括螺釘連接；所述前蓋板上設(shè)置有第二通孔，充氣氣嘴穿過第二通孔與壓縮氣體的管道連接。本專利技術(shù)還提供了一種復(fù)合材料管件的成型方法，所述成型方法為采用前述的成型模具制備復(fù)合材料管件，具體包括以下步驟：鋪層步驟：將預(yù)浸料按照要求鋪放于芯模表面；合模步驟：將鋪放了預(yù)浸料的芯模放入通孔內(nèi)，合模；固化步驟：將合模后的成型模具置于固化設(shè)備中進(jìn)行加熱，同時(shí)充氣氣嘴接通壓縮氣體至尼龍袋膜層內(nèi)部給以加壓固化；脫模步驟：固化后打開金屬外模，抽出芯模，即得所述復(fù)合材料管件。優(yōu)選地，所述預(yù)浸料包括纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂預(yù)浸料、纖維增強(qiáng)酚醛樹脂預(yù)浸料、纖維增強(qiáng)氰酸酯預(yù)浸料中的一種或多種。更優(yōu)選地，所述纖維包括碳纖維、玻璃纖維；更優(yōu)選碳纖維為石墨纖維。優(yōu)選地，所述鋪放方式包括纖維纏繞、卷管、手工鋪層中的一種或多種。優(yōu)選地，固化步驟中，所述固化設(shè)備包括熱壓機(jī)、熱壓罐、烘箱等可以提供加熱條件的設(shè)備。優(yōu)選地，固化步驟中，所述壓縮氣體包括壓縮空氣、壓縮氮?dú)獾龋鋲毫Σ坏陀?.1MPa。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本專利技術(shù)具有如下的有益效果：1、采用本專利技術(shù)成型模具制備的復(fù)合材料管件，產(chǎn)品內(nèi)型面因尼龍袋膜的充氣膨脹而保證均勻性，產(chǎn)品的外形通過金屬外模保證，進(jìn)而保證產(chǎn)品的壁厚均勻性。采用內(nèi)部充氣膨脹，氣壓可調(diào)，所制備的管件產(chǎn)品內(nèi)部質(zhì)量良好，可以達(dá)到GB2895中內(nèi)部缺陷C級(jí)及以上的要求。此外，采用可發(fā)性聚苯乙烯泡沫作為成型芯模的芯材層，在高溫固化過程中會(huì)因受熱而收縮為微小體積的固體，連同尼龍袋膜層一起被抽出，避免了多余物的產(chǎn)生。2、采用本專利技術(shù)方法成型模具制備復(fù)合材料管件，對(duì)于同根管件具有不同厚度，以及具有異形截面或者復(fù)雜結(jié)構(gòu)的管件均可以一次性成型，工藝性可實(shí)施性強(qiáng)，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性好。3、采用本專利技術(shù)成型模具制備復(fù)合材料管件，對(duì)于纖維纏繞機(jī)、卷管機(jī)等設(shè)備無強(qiáng)制性需求，降低了生產(chǎn)過程中的設(shè)備投入。附圖說明通過閱讀參照以下附圖對(duì)非限制性實(shí)施例所作的詳細(xì)描述，本專利技術(shù)的其它特征、目的和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得更明顯：圖1為本專利技術(shù)成型模具的示意圖；圖2為本專利技術(shù)成型模具的芯模結(jié)構(gòu)示意圖；其中：1-上金屬外模；2-下金屬外模；3-芯模；4-前蓋板；5-后蓋板；6-芯材層；7-尼龍袋膜層。具體實(shí)施方式下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本專利技術(shù)進(jìn)行詳細(xì)說明。以下實(shí)施例將有助于本領(lǐng)域的技術(shù)人員進(jìn)一步理解本專利技術(shù)，但不以任何形式限制本專利技術(shù)。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本專利技術(shù)構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)。這些都屬于本專利技術(shù)的保護(hù)范圍。