纖維增強複合材料網格筋成型模具及成型方法
2023-06-30 23:20:42 1
纖維增強複合材料網格筋成型模具及成型方法
【專利摘要】本發明公開了一種纖維增強複合材料網格筋成型模具及成型方法，本發明的纖維增強複合材料網格筋成型模具包括底模、填充模、壓條和定位卡；該成型方法在該模具上繞經緯方向鋪設纖維絲束，形成纖維網格，再利用真空模壓技術，抽真空完成纖維網格的浸漬、固化成型。本發明可根據要求製作任意網格大小的纖維增強複合材料網格筋，產品尺寸精準、性能更加穩定，加工過程環保、便於掌握，適合工業化批量生產。
【專利說明】纖維增強複合材料網格筋成型模具及成型方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種成型複合材料的專用裝備與使用方法，具體涉及一種纖維增強複合材料網格筋成型模具及成型方法。
【背景技術】
[0002]纖維增強複合材料網格筋是將碳纖維、玻璃纖維、玄武巖纖維等高性能連續纖維浸潰於環氧樹脂、不飽和聚酯樹脂、乙烯基樹脂等形成網格狀的整體複合材料。這種纖維增強複合材料網格筋具有輕質、高強、雙向受力、施工方便、適用於普通環境、惡劣環境的優點，並能克服傳統建築材料的缺點，具有更多的應用優勢，具體表現在:
由纖維增強複合材料網格筋同時具有兩個方向的增強效果，其可以方便地應用於混凝土板的增強加固，有效提高其混凝土板的承載能力，加固試件延性較好，破壞前有明顯徵兆；纖維增強複合材料網格筋通過砂漿或樹脂粘貼於砌體牆體側面，可以顯著提高牆體的抗剪承載力，增強牆體的整體性，低周反覆荷載試驗表明了其對延性、耗能的明顯提高；纖維增強複合材料網格筋可彎成適宜形狀，並易於保持，其用於加固修復隧道頂部混凝土結構老化、混凝土脫落等病害具有很好的適用性；當然，纖維增強複合材料網格筋也可用於普通梁的抗剪、抗彎加固，效果及成本優於粘貼纖維布加固。
[0003]纖維增強複合材料網格筋作為一種新型複合材料，目前缺乏有效可靠的生產工藝。相關研究者對纖維網格織物的的編織工藝進行了研究，但其網格織物不適用於土木工程結構領域的應用。纖維增強複合材料網格筋的製備仍停留於傳統的手糊工藝，樹脂難以浸潰均勻，產品質量難以保證。纖維增強複合材料網格筋的製備工藝水平直接影響其力學性能，影響該材料在土木工程領域的推廣應用，急需一種纖維增強複合材料網格筋製作裝備及工藝生產方法，來製作出高品質纖維增強複合材料網格筋，以更好發揮材料的性能，實現材料的工程應用價值。
【發明內容】
[0004]發明目的:為了克服現有技術中存在的不足，本發明提供一種高效的纖維增強複合材料網格筋成型模具及成型方法。
[0005]技術方案:為解決上述技術問題，本發明提供一種纖維增強複合材料網格筋成型模具，包括底模、填充模、定位卡和壓條，所述底模為平板狀，所述填充模通過螺栓安裝於底模上並呈陣列式布置，所述填充模之間形成網格槽道，所述定位卡環繞於填充模外側並朝向所述槽道的出口處，所述壓條壓於所述網格槽道上方，包括互相擱置的縱向壓條與橫向壓條。
[0006]優選的，所述填充模可通過螺栓拆卸與替換，在底模不變的條件下，可變更填充模平面尺寸、厚度及相應的槽道的寬度。
[0007]優選的，所述填充模的厚度為f 5cm，其通過螺栓拆卸與替換，所述槽道的寬度為0.4?4cm。[0008]優選的，所述底模為表面光潔、平整的PVC板、竹木或鋼板，其長寬尺寸根據所製作網格的要求確定。
[0009]優選的，所述填充模中心線的兩側具有兩個對稱錨孔，所述填充模錨孔對應的底模開設內螺紋孔。
[0010]優選的，所述定位卡設置在槽道中線的延長線上，且與最外圈填充模距離不小於5cm,所述定位卡的直徑不小於0.5cm,高度不大於2cm。
