一种结构件的成型方法

技术领域

本申请属于复合材料成型技术领域，尤其涉及一种结构件的成型方法。

背景技术

由复合材料制备而成的结构件，当结构件的长度较大时，例如当结构件的长度大于等于10m时，结构件成型后挠度较大，不能满足结构件的应用要求。

需要说明的是，在上述背景技术部分公开的信息仅用于加强对本公开的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

发明内容

本申请旨在至少能够在一定程度上解决复合材料制备的结构件长度较大时，结构件的挠度过大、不能满足结构件的应用要求的技术问题。为此，本申请提供了一种结构件的成型方法。

本申请实施例提供的一种结构件的成型方法，所述结构件包括绝缘层和设置在所述绝缘层一侧的结构层，所述结构件的成型方法包括：

模具获取步骤，获取所述结构件的模具；

绝缘层铺设步骤，在所述模具中与所述绝缘层对应位置铺设绝缘层预浸布，每铺设1mm～3mm厚度的所述绝缘层预浸布后进行抽真空处理；

结构层铺设步骤，在所述模具中与所述结构层对应位置铺设结构层预浸布，每铺设2层～45层所述结构层预浸布后交错铺设一层所述结构层预浸布，交错铺设所述结构层预浸布后进行抽真空处理；

结构件固化步骤，对所述模具内的所述结构层预浸布和所述绝缘层预浸布进行加热加压固化处理，冷却后制得所述结构件；

脱模步骤，将所述结构件从所述模具中顶出；

后加工处理步骤，对脱模后的所述结构件进行余量加工处理。

在一些实施方式中，在所述结构层铺设步骤中，所述交错铺设为使所述结构层预浸布的铺设角度改变45°～90°。

在一些实施方式中，在所述结构层铺设步骤中，

当所述结构层预浸布铺设位置为大面部位时，每铺设25层～45层所述结构层预浸布后交错铺设一层所述结构层预浸布；

当所述结构层预浸布铺设位置为法兰部位时，每铺设2层～10层所述结构层预浸布后交错铺设一层所述结构层预浸布。

在一些实施方式中，所述绝缘层的厚度为2mm～5mm；所述结构层的厚度为40mm～70mm。

在一些实施方式中，在所述结构层铺设步骤中，每铺设15mm～25mm进行预加热加压处理。

在一些实施方式中，所述预加热加压处理的处理条件为：

由室温、0.5MPa～0.7MPa经1h～2h升温升压至70±10℃、0.8MPa～1MPa并保温保压0.5h～1h；之后降温降压至室温、常压。

在一些实施方式中，在所述结构层铺设步骤中，在所述抽真空处理后或在所述预加热加压处理后，将产生的凸起部分削去，将向产生的凹陷部位通过结构层预浸布填平。

在一些实施方式中，在所述结构件固化步骤中，所述加热加压固化处理的处理条件为：

由室温、0.5～0.7MPa经1h～2h升温升压至70±10℃、0.8MPa～1MPa并保温保压1.5h～2.5h；之后经1h～2h升温升压至80±10℃、0.8MPa～1MPa并保温保压1.5h～2.5h；之后经1h～2h升温升压至90±10℃、0.8MPa～1MPa并保温保压1.5h～2.5h；之后经1h～2h升温升压至130±10℃、0.8MPa～1MPa并保温保压2.0h～3.0h；之后经1h～2h升温升压至150±10℃、0.8MPa～1MPa并保温保压2.0h～3.0h；之后降温降压至室温、常压。

在一些实施方式中，所述绝缘层预浸布由酚醛树脂、环氧树脂、双马树脂中的一种或几种浸渍玻璃增强纤维制得；

所述结构层预浸布由酚醛树脂、环氧树脂、双马树脂中的一种或几种浸渍增强纤维制得，所述增强纤维选自碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维中的任意一种，且所述增强纤维为单向纤维。

