一种芯模及其制备方法与复合材料异型管成型方法技术

本发明专利技术提供了一种芯模及其制备方法与复合材料异型管成型方法，涉及，异型管制备技术领域，芯模为形状记忆材料制成，在芯模上粘贴树脂基复合材料预浸料，制成复合材料预浸料叠层，再放入到辅助刚性模具中，加压，加热固化，冷却后得到固化制品C；将固化制品C升温至温度大于芯模的玻璃化转变点对应的温度，芯模转变为橡胶态，并与固态复合材料剥离，抽出芯模，得到复合材料异型管预制品；对制备的复合材料异型管预制品的表面进行打磨与抛光处理，得到复合材料异型管。本发明专利技术提供的一种芯模及其制备方法与复合材料异型管成型方法，脱模简易，制品表面精度高，适用于金属芯模难以脱模的异形结构，并且形状记忆芯模可以多次使用，生产成本低，适用于各类复杂形状复合材料制品。

A Core Mould and Its Preparation Method and Forming Method of Composite Special-shaped Pipe

The invention provides a core die and its preparation method and a forming method of composite special-shaped pipe, which relates to the technical field of special-shaped pipe preparation. The core die is made of shape memory material, and resin-based composite preprepreg is pasted on the core die to make composite prepreg lamination, which is then put into an auxiliary rigid die, pressurized, heated and cured, and the cured product C is obtained after cooling. When the temperature of product C is higher than the corresponding temperature of glass transition point of core mould, core mould is changed into rubber state, and peeled off with solid composite material, core mould is pulled out, and the prefabricated composite special-shaped pipe is obtained. The surface of the prefabricated composite special-shaped pipe is polished and polished, and the composite special-shaped pipe is obtained. The core mould and its preparation method and the forming method of composite special-shaped pipe provided by the invention are simple in demoulding, high in surface precision of the product, suitable for the special-shaped structure of the metal core mould which is difficult to demould, and the shape memory core mould can be used many times, with low production cost, and suitable for all kinds of complex shape composite products.

