一種可折疊纖維增強樹脂基復(fù)合材料管的成型方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明提供一種可折疊纖維增強樹脂基復(fù)合材料管的成型方法，屬于復(fù)合材料制造技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]可折疊纖維增強樹脂基復(fù)合材料管由于具有重量輕、收納空間小、力學(xué)性能優(yōu)異等特點，因此，在航空航天領(lǐng)域得到廣泛的研究，并且具有非常好的應(yīng)用前景。例如德國宇航中心(DLR)提出的一種可折疊纖維增強樹脂基復(fù)合材料管的設(shè)計方案，其橫截面形狀為兩片對稱的“ Ω ”型，可以通過彈性變形折疊在很小的體積內(nèi)，并依靠自身儲存的彈性能可恢復(fù)到初始的初始管狀結(jié)構(gòu)，主要應(yīng)用于航天領(lǐng)域，這種可折疊纖維增強樹脂基復(fù)合材料管成型時通常需要采用熱壓罐或烘箱等加熱設(shè)備完成加熱和加壓固化，被德國宇航中心和其他研究機構(gòu)作為一種通用方法。但該方法尚有不足之處，可折疊纖維增強樹脂基復(fù)合材料管尺寸受限于熱壓罐或烘箱加熱等加熱設(shè)備的尺寸，很難做到比如幾十米甚至上百米長的大尺寸，除非專門定制專用的熱壓罐或烘箱加熱設(shè)備，再加上制造模具的成本，這將導(dǎo)致生產(chǎn)成本非常高昂，此外，熱壓罐或烘箱加熱等加熱設(shè)備屬于固定資產(chǎn)，只能在指定地點進行操作，使用起來不夠機動靈活。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于提供一種可折疊纖維增強樹脂基復(fù)合材料管的成型方法，以解決大尺寸的可折疊纖維增強樹脂基復(fù)合材料管成型成本高和操作實施場地不夠機動靈活的技術(shù)問題。
[0004]本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下:
[0005]本發(fā)明一種可折疊纖維增強樹脂基復(fù)合材料管的整體成型方法，其步驟如下:
[0006]步驟一、按照設(shè)計的可折疊纖維增強樹脂基復(fù)合材料管的橫截面形狀加工陽模。
[0007]步驟二、利用陽模翻制纖維增強樹脂基復(fù)合材料陰模型面層。
[0008]步驟三、在纖維增強樹脂基復(fù)合材料陰模型面層上鋪由加熱電阻、導(dǎo)熱介質(zhì)和樹脂構(gòu)成的電加熱層并加熱固化，使電加熱層與纖維增強樹脂基復(fù)合材料陰模型面層形成一體。
[0009]步驟四、在電加熱層和上鋪保溫層并加熱固化，使纖維增強樹脂基復(fù)合材料陰模型面層、電加熱層和保溫層形成一體，然后將由一體化的由纖維增強樹脂基復(fù)合材料陰模型面層、電加熱層和保溫層組成的多層結(jié)構(gòu)從陽模上取下。
[0010]步驟五、將多層結(jié)構(gòu)的保溫層一側(cè)固定到金屬鋼架上進行加固，以保證復(fù)合材料陰模模具的剛度。
[0011]步驟六、將復(fù)合材料陰模模具反復(fù)進行3至5次的后固化處理，如果精度要求不高，可減少后固化處理的次數(shù)，完成后固化處理后對陰模型面層進行精加工，最終得到滿足精度要求的復(fù)合材料陰模模具，該模具通過加熱層進行自加熱。
[0012]步驟七、按照設(shè)計的可折疊纖維增強樹脂基復(fù)合材料管的鋪層方案將預(yù)浸料鋪覆在可進行自加熱的整體復(fù)合材料陰模模具上，預(yù)浸料鋪覆好之后，依此鋪上聚四氟乙烯布和透氣氈，并打好真空袋進行密封和抽真空，利用大氣壓強加壓。