本申请实施例提供的一种结构件，所述结构件由上述的结构件的成型方法制备而成。

本申请实施例至少具有如下有益效果：

上述结构件的成型方法，通过在结构层的铺设过程中，每铺设2层～45层结构层预浸布后交错铺设一层结构层预浸布，即使结构层预浸布交错铺设，在结构层中形成交错分布的结构层预浸布，通过交错结构的结构层预浸布增强形成的结构层强度，从而在成型后使结构件的整体强度得到提升，以避免长度较大的结构件在成型后挠度过大的问题，使长度较大的结构件能够满足应用要求。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出了本申请实施例中结构件的成型方法的流程图；

图2示出了本申请实施例中结构件的纵截面示意图；

图3示出了本申请实施例中结构件的横截面示意图；

图4示出了本申请实施例中结构件的成型方法的脱模步骤示意图。

附图标记：

100、结构件；110、结构层；120、绝缘层；200、模具；210、铺层凸模；220、反顶块。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

此外，本申请可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本申请提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。

下面结合附图并参考具体实施例描述本申请：

本申请实施例提供的一种结构件100的成型方法，主要应用于大长度、厚壁的结构件100的成型。在本申请中，大长度的结构件100主要是指长度大于等于10m的结构件100，尤其是长度为10m～14m的结构件100；厚壁的结构件100主要是指厚度度大于等于40mm的结构件100，尤其是厚度为40mm～60mm的结构件100。

一般地，结构件100的成型后的产品标准为在静态悬臂5米情况下，整体轴向挠度小于0.5‰，且表观接内部无裂纹、气孔等缺陷。但是由于大长度的结构件100长度较长，传统的成型方法制备的大长度结构件100挠度变化较大，往往不能满足产品的挠度要求。进一步地，当结构件100具有厚壁的特点时，往往由于厚度较大导致结构件100成型时固化温度和压力传递较慢，结构件100成型过程中易产生内部缺陷，成型难度较大。

本申请实施例提供的一种结构件100的成型方法，如图1至图4所示，该结构件100包括绝缘层120和设置在绝缘层120一侧的结构层110，结构件100的成型方法包括：

模具获取步骤S100，获取结构件100的模具200；

绝缘层铺设步骤S200，在模具200中与绝缘层120对应位置铺设绝缘层120预浸布，每铺设1mm～3mm厚度的绝缘层120预浸布后进行抽真空处理；

结构层铺设步骤S300，在模具200中与结构层110对应位置铺设结构层110预浸布，每铺设2层～45层结构层110预浸布后交错铺设一层结构层110预浸布，交错铺设结构层110预浸布后进行抽真空处理；

结构件固化步骤S400，对模具200内的结构层110预浸布和绝缘层120预浸布进行加热加压固化处理，冷却后制得结构件100；

脱模步骤S500，将结构件100从模具200中顶出；

后加工处理步骤S600，对脱模后的结构件100进行余量加工处理。

本实施例提供的结构件100的成型方法，通过在结构层110的铺设过程中，每铺设2层～45层结构层110预浸布后交错铺设一层结构层110预浸布，即使结构层110预浸布交错铺设，在结构层110中形成交错分布的结构层110预浸布，通过交错结构的结构层110预浸布增强形成的结构层110强度，从而在成型后使结构件100的整体强度得到提升，以避免长度较大的结构件100在成型后挠度过大的问题，使长度较大的结构件100能够满足应用要求。

在本申请的实施例中，以如图2和图3所示的大长度厚壁结构件100为例，对本申请的结构件100的成型方法进行示例性说明。该大长度厚壁结构件100的截面为跑道型结构，结构件100的总长度为10～14m，厚度为40～75mm，该结构件100设有绝缘层120，并在绝缘层120的一侧叠设结构层110。为了便于对本申请的结构件成型方法进行说明，在本申请的以下实施例中，定义结构件100的长度方向为0°方向，宽度方向为90°方向，结构件100的宽度方向与长度方向垂直。同时，在该结构件100的一端部，还设有法兰结构。该结构件100不仅长度较大，成型后容易变形导致挠度较大不满足产品要求，而且厚度较大，成型过程中容易产生内部缺陷。