【技术实现步骤摘要】
一种芯模及其制备方法与复合材料异型管成型方法
本专利技术涉及异型管制备
，具体而言，涉及一种芯模及其制备方法与复合材料异型管成型方法。
技术介绍
现有技术中管材，尤其是复杂管材，在制作时需要使用芯模做为基膜，并在管材成型后脱出芯模，但是现有技术中芯模多为刚性，在管材成型后难以脱除；而如若芯模具有柔性，没有刚性会使得管材成型不均匀。因此，拥有复杂结构的管状复合材料制品成型方法较为复杂，存在复合材料异型管制备过程中芯模不易脱模及传统模具脱模过程对复合材料异型管损伤较大的问题，以及传统复合材料缠绕工艺成本较高的问题，传统方法难以对复杂结构复合材料制品制备过程中的芯模进行脱模。
技术实现思路
本专利技术解决的问题是，现有技术中复合材料异型管成型工艺复杂，脱模不方便的问题。为解决上述问题，本专利技术提供一种芯模，用于成型复合材料异型管，所述芯模为形状记忆材料制成，所述芯模的横截面为圆环形，所述芯模包括直管部与弯管部，所述直管部的轴线为直线型，所述弯管部的轴线为“L”型、“C”型或“S”型结构。本专利技术的芯模适用于拥有复杂结构的复合材料异型管制品成型方法，且形状记忆材料临时状态拥有一定强度，经过热刺激可以恢复形状；形状记忆芯模恢复形变过程中，芯模直径变小，芯模与复合材料异型管内表面剥离，并且芯模程高弹性，可实现顺利脱模。可选地，所述直管部的中部向两端的直径逐渐减小。本专利技术的另一目的在于提供一种芯模制备方法，用于制备上述任一所述的芯模，包括如下步骤：S1、形状记忆聚合物材料前处理：调节形状记忆聚合物原液中各个组分的比例，搅拌，得到形状记忆聚合物调制液A；S2、所述调制液A固化成型：将所述调制液A采用浇筑工艺固化，得到管状固化芯模B，固化芯模B为形状记忆聚合物的初始状态；S3、固化芯模B由初始状态转变为形变状态：将所述固化芯模B加热，温度超过形状记忆聚合物的玻璃化转变点，形状记忆材料转变为橡胶态，将橡胶态的芯模放置于辅助刚性模具中，充气加压，并在保持压力的状态下降温，温度降到室温后撤去压力，形状记忆聚合物芯模转变为形变状态，得到最终芯模产品。制备方法简单，能够得到管状芯模，使用形状记忆材料由于拥有一定延展性，加热后，在承受外力下可由原始状态变为复杂形状的工作状态，并可在一定激励后回复原来形状，可作为复杂形状复合材料异型管芯模的一种。可选地，所述步骤S1中，在调节形状记忆聚合物原液中各个组分的比例时，加入一定量的增强材料，所述增强材料包括碳纳米颗粒、碳纳米管、碳黑、短纤维、聚氨酯类纤维、高弹性纤维或织物的一种或多种组合。可选地，所述步骤S3中，橡胶态的芯模放置于辅助刚性模具中，合模后充气加压，充气压力在0.2～0.5MPa范围内。本专利技术的另一目的在于提供一种复合材料异型管成型方法，其特征在于，使用上述任一所述的芯模进行成型，包括如下步骤：M1、复合材料成型：在所述芯模上粘贴树脂基复合材料预浸料，制成复合材料预浸料叠层，再放入到辅助刚性模具中，加压，加热固化，冷却后得到固化制品C；M2、芯模脱除：将所述固化制品C升温至温度大于所述芯模的玻璃化转变点对应的温度，所述芯模转变为橡胶态，并与固态复合材料剥离，抽出所述芯模，得到复合材料异型管预制品；M3、微整形：对步骤M2制备的复合材料异型管预制品的表面进行打磨与抛光处理，得到复合材料异型管。该工艺相对于普通金属模具用于复合材料制品成型，脱模简易，制品表面精度高，适用于金属芯模难以脱模的异形结构，并且形状记忆芯模可以多次使用，生产成本低，适用于各类复杂形状复合材料制品。并且该工艺采用复合材料预浸料进行粘贴，用刚性模具进行模压。该工艺相对于碳纤维缠绕工艺具有以下优点：并不需要机器进行缠绕，手工操作即可，成本低廉；省去缠绕纤维丝后进行浸渍步骤，直接固化即可，加工过程污染少；粘贴完复合材料预浸料后用刚性模具进行模压，表面光洁度更高。可选地，其特征在于，所述步骤M1中，所述树脂基复合材料预浸料由纤维丝浸泡在浸渍树脂形成，所述纤维丝包括碳纤维、玻璃纤维或芳纶纤维的一种或多种组合；所述浸渍树脂包括环氧树脂、不饱和聚酯树脂、酚醛环氧树脂或双马来酰胺树脂的一种或多种组合。可选地，所述步骤M1中，所述树脂基复合材料预浸料采用分段粘贴工艺粘贴在所述芯模上，所述分段粘贴工艺包括：N1、将复合材料预浸料沿纤维方向进行裁剪，裁剪成多个细长条，所述细长条的长度大于等于所述芯模的长度；N2、将所述细长条分段粘贴在所述芯模上，粘贴方向为所述细长条的纤维方向与所述芯模的长度方向相同，相邻两个所述细长条部分重叠；N3、按照步骤N2的方法在所述芯模上逐层粘贴所述细长条，直至满足所需异型管试件的厚度。可选地，所述步骤M1中，所述辅助刚性模具合模后，合模压力在500～5000N范围内。可选地，所述步骤M1中，将所述固化制品C升温至温度大于所述芯模的玻璃化转变点对应的温度时，对所述芯模的内部进行充气，保持所述芯模的内部的气压在0.02～0.1Mpa范围内。附图说明图1为本专利技术实施例所述的芯膜制备方法流程图；图2为本专利技术实施例所述的复合材料异型管成型方法；图3为本专利技术实施例所述的堵头与充气管示意图；图4为本专利技术实施例所述的刚性模具示意图；图5为本专利技术实施例所述的“L”型芯膜示意图；图6为本专利技术实施例所述的细长条铺设示意图。附图标记说明：1-芯模；2-堵头；3-充气管；4-刚性模具；5-细长条。具体实施方式为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本专利技术的具体实施例做详细的说明。对于结构比较复杂的异型管，尤其是复合材料异型管，由于其结构复杂，制作工艺繁琐，使得芯模在脱除过程中较为困难，芯模在脱除过程中极易损坏异型管，或者造型异型管的变形。本专利技术旨在提供一种异型管制作工艺中，易于脱除的芯模，所述芯模为形状记忆材料制成。所述芯模采用形状记忆聚合物制成，形状记忆聚合物(SMP)是一种新的智能材料，能够在外界的刺激下主动回复自己的初始形状，具有广阔的使用情景。典型的热致型形状记忆聚合物回复过程为，形状记忆聚合物在加热的情况下受到外载变形，变为橡胶状，在保持载荷的情况下降温，撤去载荷，变形不回复，此时形状记忆聚合物为形变状态，具有一定的刚度；再次加热，形变状态的形状记忆聚合物变形并回复至形状记忆聚合物的初始状态，回复变形过程中对外做功。具体的，根据所要制备的异型管形状，所述芯模的横截面为圆环形，也就是芯模为管状结构，具体地，芯模根据异型管的结构需要，包括直管部与弯管部，所述直管部的轴线为直线型，所述弯管部的轴线为“L”型、“C”型或“S”型结构，且在弯管部的不同位置处，所述芯模的直径相同，确保制备出的异型管在弯曲部分的管径相同，粗细均匀；直管部的结构为灯笼状，也就是沿轴线方向的分布为直径先增大后减小的趋势，即直管部的中部向两端的直径逐渐减小，满足该种形状异型管的要求，并且该类型的异型管用常规实心模具作为芯模无法进行脱模或者不易脱模，形状记忆模具作为芯模可以得到有效的解决。具体地，结合图1所示，所述芯模的制备方法包括如下步骤：步骤S1、形状记忆聚合物材料前处理：调节形状记忆聚合物原液中各个组分的比例，搅拌，得到形状记忆聚合物调制液A；该步骤中，根据不同的需求调节形状记忆聚合物原液各个组分的比例，得到不同性能的形状本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种芯模，用于成型复合材料异型管，其特征在于，所述芯模为形状记忆材料制成，所述芯模的横截面为圆环形，所述芯模包括直管部与弯管部，所述直管部的轴线为直线型，所述弯管部的轴线为“L”型、“C”型或“S”型结构。

