一种异形中空结构复材构件的成型方法

技术领域

本发明属于复合材料产品生产领域，尤其是涉及具有异形中空结构复合材料构件的成型方法。

背景技术

复合材料具有质量轻，比强度、比刚度大，耐腐蚀等优点，逐渐应用到各行业复杂结构的设计中，异形中空结构在各类行业中也较为普遍。如通油、水、线，作为排气管路及接头等，根据不同工况设计不同的结构形式，造成各种异形中空结构的存在。

目前较为普遍的异形中空结构构件的成型工艺为硅橡胶膨胀模成型、气囊成型、阴阳模成型，但对于结构复杂的管路来说，型腔不规则，传统的成型方法不能满足结构的成型，芯模不能顺利脱出。异形中空结构复合材料构件的成型主要依靠模具实现，铺层方式根据具体模具设计来制定，因此，在成型异形中空结构如何设计模具和设计铺层，也是面临的技术问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于克服现有技术中的缺陷，提出一种异形中空结构复材构件的成型方法，对具有异形中空结构的复合材料构件进行成型，铺层方式采用上下部分错层对接方式，利用真空袋充当芯模，在复合材料型腔成型后便于将芯模取出。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种异形中空结构复材构件的成型方法，该异形中空结构复材构件由成型阴模和内侧管状真空袋成型，该成型阴模包括上模、下模和辅助铺层板；该成型方法包括以下步骤：

1)异形中空结构复材构件所用的料片在进行铺层时，将一半的料片铺层在上模的型腔中，且第一层料片的两边缘与上模的型腔的两边缘高度平齐，其余各层料片的两边缘高度逐渐递减；

2)在下模放置辅助铺层板，该辅助铺层板的两边缘与下模的型腔的两边缘竖向对齐；将另一半的料片铺层在下模的型腔中，且第一层料片的两边缘与下模的型腔的两边缘高度平齐，其余各层料片的两边缘高度逐渐递增，直至递增到与辅助铺层板的两边缘的高度平齐；

3)铺层完毕后，去除辅助铺层板，在下模的型腔内放入管状真空袋；

4)将上模和下模合模，将合模后的模具的外侧由内到外依次包裹隔离膜、透气毡和真空外膜，使管状真空袋与真空外膜之间形成密闭的空腔，然后送入热压罐内加热固化；

5)加热固化完成后进行脱模，拆除上膜和下模，并抽出管状真空袋，得到异形中空结构复材构件。

进一步地，如果异形中空结构复材构件包含法兰结构和/或翻边结构，则法兰/翻边的成型步骤包括：

将成型法兰/翻边所需的若干层料片分成层数相等或差一的两部分，将其中第一部分料片分成上下两半，上半料片翻折在上模的法兰/翻边型腔中，下半料片翻折在下模的法兰/翻边型腔中，各层之间用隔离膜隔开；将第二部分料片单独制成各个整圆环；

在上模和下模合模后，将第一部分料片形成的半圆环取出，按照两个半圆环作为一层，一个整圆环作为一层，在整个法兰/翻边型腔中进行交替铺层。

进一步地，如果异形中空结构复材构件包含喇叭口结构，则喇叭口结构的每层料片按照喇叭口结构的形状和尺寸进行裁切，且喇叭口结构的每层料片与异形中空结构复材构件的主体部分的每层料片是一个整体；喇叭口结构与异形中空结构复材构件的主体部分一同进行铺层和成型。

进一步地，料片在进行铺层前，先将上模、下模和辅助铺层板进行清理，并涂脱模蜡。

进一步地，料片在下模的型腔进行铺层时，首层进行预压实，剩余层每三层一预压。

进一步地，管状真空袋的两端留有余量，用于连接外侧的真空外膜，使管状真空袋内气体与外界联通。

进一步地，管状真空袋膨胀后的尺寸大于型腔的尺寸，抽真空后的尺寸小于型腔的尺寸。

进一步地，管状真空袋选用与料片所用树脂不发生反应的材质，并具有自脱模特性，且耐受温度大于料片所用树脂的固化温度。

进一步地，管状真空袋的拉伸强度大于50MPa，断裂伸长率大于350％。

进一步地，在脱模时对管状真空袋抽真空，该管状真空袋的一端开口封闭，另一端开口连接真空泵；通过真空泵对管状真空袋内部抽真空。

相对于现有技术，本发明具有以下优势：

1)本发明采用上下合模方式，铺层方式采用上下模分别铺层，下模有辅助铺层板逐层递增，下模逐层递减，最终合模后形成错层对接形式，能够保证结构强度，避免了上下两部分在同一位置对接而造成的容易开裂问题。

2)本发明将管状真空袋代替芯模，结构形式不受芯模的影响，操作更加方便，周期更短，成本更低。

3)本发明将管状真空袋与大气相连，保证内外压力相同，保证型腔不会被压塌。脱模时，将管状真空袋一端用密封条密封，另一端插入真空泵将管状真空袋进行抽真空，管状真空袋将脱离型腔内壁，脱模过程中接触面摩擦力更小，与现有技术相比脱模更为方便。

4)本发明使管状真空袋与真空外膜之间形成密闭的空腔，将模具至于热压罐内加热固化，通过热压罐将上下部分加工成一整体。

5)对于法兰/翻边结构的成型，法兰/翻边分为约一半层数的上下半圆环和约一半层数的整圆环，然后将两半圆环和整圆环交替铺层，使结构强度能够满足使用要求，并能够成型异形结构。