實(shí)施例1本實(shí)施例提供了一種復(fù)合材料管件的成型模具，如圖1和圖2所示，包括金屬外模、芯模3和設(shè)置在金屬外模兩端的連接結(jié)構(gòu)；所述金屬外模中間設(shè)置有通孔，芯模設(shè)置在通孔內(nèi)；所述金屬外模由上金屬外模1和下金屬外模2組成；所述芯模包括芯材層6和套設(shè)于芯材層外表面的尼龍袋膜層7。所述尼龍袋膜層7為管狀結(jié)構(gòu)的袋膜，一端密封，另一端連接充氣氣嘴。所述袋膜厚度為0.03mm～0.15mm，延伸率不低于150％，耐溫不低于80℃，耐壓不低于5MPa。所述芯材層6為可發(fā)性聚苯乙烯泡沫(EPS)芯材層。所述可發(fā)性聚苯乙烯泡沫的密度為5g/cm3～50g/cm3。所述金屬外模為對(duì)模結(jié)構(gòu)。所述通孔形狀與芯材層6外表面形狀相同，通孔內(nèi)壁與芯材層外表面的距離為復(fù)合材料管件的壁厚。所述通孔形狀和芯材層6外表面形狀根據(jù)管件的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)并制造。所述連接結(jié)構(gòu)包括前蓋板4和后蓋板5，前蓋板4分別與上金屬外模1和下金屬外模2的一側(cè)連接，后蓋板5分別與上金屬外模1和下金屬外模2的另一側(cè)連接，所述連接方式包括螺釘連接。所述前蓋板4上設(shè)置有第二通孔，充氣氣嘴穿過第二通孔與壓縮氣體的管道連接。本實(shí)施例還涉及一種復(fù)合材料管件的成型方法，采用碳纖維環(huán)氧樹脂熱熔法預(yù)浸料制備內(nèi)徑40mm,壁厚2mm的典型復(fù)合材料圓桿。具體步驟是：(1)制備外徑本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種復(fù)合材料管件的成型模具，其特征在于，包括金屬外模、芯模和設(shè)置在金屬外模兩端的連接結(jié)構(gòu)；所述金屬外模中間設(shè)置有通孔，芯模設(shè)置在通孔內(nèi)；所述金屬外模由上金屬外模和下金屬外模組成；所述芯模包括芯材層和套設(shè)于芯材層外表面的尼龍袋膜層。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種復(fù)合材料管件的成型模具，其特征在于，包括金屬外模、芯模和設(shè)置在金屬外模兩端的連接結(jié)構(gòu)；所述金屬外模中間設(shè)置有通孔，芯模設(shè)置在通孔內(nèi)；所述金屬外模由上金屬外模和下金屬外模組成；所述芯模包括芯材層和套設(shè)于芯材層外表面的尼龍袋膜層。2.如權(quán)利要求1所述的復(fù)合材料管件的成型模具，其特征在于，所述尼龍袋膜層為管狀結(jié)構(gòu)的袋膜，一端密封，另一端連接充氣氣嘴。3.如權(quán)利要求2所述的復(fù)合材料管件的成型模具，其特征在于，所述袋膜厚度為0.03mm～0.15mm，延伸率不低于150％，耐溫不低于80℃，耐壓不低于5MPa。4.如權(quán)利要求1所述的復(fù)合材料管件的成型模具，其特征在于，所述芯材層的材質(zhì)包括泡沫芯材、木質(zhì)芯材、鋼制芯材中的一種。5.如權(quán)利要求4所述的復(fù)合材料管件的成型模具，其特征在于，所述泡沫芯材為可發(fā)性聚苯乙烯泡沫芯材，密度為5g/cm3～50g/cm3。6.如權(quán)利要求1所述的復(fù)合材料管件的成型模具，其特征在于，所述通孔形狀與芯材層外表面形狀相同，通孔...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：郭金海，李世成，溫凱，沈峰，劉揚(yáng)，葉周軍，荊懷靖，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：上海復(fù)合材料科技有限公司，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：上海;31