针对该结构件100长度较大成型后容易变形导致挠度较大不满足产品要求的问题，本申请的结构件成型方法中，从铺层结构设计、铺层材料选择、结构件100升温固化和成型压力条件多角度出发，使结构层110预浸布交错铺设，并对交错铺设的结构层110进行抽真空处理，以减小产品的变形并增强整体结构强度，并进一步对结构件100成型过程和过程参数进行调控，减少产品成型过程中产生缺陷的风险，以得到内外部质量合格，整体尺寸、厚度、外形以及结构强度满足设计要求的结构件100产品。

在本实施的结构层铺设步骤S300中，在模具200中与结构层110对应位置铺设结构层110预浸布，结构层110预浸布的铺设方向为0°方向，即结构层110预浸布的铺设方向与结构件100的长度方向相同。与此相应地，每铺设2层～45层结构层110预浸布后交错铺设一层结构层110预浸布，交错铺设的结构层110预浸布的铺设方向与0°方向错开，即与结构件100的长度方向交错错开。

作为一种可选实施方式，在结构层铺设步骤S300中，交错铺设为使结构层110预浸布的铺设角度改变45°～90°。

在本实施例的结构层铺设步骤S300中，对结构层110预浸布的铺设层数和铺设方向进行设计，使结构层110预浸布交错铺设，例如先使结构层110预浸布按照与结构件100长度方向相同的0°方向铺设若干层，并且注意使每层的结构层110预浸布的拼接缝隙错开，再使结构层110预浸布按照与结构件100长度方向夹角为45°～90°的方向铺设一层结构层110预浸布，使结构层110预浸布在结构层110呈现相互交错的分布结构，能够提高结构层110在长度方向和宽度方向的结构强度，进而提提高结构件100的整体强度使其满足使用要求。

作为一种可选实施方式，在结构层铺设步骤S300中，当结构层110预浸布铺设位置为大面部位时，每铺设25层～45层结构层110预浸布后交错铺设一层结构层110预浸布；当结构层110预浸布铺设位置为法兰部位时，每铺设2层～10层结构层110预浸布后交错铺设一层结构层110预浸布。

在本实施例的结构层铺设步骤S300中，当结构层110预浸布的铺设位置为结构件100的大面部位时，可以采用每铺设25层～45层结构层110预浸布后交错铺设一层结构层110预浸布，能够在尽可能提高大面部位在0°方向上强度的同时减少结构层110预浸布铺设方向的调整，降低施工难度；当结构层110预浸布的铺设位置为法兰部位时，因法兰部位不仅在结构件100长度方向上需要具有较大的强度，而且在结构件100宽度方向也需要具有较大的强度，因此可以采用每铺设2层～10层结构层110预浸布后交错铺设一层结构层110预浸布，通过交错设置的结构层110预浸布以尽可能提高法兰部位各个方向的结构强度，使成型后的结构件100法兰部位的在各个方向上均具有较高的强度，便于增强结构件100与其他结构件100通过法兰连接的强度。

作为一种可选实施方式，在本实施例的结构件成型方法中，基于结构件100的长度和厚度，通过对铺层材料的种类和规格进行了创造性地调整，能够使结构件100成型后满足使用要求的前提下，还能够提升成型效率和成型质量。

在本实施例的结构件100中，结构层110的厚度为40mm～70mm；绝缘层120的厚度为2mm～5mm。相应的，为了适用于结构件100的规格要求，本实施例的结构层110预浸布由酚醛树脂、环氧树脂、双马树脂中的一种或几种浸渍增强纤维制得，增强纤维选自碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维中的任意一种，且增强纤维为单向纤维；绝缘层120预浸布由酚醛树脂、环氧树脂、双马树脂中的一种或几种浸渍玻璃增强纤维制得。

