一种空心复合材料的成型方法技术

本发明专利技术关于一种空心复合材料的成型方法，涉及空心或中空复合材料成型的芯模结构及制备方法。该方法包括以下步骤：首先，采用三维打印技术成型芯模，芯模在结构上包含有气嘴、外表皮层和内部支架，外表皮层表面光滑平整具有气密性，芯模内部的支架结构对外表皮层起到支撑的作用，内部支架间产生的镂空区域相连同，形成空气通道，各空气通道又与气嘴相连通；第二，在打印完成的芯模上进行预浸料或纤维布的包裹；第三，置于成型模具中；第四，对芯模内进行吹气加正压，固化成型；最后，取出芯模。本发明专利技术成型的空心复合材料制件内表面光滑，无需向芯模内注入填充材料，比传统的先注入填充材料，之后再去除的方式更为方便、快捷与高效。

A forming method of hollow composite material

The invention relates to a hollow composite material forming method, which relates to a core mold structure formed by hollow or hollow composite materials and a preparation method thereof. The method includes the following steps: first, the core mold is formed by the three-dimensional printing technology. The core mold consists of the air nozzle, the outer cortex and the inner support. The surface of the outer layer is smooth and airtight. The support structure inside the core is supported by the outer layer, and the hollowed out area between the inner supports is produced. Together, the air passage is formed and the air passages are connected to the air nozzle; second, the prepreg or fiber cloth package is wrapped on the finished core mold; third, in the molding mold; fourth, blowing gas plus positive pressure in the core mold and curing the molding; finally, the core die is taken out. The inner surface of the hollow composite material made by the invention is smooth, and the filling material is not needed to be injected into the core mold, and the filling material is injected first than the traditional one, and then the method is more convenient, quick and efficient.