[0013]步驟八、按照可折疊纖維增強樹脂基復(fù)合材料管所用預(yù)浸料的固化工藝規(guī)程，利用復(fù)合材料陰模模具自加熱的方法進行升溫固化。
[0014]步驟九、固化完畢后冷卻至室溫之后，得到可折疊纖維增強樹脂基復(fù)合材料管半片。
[0015]步驟十、將制備好的兩個可折疊纖維增強樹脂基復(fù)合材料管半片上下對稱放置并通過膠黏劑進行膠接，最終得到完整的可折疊纖維增強樹脂基復(fù)合材料管。
[0016]其中，在步驟一中所述的“種可折疊纖維增強樹脂基復(fù)合材料管”由上下對稱的兩個“ Ω ”型纖維增強樹脂基復(fù)合材料半片組成，屬于一種薄壁結(jié)構(gòu)，這種構(gòu)型具有可折疊的功能；在步驟一中所述的“陽?！睘椤?Ω ”型，其橫截面形狀參數(shù)可根據(jù)可折疊纖維增強樹脂基復(fù)合材料管的橫截面的幾何形狀選取并加工，該陽模的材料可以選取金屬和非金屬，可根據(jù)陽模的具體加工精度要求選取。
[0017]其中，在步驟二中所述的“纖維增強樹脂基復(fù)合材料陰模型面層”為纖維增強樹脂基復(fù)合材料，也可以為純樹脂材料，“纖維增強樹脂基復(fù)合材料陰模型面層”所用樹脂的使用溫度范圍需要根據(jù)要成型的可折疊纖維增強樹脂基復(fù)合材料管所用材料的固化溫度要求選取，而且要高于可折疊纖維增強樹脂基復(fù)合材料管所用材料的固化溫度。
[0018]其中，在步驟三中所述的“加熱電阻”由金屬材料制成，通過調(diào)節(jié)電壓可控制加熱的功率，起到加熱熱源的作用；在步驟三中所述的“導(dǎo)熱介質(zhì)”為分散的顆粒材料，所用材料應(yīng)選擇熱傳導(dǎo)系數(shù)高的材料，起均勻傳熱的作用，使在模具自加熱的時候整體溫度分布更為均勻；在步驟三中所述的“樹脂”應(yīng)與步驟一中的“纖維增強樹脂基復(fù)合材料陰模型面層”和步驟四中的“保溫層”所用的樹脂材料體系具有相容性，保證彼此之間形成良好的連接界面。
[0019]其中，在步驟四中所述“多層結(jié)構(gòu)”由纖維增強樹脂基復(fù)合材料陰模型面層、電加熱層和保溫層組成；在步驟四中所述的“保溫層”為纖維增強樹脂基復(fù)合材料，也可以為純樹脂材料，所用材料應(yīng)選擇熱傳導(dǎo)系數(shù)低的材料，可起到保溫的作用，進而提高模具的加熱效率。
[0020]其中，在步驟五中所述的“金屬鋼架”起加固作用，由鋼材制成；在步驟五中所述的“復(fù)合材料陰模模具”由多層結(jié)構(gòu)和金屬鋼架構(gòu)成。
[0021]其中，在步驟七中所述的“鋪層方案”通常是均衡對稱的鋪層方案，具體的鋪層層數(shù)、鋪層角度和鋪層比例要根據(jù)需要實現(xiàn)的指標(biāo)進行設(shè)計；在步驟七中所述的“預(yù)浸料”是指使用樹脂在嚴格控制的條件下浸漬纖維布，制成樹脂與纖維布的組合體，是制造復(fù)合材料的中間材料；在步驟七中所述的“聚四氟乙烯布”是具有耐熱、抗酸堿、抗各種有機溶劑的特點，因此，不會與樹脂發(fā)生反應(yīng)，起到隔離作用；在步驟七中所述的“透氣氈”起到導(dǎo)氣的作用，有利于抽真空。
[0022]其中，在步驟八中所述的“固化工藝規(guī)程”是指對預(yù)浸料在整個固化過程中相關(guān)工藝參數(shù)的規(guī)定，每種型號的預(yù)浸料都對應(yīng)有與之相匹配的固化工藝規(guī)程。
[0023]其中，在步驟十中所述的“膠黏劑”為環(huán)氧樹脂膠黏劑、環(huán)氧酚醛膠黏劑、聚酰亞胺膠黏劑、酚醛樹脂膠黏劑或有機硅樹脂膠黏劑，具體選擇何種類型的膠黏劑主要根據(jù)所選擇可折疊纖維增強樹脂基復(fù)合材料管的材料確定，要與其相匹配。