在本实施例中，结构层110预浸布的增强纤维为单向纤维指的是该增强纤维在0°方向为连续结构，在90°方向无纤维，结构层110预浸布采用单向纤维，能够使结构层110预浸布在0°方向(单向纤维方向)的强度达到最大，从而在结构层110铺设过程中，结构层110预浸布在0°方向与结构件100的长度方向相同，使结构件100的长度方向能够最大程度地利用结构层110预浸布中单向纤维的强度，同时，间隔一定层数后在45°～90°交错铺设结构层110预浸布，为结构件100的宽度方向提供一定的结构强度。

在本实施例中，绝缘层120预浸布的玻璃增强纤维选自网格布、平纹布、斜纹布、缎纹布、2.5D织物、三维织物、针刺网胎中的一种或几种。由于绝缘层120预浸布本申请具有交错分布的纤维，故在绝缘层120铺设过程中，无需调整绝缘层120预浸布的铺设方向，能够降低铺设难度，提高绝缘层120的铺设效率。

进一步可选的，结构层110预浸布的厚度为0.1mm～0.3mm，结构层110预浸布的挥发份含量为0～5％，树脂含量为30～40％。绝缘层120预浸布的厚度为0.1mm～0.3mm，绝缘层120预浸布的挥发份含量为0～5％，树脂含量为40～50％。

作为一种可选实施方式，在结构层铺设步骤S300中，每铺设15mm～25mm进行预加热加压处理。进一步可选的，预加热加压处理的处理条件为：

由室温、0.5MPa～0.7MPa经1h～2h升温升压至70±10℃、0.8MPa～1MPa并保温保压0.5h～1h；之后降温降压至室温、常压。

在本实施例的结构层铺设步骤S300中，通过在结构层110铺设过程中，间隔一定厚度对结构层110进行预加热加压处理，能够在结构层110铺设过程中增加结构层110预浸布之间的受热均匀性和压力均匀性，能够提高结构层110预浸布之间的紧密层，并在一定程度上避免结构层110受热不均匀而产生的热变形。

作为一种可选实施方式，在结构层铺设步骤S300中，在抽真空处理后或在预加热加压处理后，将产生的凸起部分削去，将向产生的凹陷部位通过结构层110预浸布填平。

在本实施例的结构件成型方法的结构层铺设步骤S300中，通过每铺设一定层数的结构层110预浸布后进行抽真空处理或进行预加热加压处理，可以提高结构层110中结构层110预浸布的密实度，并可以及时发现结构层110铺设过程中的不平整情况。可选的，在抽真空处理后进行调平处理，将抽真空处理后的凸出部分削去，凹槽部分通过局部铺设结构层110预浸布填平，以及时对结构层110进行调平，之后再依次进行结构层110的整体铺设，将结构层110的调平夹在结构层110的内部。同理，绝缘层120的抽真空处理和结构层110的抽真空处理的作用相同，并且也可以进行调平处理以取得与结构层110相同的调平处理效果，在此不再赘述。

作为一种可选实施方式，在结构件固化步骤S400中，加热加压固化处理的处理条件为：

由室温、0.5～0.7MPa经1h～2h升温升压至70±10℃、0.8MPa～1MPa并保温保压1.5h～2.5h；之后经1h～2h升温升压至80±10℃、0.8MPa～1MPa并保温保压1.5h～2.5h；之后经1h～2h升温升压至90±10℃、0.8MPa～1MPa并保温保压1.5h～2.5h；之后经1h～2h升温升压至130±10℃、0.8MPa～1MPa并保温保压2.0h～3.0h；之后经1h～2h升温升压至150±10℃、0.8MPa～1MPa并保温保压2.0h～3.0h；之后降温降压至室温、常压。

在本实施例的结构件成型方法的结构件固化步骤S400中，通过同步对加热加压固化处理的加热、加压过程进行精细化的控制，从而确保结构件100整体受热均匀，能够减小结构件100中复合材料因受热不均匀而产生的热变形，并且能够确保结构件100中各部位受压均匀，避免结构件100出现分层、起泡等质量问题，提高结构件100的内部质量。