[0011]本發明同時提出纖維增強複合材料網格筋成型方法，包括以下步驟:
1)製作底模，並在底模上塗刷脫模劑；
2)根據所設計纖維增強複合材料網格筋的間距，選擇填充模尺寸，並將填充模通過螺栓安裝於底模上，形成網格槽道； 3)在所述底模周圍，網格槽道延長線上確定纖維絲束固定卡；
4)調配樹脂，將纖維絲束浸潰樹脂；
5)沿網格槽道鋪設經緯向纖維絲束，並將端部固定於所述的固定卡上；
6)採用樹脂將形成的網格狀纖維絲束完全浸潤，並覆蓋脫模布；
7)在上述脫模布上方纖維絲束位置安放壓條；
8)在上述纖維網格範圍內鋪設導流網與導流管；
9)在底模固定卡的外圍不少於5cm處設置密封膠泥；
10)將整個模具覆蓋真空袋，且真空袋四周與密封膠泥粘結密實，開始抽真空；
11)真空度達到規定值後，在真空袋錶面鋪設電加熱毯，設置加熱溫度；
12)持續加熱與抽真空f2小時，樹脂固化，網格製作完成。
[0012]優選的，所述步驟7)中的壓條包括互相擱置的縱向壓條與橫向壓條，擱置於上方的壓條在交叉點處開有用於容納下方壓條的矩形槽，開槽深度比下方壓條的厚度多
0.2^0.4cm，所述壓條採用表面平整的PVC、竹木、鋼板條等材料製成。
[0013]優選的，所述步驟4)與步驟6)中浸潰的樹脂為環氧樹脂、乙烯基樹脂或不飽和聚酯樹脂。
[0014]優選的，所述步驟11)中加熱溫度根據樹脂種類設置，環氧樹脂加熱溫度不超過80攝氏度，乙烯基樹脂、不飽和聚酯樹脂加熱溫度不超過60攝氏度。
[0015]有益效果:本發明巧妙設計了纖維網格的成型模具，並利用真空模壓技術的特點，即利用真空設備吸出纖維內部空氣及多餘樹脂，並在真空下固化成型，提高纖維含量，得到更高強度和更輕質量的產品。利用本發明製作的纖維增強複合材料網格筋具有以下優點:可根據要求製作任意網格大小的纖維網格筋，而且由於填充模的存在使得複合材料網格筋的尺寸精準，無飛邊毛刺，外觀趨於一致；真空成型工藝體系中不留有多餘的樹脂，氣泡少，纖維含量高強度更高，性能更加穩定；同一製品在真空作用下，不同部分的壓力是相等的，避免了不均勻受力導致的纖維剪切破斷，因此樹脂對纖維的浸潤速度、製品樹脂含量比較均衡，性能比較穩定；樹脂的流動及固化過程在相對密閉的空間內進行，不會有大量的刺激性氣味散出，比較環保；製作工藝操作簡單，便於掌握，適合工業化批量生產。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0016]圖1是本發明實施例中底模及填充模的結構示意圖；圖2是本發明實施例中纖維絲束在槽道中的鋪設示意圖；
圖3是本發明實施例中壓條的布設示意圖；
圖4是圖3中壓條在節點處的安裝剖面圖；
圖5是圖4布設導流網與導流管的示意圖；
圖6是本發明中真空模壓工藝輔助材料安裝示意圖；
圖7是圖6的剖視圖；
圖中:1底模、2定位卡、3填充模、4螺栓、5纖維絲束、6脫模布、7-1橫向壓條、7_2縱向壓條、8導流網、9導流管、10密封膠泥、11真空膜、12電加熱毯、13樹脂收集器、14真空泵。
【具體實施方式】
[0017]實施例:為了對本發明的工藝特徵、目的和效果有更加清楚的理解，現對照【專利附圖】
【附圖說明】本發明的【具體實施方式】。
[0018]圖1是底模I與填充模3的連接結構示意圖，填充模3通過螺栓4固定在底模I上，形成用於鋪設纖維絲束的網格槽道。槽道中線上設置定位卡2，定位卡2的直徑不能低於0.5cm,目的是保護繃緊的纖維在轉角時不易被折斷。 [0019]圖2是纖維絲束5在槽道中的鋪設示意圖。纖維絲束5在填充模3陣列布置形成的槽道中經緯向間隔鋪 設，始終保持連續繃緊鋪設。
