[發明專利]一種制備具有復雜內腔制件的方法和模具

有效

• 申請號: 201610313213.9
• 申請日: 2016-05-12
• 公開（公告）號: CN105946247B
• 公開（公告）日: 2018-04-20
• 發明（設計）人: 馮躍飛
• 申請（專利權）人: 北京鴻鵠雄獅技術開發有限公司
• 主分類號: B29C70/34
• 分類號: B29C70/34;B29C33/52
• 代理公司: 北京創遇知識產權代理有限公司11577
• 代理人: 武媛,呂學文

技術領域

本發明涉及具有復雜內腔制件技術領域，具體涉及一種制備具有復雜內腔制件的方法和模具。

背景技術

連續纖維增強的樹脂基復合材料制件具有較高的比強度和比剛度，在航空航天、輸油管道、高壓容器、民用體育器材等領域具有越來越廣泛的應用。連續纖維增強的樹脂基復合材料制件制備成型方法主要有：鋪疊成型、纏繞成型，還有新近發展的3D打印技術等。纏繞成型方法主要用于管道、容器或復雜含芯結構件的制備，如輸油管道、高壓氣瓶、船舶或直升機的槳葉、民用輕質空心器材如拐杖和自行車架等，通常將纖維預浸后按設計的纏繞方向和工藝纏繞在一個型芯或中心材料上，型芯或中心材料賦予纏繞纖維固化后的最終形狀，隨后固化得到復合材料制件，再脫模清除型芯得到空心制件，或保留型芯和連續纖維增強復合材料共同成為制件。鋪疊成型則是將連續纖維織物或預浸料鋪覆于一個模型面或中心模型(型芯)上，得到預制體，再利用RTM工藝或預浸料工藝得到具有復雜內腔制件。

但在制備具有復雜內腔制件卻遇到了難以解決的問題，主要是復雜結構的型芯會造成成型后無法脫模，因此難以制備內腔為長的管道結構或具有曲折管道結構的具有復雜內腔制件。一種已有的技術是發展水溶性型芯，如中國專利CN101559472B、CN102786295B等，利用水溶性型芯時，可在復合材料成型后利用水溶的方法除去型芯，但不可避免帶來溶解速度慢、型芯構成材料難以反復使用、嚴重環境污染、溶解處理過程影響復合材料制件性能等問題。

綜上，為了避免以上問題，需要發展新穎的型芯設計和清除方法，并可利用該技術制備具有復雜內腔結構的具有復雜內腔制件。

發明內容

本發明的目的在于提供一種制備具有復雜內腔制件的方法和模具，即利用一種室溫下具有較高硬度、而在熱成型溫度下為中低粘度液體的材料作為型芯構成材料，在室溫下可以纏繞賦型，在加熱至固化溫度后可利用空氣或熔融型芯維持一定壓力保持纏繞結構的形狀，型芯可在受熱下條件下排出內腔，因此極易清除型芯，可以制備具有復雜內腔制件。

為實現上述目的，本發明提供一種制備具有復雜內腔制件的方法，其特征在于，該方法包括：a、室溫下將預浸樹脂的連續纖維纏繞在包裹有隔離膜的低熔點型芯表面，或將連續纖維樹脂預浸料鋪覆在包裹有隔離膜的低熔點型芯表面，得到包裹有預制體的低熔點型芯；b、將包裹有預制體的低熔點型芯放入模具中，利用密封膠和隔離膜使低熔點型芯和預制體相互密封隔離；c、升溫至低熔點型芯構成材料熔化成液態后，向型芯內注入熔融的低熔點型芯構成材料使型芯內部壓力至工藝壓力；d、隨后在固化溫度下使預制體固化成型，得到固化成型的制件；固化完成后排出或清除固化成型的制件內部呈液態的型芯構成材料和隔離膜，得到具有復雜內腔制件；或者，將步驟c和步驟d替換為：c’、升溫至低熔點型芯構成材料熔化溫度以上，從模具連通型芯的氣體閥門打入壓縮空氣，從模具連通型芯的出口閥門釋放出被壓縮空氣擠出的型芯構成材料；釋放大部分型芯構成材料后關閉出口閥門，打入空氣加壓至工藝壓力；d’、在固化溫度下使預制體固化完全，固化完成后冷卻至室溫～100℃，脫模并清除殘余的型芯構成材料和隔離膜，得到具有復雜內腔制件；其中，步驟a中所述低熔點型芯的構成材料滿足以下條件：在20℃以下為硬質固體，在30～150℃某一溫度以上成為可流動的液體，玻璃化轉變溫度或熔融溫度大于20℃，在所述固化溫度時成為粘度低于200Pa·s的可流動液體。

本發明所述的低熔點型芯的構成材料包括了低熔點(如小分子的結晶熔融)和低粘流溫度(如玻璃態物質高于玻璃化轉變溫度一定值后成為可流動的液體)。

優選地，步驟d中固化完成后排出或清除固化成型的制件內部呈液態的型芯構成材料和隔離膜的步驟包括：向固化成型的制件內注入壓縮空氣排出大部分液態的型芯構成材料，冷卻至室溫～100℃，脫模并清除隔離膜和殘余型芯構成材料；或者，冷卻至室溫～100℃，脫模，再向固化成型的制件內注入壓縮空氣排出大部分液態的型芯構成材料，清除隔離膜和殘余型芯構成材料；或者，冷卻至室溫～100℃，再向固化成型的制件內注入壓縮空氣排出大部分液態的型芯構成材料，脫模，清除隔離膜和殘余型芯構成材料。

優選地，所述預浸樹脂的連續纖維和/或連續纖維樹脂中所述連續纖維為選自碳纖維、玻璃纖維、芳綸纖維和聚酰亞胺纖維中的至少一種，所述樹脂為選自環氧樹脂、不飽和聚酯、苯并惡嗪樹脂和雙馬來酰亞胺樹脂中的至少一種。

優選地，所述隔離膜為聚四氟乙烯無孔薄膜，所述密封膠為硅橡膠。

優選地，所述工藝壓力為0.4-1兆帕，所述固化溫度為100-200℃。