作为一种可选实施方式，在脱模步骤S500中，可以通过返顶块将结构件100从模具200中顶出，以达到脱模的目的。如图4所示，在结构件100的模具200底部设有铺层凸模210，并且在铺层凸模210中活动地设有若干返顶块。在结构件固化步骤S400后，即在模具200和结构件100完全冷却后，通过对模具200的铺层凸模210施加作用力，使铺层凸模210从模具200中升起，进而对返顶块施加顶出力，使返顶块将结构件100从铺层凸模210的表面脱出，得到成型的结构件100。

在脱模步骤S500中，可选的，返顶块的设置位置为结构件100边沿的翻边部位，以避免返顶块在顶出过程中对结构件100造成破坏。进一步可选的，位于两端的返顶块距离结构件100端面的距离优选为100mm～500mm，且铺层凸模210中每隔1000mm～5000mm设计一处反顶块220，通过返顶块的设置位置以及多处返顶块的设置方式，能够平衡结构件100的受力，在脱模过程中结构件100受力均衡，避免局部应力过大造成结构件100质量缺陷。

进一步可选的，反顶块220顶出顺序为先将两端及中间位置反顶块220一同顶起，顶起高度为0.5mm～2mm，再将其余部位反顶块220顶起，顶起高度为0.5mm～2mm；待结构件100整体松动后再次按照先顶出两端及中间位置的反顶块220，再顶出其余部位反顶块220的顶出顺序，利用反顶块220将结构件100缓慢顶起，每次顶起高度为0.5mm～2mm；从而使结构件100逐步从铺层凸模210表面脱出，直至将结构件100顶起至可用吊车起吊高度，完成脱模步骤S500。

作为一种可选实施方式，在后处理步骤S600中，对脱模后的结构件100进行余量加工处理可以采用机械方式进行，以使结构件100满足设计尺寸要求。

在本实施例中，采用机械加工方式对结构件100内外型面及端面进行余量加工处理，余量加工处理过程中，可以以结构件100的某一端面为加工基准面，对结构件100的长度方向进行余量加工，去除过长的部分；以结构件100的某一表面为厚度加工基准面，对结构件100的厚度方向进行余量加工，去除过厚的部分。通过余量加工处理，使结构件100的内外形轮廓的加工误差控制在-1mm～1mm范围内。

进一步优选的，在后处理步骤S600中，还可以包括凹陷修补处理，对脱模后的结构件100的结构层110凹陷采用结构层110预浸布进行填充修补，对绝缘层120凹陷采用绝缘层120预浸布进行填充修补，并在修补后局部凸起进行机械打磨处理，使修补后的结构件100部分平整且满足借工误差要求。

在本申请的结构件成型方法中，

根据大长度、厚壁结构件100强度要求特点，通过调整工艺参数保障结构件100功能结构满足使用要求；同时对结构层110和绝缘层120铺层材料规格进行选择，在结构件100性能满足使用要求的前提下，提升成型效率的同时保证成型质量；并进一步对结构件100的预加热加压处理并调整固化参数，使结构件100在厚度方向整体受热均匀，减缓结构件100因内部温度不同而产生热变形，使结构件100固化过程中厚度方向充分受压，降低结构件100成型后出现分层、起泡等质量问题风险；最终使成型后的结构件100的结构完整、内部质量合格、功能结构满足设计使用要求，有效解决了大长度、厚壁结构件100挠度变化大、易产生内部缺陷的问题。

基于同样的发明构思，本申请实施例还提供了一种结构件100，该结构件100由上述结构件100的成型方法制备而成。

因本实施例的结构件100采用上述结构件成型方法制备而成，因此具有上述结构件成型方法的全部有益效果，在此不再赘述。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

需要说明的是，本申请实施例中所有方向性指示仅用于解释在某一特定姿态下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

另外，在本申请中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者多个所述特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行接合和组合。

另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本申请要求的保护范围之内。

尽管已经示出和描述了本申请的实施方式，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本申请的原理和宗旨的情况下可以对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，本申请的范围由权利要求及其等同物限定。