[0020]圖3是壓條7的布設示意圖。纖維絲束5纏繞完成之後，鋪設脫模布6，鋪設脫模布6的作用有兩個，一是增加纖維增強複合材料網格筋表面的均勻性，且又有一定的粗糙度，利於網格筋與結構粘結。二是便於網格脫模，保護網格的完整性。鋪設完成後將壓條鋪設在槽道中，壓條包括橫向壓條7-1和縱向壓條7-2。如圖4所示，在交叉點處擱置在上方的橫向壓條7-1開矩形槽，開槽深度比其下方縱向壓條7-2的厚度多0.2^0.4cm，以便於經緯向纖維絲束5在真空狀體下自由調節壓縮量，保證纖維絲素的均勻性、密實性。圖5是真空模壓工藝輔助材料安裝示意圖。先鋪設導流網8，便於樹脂再真空膜11內自由流動。再鋪設導流管9，用於將多於樹脂及氣泡排出真空膜。圖6是真空模壓的整套裝置示意圖，真空膜11粘結在密封膠泥10上，完成整個工藝輔材的安裝。裁剪真空膜時應注意使其各邊尺寸要比底模各邊尺寸長IOcm左右，以適應真空膜在抽真空狀態下網格範圍內自由伸縮。整個裝備連接完成後開啟真空泵14，多餘樹脂導入樹脂收集器13，待真空壓力表讀數接近O時，鋪設電加熱毯12，本步驟的加熱裝置也可以用安裝在底模底部的電加熱管等代替，目的是使樹脂達到快速固化的效果。
[0021]圖7作為圖6的剖視圖，能夠比較清晰的反映在網格製作過程中各步驟的材料鋪設位置，使用上述纖維增強複合材料網格筋成型模具的生產方法如下:
第一步:先製作一平整光潔、不透環氧樹脂的底模I，底模I上設計有螺栓孔與填充模3螺栓孔4對應，底模表面塗刷一層脫模劑；
第二步:根據纖維增強複合材料網格筋的大小設計填充模3。填充模3的長寬尺寸與複合材料網格筋的大小趨於一致，厚度為f 2cm，材質為鋼板，形狀根據製作的網格尺寸，可以是正方形也可以是長方形。填充模3中心線兩側打兩個對稱錨孔，位置與底模I上的螺栓孔對應。
[0022]第三步:固定填充模3。通過螺栓4將底模I的和填充模3連接成一整體，填充模3前後左右陣列式布置，相鄰兩填充模邊到邊之間預留0.S^lcm的槽道，形成網格槽道，用於鋪設經緯向纖維絲束5。
[0023]第四步:設置定位卡2。槽道中心線上，且距離最外圈填充模5~10cm，設置定位卡
2。定位卡直徑不小於0.5mm,高度不小於2cm,並固定於底模I上。
[0024]第五步:鋪設纖維絲束5。纖維絲束5先浸潰樹脂，浸潰過程中重複多次按壓，以保證樹脂浸透完全。槽道中連續鋪設經緯向纖維絲束5，一層徑向一層緯向交叉鋪設。鋪設時纖維絲束5應牽拉繃緊，沿某一槽道鋪設到達終點後纖維絲束5繞過定位卡2，轉至相鄰槽道鋪設，以此方法逐層鋪設纖維絲束5完成設計層數。
[0025]第六步:鋪設脫模布6。經緯向纖維絲束5鋪設完成後，在其上表面覆蓋一層脫模布6，脫模布6的大小以覆蓋住槽道內纖維絲束5為宜。
[0026]第七步:放置壓條7在脫模布6的上表面，鋪設經緯向纖維絲束5的槽道內放置壓條。壓條包括橫向壓條7-1和縱向壓條7-2，在交叉點處擱置在上方的橫向壓條7-1開矩形槽，開槽的深度比其下方縱向壓條7-2的厚度多2~4mm，寬度等於槽道寬度。
[0027]第八步:鋪設導流網8。壓條鋪設完成後鋪設一層導流網8，導流網大小以覆蓋住槽道內纖維為準。
[0028]第九步:鋪設導流管9。導流網8上表面鋪設導流管9，一根導流管9的輻射寬度15~20cm，根據導流網8的面積選擇導流管鋪設長度及間距。
[0029]第十步:鋪設密封膠泥10。底模I四周距離定位卡2所在直線5cm的周長上粘貼一圈密封膠泥10。
[0030]第十一步:鋪設真空膜11。真空膜11各邊長大於底模I各邊長不小於10cm，四條邊粘貼於密封膠泥10上，並按壓密實。
[0031]第十二步:抽真空模壓。連接真空泵14、樹脂收集器13及導流管9，樹脂收集器13的一端連接導流管9，一端連接真空空壓機14。