[0024]本發(fā)明一種可折疊纖維增強樹脂基復(fù)合材料管的成型方法，有益效果是可通過模具自加熱的方法升溫固化，從而大幅降低大尺寸的可折疊纖維增強樹脂基復(fù)合材料管的成型成本和提高操作實施場地的機動靈活性。
【附圖說明】
[0025]圖1是本發(fā)明所述方法的流程框圖。
[0026]圖2是可折疊纖維增強樹脂基復(fù)合材料管的幾何構(gòu)型圖。
[0027]圖3是陽模示意圖。
[0028]圖4是一體化的多層結(jié)構(gòu)示意圖。
[0029]圖5是一體化的多層結(jié)構(gòu)的橫截面示意圖。
[0030]圖6是金屬框架示意圖。
[0031]圖7是復(fù)合材料陰模模具示意圖。
[0032]圖2中:1.中間弧段，2.連接邊；
[0033]圖5中:3.纖維增強樹脂基復(fù)合材料陰模型面層，4.電加熱層，5.保溫層；
[0034]圖7中:6.多層結(jié)構(gòu)，7.金屬框架。
【具體實施方式】
[0035]下面結(jié)合附圖和實施實例對本發(fā)明做出進一步的說明。
[0036]本發(fā)明的流程圖如圖1所示，首先加工陽模，利用陽模翻制纖維增強樹脂基復(fù)合材料陰模型面層3，再依此鋪電加熱層4和保溫層5形成一體化的多層結(jié)構(gòu)6，將多層結(jié)構(gòu)7的保溫層5 —側(cè)用金屬鋼架7進行加固，并對型面進行后固化處理和精加工，得到可自加熱的復(fù)合材料陰模模具，再在復(fù)合材料陰模模具上鋪覆預(yù)浸料、聚四氟乙烯布和透氣氈，打真空袋抽真空，按照預(yù)浸料固化工藝規(guī)程升溫固化，得到可折疊纖維增強樹脂基復(fù)合材料管半片，將兩個可折疊纖維增強樹脂基復(fù)合材料管半片上下對稱放置并進行膠接，最終得到完整的可折疊纖維增強樹脂基復(fù)合材料管。在圖2中，可折疊纖維增強樹脂基復(fù)合材料管由兩片相同的“ Ω ”型半片組成，其半片由連接邊I和中間弧段2組成。在圖4中，一體化的多層結(jié)構(gòu)6由纖維增強樹脂基復(fù)合材料陰模型面層3、電加熱層4、保溫層5組成。在圖7中，可進行自加熱的復(fù)合材料陰模模具由多層結(jié)構(gòu)6和金屬鋼架7組成。本發(fā)明的具體實施步驟如下:
[0037]步驟一、按照設(shè)計的可折疊纖維增強樹脂基復(fù)合材料管的橫截面形狀加工陽模，如圖3所示。
[0038]其中，在步驟一中所述的“種可折疊纖維增強樹脂基復(fù)合材料管”由上下對稱的兩個“ Ω ”型纖維增強樹脂基復(fù)合材料半片組成，屬于一種薄壁結(jié)構(gòu)，這種構(gòu)型具有可折疊的功能；在步驟一中所述的“陽?！睘椤?Ω ”型，其橫截面形狀參數(shù)可根據(jù)可折疊纖維增強樹脂基復(fù)合材料管的橫截面的幾何形狀選取并加工，該陽模的材料可以選取金屬和非金屬，可根據(jù)陽模的具體加工精度要求選取。
[0039]步驟二、利用陽模翻制纖維增強樹脂基復(fù)合材料陰模型面層3。
[0040]其中，在步驟二中所述的“纖維增強樹脂基復(fù)合材料陰模型面層3”為纖維增強樹脂基復(fù)合材料，也可以為純樹脂材料，纖維增強樹脂基復(fù)合材料陰模型面層3所用樹脂的使用溫度范圍需要根據(jù)要成型的可折疊纖維增強樹脂基復(fù)合材料管所用材料的固化溫度要求選取，而且要高于可折疊纖維增強樹脂基復(fù)合材料管所用材料的固化溫度。
[0041]步驟三、在纖維增強樹脂基復(fù)合材料陰模型面層上鋪由加熱電阻、導(dǎo)熱介質(zhì)和樹脂構(gòu)成的電加熱層4并加熱固化，使電加熱層4與纖維增強樹脂基復(fù)合材料陰模型面層3形成一體。
[0042]其中，在步驟三中所述的“加熱電阻”由金屬材料制成，通過調(diào)節(jié)電壓可控制加熱的功率，起到加熱熱源的作用；在步驟三中所述的“導(dǎo)熱介質(zhì)”為分散的顆粒