6)对于喇叭口的成型，喇叭口位置内侧型腔采用管状真空袋和真空外模共同施加压力，确保该位置的料片紧随喇叭口状型腔成型。

附图说明

图1为实施例中欲成型的异形中空结构复材构件图。

图2为上模结构图。

图中：1-为上模铺贴边缘

图3为下模和辅助铺层板结构图。

图4为管道料片铺层方式示意图。

图5为法兰料片铺层方式示意图。

附图标记说明：

10：异形中空结构复材构件；

101：上料片铺层方式；

102：下料片铺层方式；

11：喇叭口；

12：法兰；

121：半圆环；

122：整圆环；

21：上模；

22：下模；

23：辅助铺层板；

24：型腔；

241：喇叭口型腔。

具体实施方式

为使本发明的上述技术方案中各项技术特征和各项优点或技术效果能更明显易懂，下文配合附图进行详细说明。

本实施例具体公开一种异形中空结构复材构件的成型方法，以成型图1所示的异形中空结构复材构件1为例，来说明该成型方法的具体操作步骤。为了充分说明该成型方法能够包含的各个步骤，本实施例假定要成型的异形中空结构复材构件1具有更复杂的结构，即除了包含管道结构本身以外，还包括喇叭口11和法兰12这两种结构，如此能够充分说明该成型方法在成型管道结构、喇叭口结构和法兰结构等各种典型结构的操作步骤。但本发明并不以图1所示结构剖为限，在其他的实施例中，所成型的异形中空结构复材构件1可以仅包含管道结构，亦可带有喇叭口、法兰、翻边中的一种结构，翻边结构的成型与法兰结构的成型基本相同。

该成型方法使用成型阴模和内侧管状真空袋(图未示)来成型异形中空结构复材构件1，该成型阴模包括上模21、下模22和辅助铺层板23，如图2-3所示。该成型方法具体包括以下步骤：

1)异形中空结构复材构件1所用的料片在进行铺层时，先将上模21、下模22和辅助铺层板23进行清理，并涂脱模蜡。然后将一半的上料片铺层在上模21的型腔24中，且第一层料片的两边缘与上模21的型腔24的两边缘高度平齐，其余各层料片的两边缘高度逐渐递减，铺层方式见图4中的上料片铺层方式101。

2)将下模22和辅助铺层板23进行组装，辅助铺层板23的两边缘与下模22的型腔24的两边缘竖向对齐，见图3。将另一半的下料片铺层在下模22的型腔24中，且第一层料片的两边缘与下模22的型腔24的两边缘高度平齐，其余各层料片的两边缘高度逐渐递增，直至递增到与辅助铺层板23的两边缘的高度平齐，铺层方式见图4中的下料片铺层方式102，上料片与下料片形成错层对接形式。首层进行预压实，剩余层每三层预压一次。

对于喇叭口11的成型，喇叭口11的每层料片按照喇叭口11的形状和尺寸进行裁切，且喇叭口11的每层料片与异形中空结构复材构件1的主体管道部分的每层料片是一个整体，随同铺层在喇叭口型腔241中，一同成型。

对于法兰12的成型，将成型法兰12所需的若干层料片分成层数相等或差一的两部分，本实施例中以4层料片为例，则两部分分别包含两层，在其他实施例中若有5层料片，则一部分包含2层料片，另一部分包含3层料片。这两部分料片的铺层方式如图5所示，将其中第一部分料片分成上下两半，上半翻折并置于上模21的法兰型腔(图未示)中，下半翻折并置于下模22的法兰型腔中，各层之间用隔离膜隔开，用于形成半圆环121，其余剪掉。将第二部分料片单独制成整圆环122。

3)铺层完毕后，去除辅助铺层板23，下模22突出边缘的位置轻微向内侧折，防止合模时挤压料片。在下模22的型腔24内放入管状真空袋。其中，管状真空袋的两端留有余量，用于连接外侧的真空外膜，使管状真空袋内气体与外界联通，使罐压进入管状真空袋内。管状真空袋膨胀后的尺寸应与型腔24的尺寸相同，为了便于加工也可以大于型腔24的尺寸，但不要过大，防止型腔24被填满时管状真空袋内压力不能很好地传递给复材；管状真空袋抽真空后的尺寸小于型腔24的尺寸。管状真空袋选用与料片所用树脂不发生反应的材质，并具有自脱模特性，且耐受温度大于料片所用树脂的固化温度。管状真空袋的拉伸强度大于50MPa，断裂伸长率大于350％，在成型完后，要能完整脱出。

4)将上模21和下模22合模，拧紧螺钉。法兰12的铺层如图5所示，在上模21和下模22合模后，将第一部分料片形成的半圆环121取出，按照两个半圆环121作为一层，一个整圆环122作为一层，在整个法兰型腔中进行交替铺层。然后将合模后的模具的外侧由内到外依次包裹隔离膜、透气毡和真空外膜，使管状真空袋与真空外膜之间形成密闭的空腔，然后送入热压罐内加热固化。

5)加热固化完成后进行脱模，拆除上膜和下模22。脱模时，将管状真空袋一端用密封条密封，另一端插入真空泵将管状真空袋进行抽真空，然后抽出管状真空袋，得到异形中空结构复材构件1。

虽然本发明已以实施例公开如上，然其并非用以限定本发明，本领域的普通技术人员对本发明的技术方案进行的适当修改或者等同替换，均应涵盖于本发明的保护范围内，本发明的保护范围以权利要求所限定者为准。