【技术实现步骤摘要】
一种空心复合材料的成型方法
本专利技术涉及复合材料成型领域，具体涉及一种用于空心(或中空)复合材料成型的芯模结构及其制备方法。
技术介绍
在空心复合材料成型技术中，主要采用尼龙风管或硅橡胶气囊，而尼龙风管和硅橡胶气囊都是软质材料，并不能单独作为复合材料前期预成型的芯模，往往需要在风管或气囊内灌注水溶性材料或低温熔融材料，起到支撑作用，以保证预浸料或纤维布在包裹铺贴的时候具有精确的尺寸，这种组合式芯模需在制件固化成型后去除芯模内的水溶性材料或低温熔融材料，再将风管或气囊去除，由于这种方法需要有灌注和去除填充材料的步骤，成型工艺繁杂，复合材料制件制造的周期较长；此外，风管容易在制品的内壁上留下褶皱；更有在复合材料加压成型过程中可能会出现风管或气囊爆裂或漏气的现象。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术目的在于提供一种新型的空心复合材料成型方法，该成型方法包含一新式结构的芯模，在成型空心复合材料的过程中，可直接在芯模上进行预浸料的包裹，无需灌注和去除其它水溶性或低温熔融等填充材料，缩短了复合材料的成型周期，且最终成型的制品内壁光滑平整无褶皱，不会发生破袋，可重复使用。为达到上述目的，本专利技术揭示一种空心复合材料的成型方法，该方法包含以下步骤：首先，采用三维打印技术打印成型芯模，其中，三维打印的芯模原材料为弹性材料，芯模在外形尺寸上，与预成型的空心复合材料内腔尺寸相同，在结构上包含有气嘴、外表皮层和内部支架，外表皮层厚度在0.5mm-50mm之间，表面光滑平整具有气密性，芯模内部的支架结构对外表皮层起到支撑的作用，内部支架间产生的镂空区域相连同，形成空气通道，各空气通道又与气嘴相连通；第二，在打印完成的芯模上进行预浸料或纤维布的包裹；第三，将包裹完成的预成型体放置在成型模具中；第四，将模具置于能使复合材料固化的温度环境中，并对芯模内进行吹气加正压；最后，复合材料固化后开模，对芯模进行抽气加负压，从而使芯模发生收缩，进而与空心复合材料制品发生分离，将芯模取出，便得到最终空心复合材料制品。本专利技术所述的弹性材料可以是硅橡胶、丁腈橡胶、氯丁橡胶、聚丙烯橡胶、聚氨酯橡胶等。本专利技术所述的三维打印弹性材料的技术为现有技术。本专利技术所述的吹气加压设备可采用空压机，抽气加负压的设备可采用真空泵。本专利技术所述的芯模可以有一个气嘴，当制品过大时为提高充气效率也可设置多个气嘴。本专利技术所述的芯模外表面应具有良好的气密性以保证在充气加压后保持较高的压力。本专利技术所述的新型芯模内部由支架结构和空气通道所构成。由于包裹预浸料或纤维布时多采用手工的操作方法，其作用力较小，支架结构保证了芯模在包裹预浸料或纤维布时能对芯模外形起到支撑作用，防止芯模在包裹操作力的作用下产生过大的形变，保证了芯模的外形尺寸。本专利技术中的空气通道起到传递气体和压力的作用。在制件成型过程中，向芯模气嘴充气，气体将沿着空气通道分布在芯模内，芯模受正压，整体将发生膨胀，从而为复合材料制件提供成型所需的压力；在制件脱模的过程中，可向气嘴抽气，芯模受负压将发生收缩，其将与制件分离，从而便于脱模。本专利技术巧妙的运用了三维打印技术打印成型芯模，实现了内部含有镂空结构(空气通道)的芯模的成型，而这是其它加工方法难以实现的。本专利技术一种空心复合材料的成型方法具有现有复合材料成型方法所不具有的多种优点。首先，由于传统的复合材料成型方法中，向芯模中灌注水溶性材料或低温熔融材料成型芯模时需要一个专门的模具进行芯模的成型，而本专利技术中采用三维打印的方式进行芯模的打印不需要专门的模具进行芯模的成型，大大的降低了加工成本和加工时间，缩短加工周期。第二，本专利技术成型方法中的芯模比单独的气袋或者气囊具有更加坚固的结构，使芯模能够具有更长久的使用寿命。第三，由于采用三维打印一次成型芯模，芯模的外表面不会出现传统风管成型时褶皱，所以成型的复合材料制件内表面光滑。第四，本专利技术芯模内部是存在空气通道的支架结构，支架结构对外表皮层起到了支撑的作用，无需向芯模内注入填充材料，就能保持较为挺括的形状，在制件成型后去除芯模时只需对芯模进行抽气，芯模将产生收缩并与制件分离，便于去除，比传统的先注入填充材料，之后再去除填充材料和芯模的方式更为方便、快捷与高效。附图说明图1是本专利技术实施例预成型的空心复合材料管材制件示意图；图2是本专利技术实施例成型芯模外形的示意图；图3是本专利技术实施例成型芯模1/8截面示意图；图4是本专利技术实施例成型芯模内部空气通道结构示意图。具体实施方式下面结合附图详细说明本专利技术的实施案例。本实施案例预成型的制件为复合材料异型空心管001，该管材中间尺寸略大(管外径为80mm)，两端尺寸略小(管外径为50mm)，壁厚为3mm，管长200mm，其原材料为碳纤维预浸料，制件001结构如图1所示。根据最终成型异型空心管的形状尺寸运用三维制图软件设计并绘画出芯模的三维图形，芯模010的外形与异型空心管材001的内腔相同，对应尺寸即为管材制件去除3mm壁厚，芯模010的外形如图2所示。芯模010在结构上包含一个气嘴011，外表皮层012和内部支架013，芯模的1/8截面示意图见图3所示。外表皮层012厚度为3.5mm的硅橡胶层，外表皮层外表面光滑、气密性好。内部支架结构013对外表皮层012起到了支撑作用。支架结构013内的镂空空隙形成了空气通道014。空气通道014在芯模内部X、Y、Z三个方向上延伸并相连通，间距为8mm、直径为4mm，如图4所示。同时，气嘴011的空气通道与支架结构形成的空气通道014相连同。采用硅橡胶为原料，将设计好的成型芯模的三维模型图传输给硅橡胶三维打印机，打印出成型芯模010。在打印完成的芯模010上包裹裁剪好的预浸料60层(成型后碳纤维管材厚度为3mm，而单层预浸料厚度为0.2mm)。将预浸料包裹完成的芯模放置于成型模具内，合模后采用空压机从气嘴011往芯模010内吹气加压，压力为0.6MPa，并将模具置于130℃的温度环境中，两小时后制品固化成型并开模。开模后将芯模010的气嘴011连接真空泵，进行抽气加负压，由于芯模010内部是相通的空气通道，且外表面是密闭的硅橡胶层，在真空的作用下，芯模010产生了收缩变形并与制件内腔相分离。最后，将产生收缩变形的芯模010从成型的制品中取出，从而得到最终的制品001。最后需要说明的是，以上实施例仅用以说明本专利技术的技术方案而非对权利要求保护范围的限制。尽管参照实施例对本专利技术进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本专利技术技术方案进行的非本质修改或者等同替换，并不能脱离本专利技术技术方案的实质，且均应在本专利技术权利要求的保护范围之内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种空心复合材料的成型方法，其特征在于：该成型方法包含以下步骤：首先，采用三维打印技术打印成型芯模，其中，三维打印的芯模原材料为弹性材料，芯模在外形尺寸上，与预成型的空心复合材料内腔尺寸相同，在结构上包含有气嘴、外表皮层和内部支架，外表皮层厚度在0.5mm‑50mm之间，表面光滑平整具有气密性，芯模内部的支架结构对外表皮层起到支撑的作用，内部支架间产生的镂空区域相连同，形成空气通道，各空气通道又与气嘴相连通；第二，在打印完成的芯模上进行预浸料或纤维布的包裹；第三，将包裹完成的预成型体放置在成型模具中；第四，将模具置于能使复合材料固化的温度环境中，并对芯模内进行吹气加正压；最后，复合材料固化后开模，将芯模取出，便得到最终空心复合材料制品。

【技术特征摘要】
1.一种空心复合材料的成型方法，其特征在于：该成型方法包含以下步骤：首先，采用三维打印技术打印成型芯模，其中，三维打印的芯模原材料为弹性材料，芯模在外形尺寸上，与预成型的空心复合材料内腔尺寸相同，在结构上包含有气嘴、外表皮层和内部支架，外表皮层厚度在0.5mm-50mm之间，表面光滑平整具有气密性，芯模内部的支架结构对外表皮层起到支撑的作用，内部支架间产生的镂空区域相连同，形成空气通道...

【专利技术属性】
技术研发人员：王晓旭，刘海辉，高峰，任美璇，王怡扬，
申请(专利权)人：天津工业大学，
类型：发明
国别省市：天津,12