[0032]第十三步:鋪設電加熱毯12。待真空壓力表讀書接近O時，在真空膜11表面鋪設一層電加熱毯12，設定加熱溫度上限值。邊加熱邊抽真空，直至樹脂完全固化，停止抽真空，網格製作完成。
[0033] 以上述依據本發明的理想實施例為啟示，通過上述的說明內容，相關工作人員完全可以在不偏離本項發明技術思想的範圍內，進行多樣的變更以及修改。本項發明的技術性範圍並不局限於說明書上的內容，必須要根據權利要求範圍來確定其技術性範圍。
【權利要求】
1.一種纖維增強複合材料網格筋成型模具，其特徵在於包括:底模、填充模、定位卡和壓條，所述底模為平板狀，所述填充模通過螺栓安裝於底模上並呈陣列式布置，所述填充模之間形成網格槽道，所述定位卡環繞於填充模外側並朝向所述槽道的出口處，所述壓條壓於所述網格槽道上方，包括互相擱置的縱向壓條與橫向壓條。
2.根據權利要求1所述的纖維增強複合材料網格筋成型模具，其特徵在於:所述填充模的厚度為廣5cm。
3.根據權利要求1所述的纖維增強複合材料網格筋成型模具，其特徵在於:所述填充模的厚度為廣5cm，所述槽道的寬度為0.41cm。
4.根據權利要求1所述的纖維增強複合材料網格筋成型模具，其特徵在於:所述底模為表面光潔、平整的PVC板、竹木或鋼板。
5.根據權利要求1所述的纖維增強複合材料網格筋成型模具，其特徵在於:所述填充模中心線的兩側具有兩個對稱錨孔，所述填充模錨孔對應的底模開設內螺紋孔。
6.根據權利要求1所述的纖維增強複合材料網格筋成型模具，其特徵在於:所述定位卡設置在槽道中線的 延長線上，且與最外圈填充模距離不小於5cm，所述定位卡的直徑不小於0.5cm,高度不大於2cm。
7.—種纖維增強複合材料網格筋成型方法，其特徵在於包括以下步驟: 1)製作底模，並在底模上塗刷脫模劑； 2)根據所設計纖維增強複合材料網格筋的間距，選擇填充模尺寸，並將填充模通過螺栓安裝於底模上，形成網格槽道； 3)在所述底模周圍，網格槽道延長線上確定纖維絲束固定卡； 4)調配樹脂，將纖維絲束浸潰樹脂； 5)沿網格槽道鋪設經緯向纖維絲束，並將端部固定於所述的固定卡上； 6)採用樹脂將形成的網格狀纖維絲束完全浸潤，並覆蓋脫模布； 7)在上述脫模布上方纖維絲束位置安放壓條； 8)在上述纖維網格範圍內鋪設導流網與導流管； 9)在底模固定卡的外圍不少於5cm處設置密封膠泥； 10)將整個模具覆蓋真空袋，且真空袋四周與密封膠泥粘結密實，開始抽真空； 11)真空度達到規定值後，在真空袋錶面鋪設電加熱毯，設置加熱溫度； 12)持續加熱與抽真空f2小時，樹脂固化，網格製作完成。
8.根據權利要求7所述的纖維增強複合材料網格筋成型模具的成型方法，其特徵在於:所述步驟7)中的壓條包括互相擱置的縱向壓條與橫向壓條，擱置於上方的壓條在交叉點處開有用於容納下方壓條的矩形槽，開槽深度比下方壓條的厚度多0.2^0.4cm，所述壓條採用表面平整的PVC、竹木、鋼板條等材料製成。
9.根據權利要求6所述的纖維增強複合材料網格筋成型模具的成型方法，其特徵在於:所述步驟4)與步驟6)中浸潰的樹脂為環氧樹脂、乙烯基樹脂或不飽和聚酯樹脂。
10.根據權利要求7所述的纖維增強複合材料網格筋的成型方法，其特徵在於:所述步驟11)中加熱溫度根據樹脂種類設置，環氧樹脂加熱溫度不超過80攝氏度，乙烯基樹脂、不飽和聚酯樹脂加熱溫度不超過60攝氏度。
【文檔編號】B29C70/44GK103935053SQ201410137480
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2014年4月8日 優先權日:2014年4月8日
【發明者】吳剛, 王焰, 魏洋, 張敏, 唐煜 申請人:東南大學, 北京特希達科技有限公司