【技术特征摘要】
1.一种芯模，用于成型复合材料异型管，其特征在于，所述芯模为形状记忆材料制成，所述芯模的横截面为圆环形，所述芯模包括直管部与弯管部，所述直管部的轴线为直线型，所述弯管部的轴线为“L”型、“C”型或“S”型结构。2.根据权利要求1所述的芯模，其特征在于，所述直管部的中部向两端的直径逐渐减小。3.一种芯模制备方法，用于制备权利要求1-2任一所述的芯模，其特征在于，包括如下步骤：S1、形状记忆聚合物材料前处理：调节形状记忆聚合物原液中各个组分的比例，搅拌，得到形状记忆聚合物调制液A；S2、所述调制液A固化成型：将所述调制液A采用浇筑工艺固化，得到管状固化芯模B，固化芯模B为形状记忆聚合物的初始状态；S3、固化芯模B由初始状态转变为形变状态：将所述固化芯模B加热，温度超过形状记忆聚合物的玻璃化转变点，形状记忆材料转变为橡胶态，将橡胶态的芯模放置于辅助刚性模具中，充气加压，并在保持压力的状态下降温，温度降到室温后撤去压力，形状记忆聚合物芯模转变为形变状态，得到最终芯模产品。4.根据权利要求3所述的芯模制备方法，其特征在于，所述步骤S1中，在调节形状记忆聚合物原液中各个组分的比例时，加入一定量的增强材料，所述增强材料包括碳纳米颗粒、碳纳米管、碳黑、短纤维、聚氨酯类纤维、高弹性纤维或织物的一种或多种组合。5.根据权利要求3所述的芯模制备方法，其特征在于，所述步骤S3中，橡胶态的芯模放置于辅助刚性模具中，合模后充气加压，充气压力在0.2～0.5MPa范围内。6.一种复合材料异型管成型方法，其特征在于，使用上述权利要求1-2任一所述的芯模进行成型，包括如下步骤：M1、复合材料成型：在所述芯模上粘贴树脂基复合材料预浸料，制成复合材料...

【专利技术属性】
技术研发人员：冷劲松，刘彦菊，孙健，刘扬，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23