一種複合材料管材的製作成型方法與流程

2023-12-02 00:32:06 1

本發明涉及複合材料生產技術領域，具體涉及一種複合材料管材的製作成型方法。

背景技術：

近年來，碳纖維管材市場發展迅速，在汽車、航空航天、建築等領域應用廣泛。我國複合材料管市場發展也相當迅速，產品產出持續擴張，國家產業政策鼓勵複合材料管產業向高技術產品方向發展，國內企業新增投資項目投資逐漸增多。投資者對複合材料管市場的關注越來越密切，這使得複合材料管市場越來越受到各方的關注。因此，如何以最低成本、最簡單的方法製作出強度高，剛度好的管材成為一個極其重要的課題。

目前市場上複合材料管制作方法多為：

1、纏繞法：這種方法成型需要纏繞機，芯模，固化加熱爐，脫模機及熟練的技術工人，此方法應用於大型廠房，需要的投資較大，成本較高。

2、矽橡膠法：其製作方法是以矽橡膠為芯模，在矽橡膠表面纏繞纖維布(纖維預浸料)，利用矽橡膠熱脹冷縮的原理，加熱時矽橡膠膨脹，達到管材要求的尺寸，固化後降溫冷卻，矽橡膠冷縮，變為原有尺寸，便於脫模。矽橡膠使用壽命僅為2-3次，故此方法成本較高。

3、充氣袋法：其製作方法是以充氣袋作為芯模，玻璃鋼模具為外模，其中充氣袋僅為內部支撐作用。由於充氣袋內部以空氣填充，故芯模較軟，管材內部尺寸不精確，產品性能較低。

技術實現要素：

鑑於以上所述現有技術的缺點，本發明的目的在於提供一種複合材料管材的製作成型方法，用以改善現有技術中存在的管材高成本、低強度等問題。

為了實現上述目的或者其他目的，本發明是通過以下技術方案實現的：

一種複合材料管材的製作成型方法，包括如下步驟：

(1)將充氣袋完全充氣，備用；

(2)將步驟(1)充氣後的充氣袋內部填充鐵砂，作為芯模；

(3)在步驟(2)的芯模表面粘貼聚四氟乙烯模，粘貼完畢後塗抹封孔劑，然後塗抹脫模劑；

(4)在步驟(3)得到的芯模表面纏繞碳纖維預浸料，然後纏繞脫模布、熱收縮膜；

(5)烘箱升溫固化：將步驟(4)得到的產品放入烘箱中，升溫至95-100℃，保溫30-35min，然後繼續升溫至125-130℃，保溫30-35min；

(6)脫模：步驟(5)中保溫結束後，烘箱自然冷卻至室溫後，將產品拿出，將熱收縮膜、脫模布揭除，將鐵砂倒出，將充氣袋和聚四氟乙烯膜脫除，得到複合材料管材。

進一步地，所述充氣袋充氣後的直徑與管材直徑相同。

進一步地，所述充氣袋可耐溫150℃以上。

進一步地，所述鐵砂的直徑為0.2-0.3mm。更進一步地，所述鐵砂的直徑為0.2mm。

進一步地，步驟(3)中採用的封孔劑為Zyvax Sealer AC(購自埃法比國際貿易有限公司)。

進一步地，所述封孔劑塗抹次數為1-4次，每次間隔時間為20min。當模具初次使用時，封孔劑的塗抹次數為4次，每次間隔時間為20min；當模具不是初次使用時，封孔劑塗抹次數只需一次。

進一步地，步驟(3)中採用的脫模劑為FLEX-Z-5.0脫模劑(購自埃法比國際貿易有限公司)、Frekote-55NC脫模劑(購自漢高-樂泰)中的一種。

進一步地，所述脫模劑的塗抹次數為2-6次，每次間隔時間為20min。當模具初次使用的塗抹次數為6次，每次間隔時間為20min，再次使用時只需塗抹兩次，時間間隔為20min。

進一步地，步驟(4)中採用的碳纖維預浸料是購自江蘇天鳥高新技術有限公司，碳纖維含量為59％、膠含量為41％的3k平紋碳纖維預浸料，以及碳纖維含量為60％、膠含量為40％的150g單向碳纖維預浸料。

其中，本發明中碳纖維預浸料為樹脂與碳纖維製做的複合材料半成品，一般分為幹法和溼法兩種形式製作，本發明所使用的碳纖維預浸料為溼法製作。

更進一步地，步驟(4)中芯模表面纏繞兩層碳纖維預浸料，其中表層使用3k平紋碳纖維預浸料，為0°纏繞；內層使用150g單向碳纖維預浸料，通過0°/90°/45°/-45°/-45°/45°/90°/0°方式進行對稱鋪層。

進一步地，本發明中脫模布可耐溫150℃以上，脫模布的作用為方便複合材料製品脫模，即實現製品與模具的分離。

進一步地，本發明所採用的熱收縮膜為PVC熱收縮透明膜狀材料，可耐溫150℃以上，為產品製作提供外壓，實現保證產品厚度的效果。

進一步地，步驟(5)中兩次升溫的速率均為3℃/min。

進一步地，本發明步驟(6)脫模時，聚四氟乙烯膜不需從充氣袋上揭除，方便循環使用。

綜合以上，本發明的複合材料管材的製作成型方法，採用鐵砂填充到充氣袋中，能有效的保證芯模的剛性，脫模時因為鐵砂的流動性便於脫模。利用聚四氟乙烯膜，可以保證管材表面的美觀性和脫模效果。採用熱收縮膜，可以保證產品表面均勻受壓，結構性能強。

本發明所提供的方法無需矽橡膠等使用壽命較短的模具，而是使用吹氣袋、鐵砂、聚四氟乙烯膜、熱收縮膜等，可以有效降低成本，提高工作效率；且所得管材強度和剛度均較高。

附圖說明

圖1為本發明中步驟(4)所得到的管材模具的結構示意圖；

圖2為圖1的截面示意圖。

元件標號

1 鐵砂

2 充氣袋

3 聚四氟乙烯膜

4 碳纖維層

5 熱收縮膜。

具體實施方式

以下通過特定的具體實施例說明本發明的實施方式，本領域技術人員可由本說明書所揭露的內容輕易地了解本發明的其他優點與功效。本發明還可以通過另外不同的具體實施方式加以實施或應用，本說明書中的各項細節也可以基於不同觀點與應用，在沒有背離本發明的精神下進行各種修飾或改變。

請參閱圖1至圖2。須知，本說明書所附圖式所繪示的結構、比例、大小等，均僅用以配合說明書所揭示的內容，以供熟悉此技術的人士了解與閱讀，並非用以限定本發明可實施的限定條件，故不具技術上的實質意義，任何結構的修飾、比例關係的改變或大小的調整，在不影響本發明所能產生的功效及所能達成的目的下，均應仍落在本發明所揭示的技術內容得能涵蓋的範圍內。同時，本說明書中所引用的如「上」、「下」、「左」、「右」、「中間」及「一」等的用語，亦僅為便於敘述的明了，而非用以限定本發明可實施的範圍，其相對關係的改變或調整，在無實質變更技術內容下，當亦視為本發明可實施的範疇。

實施例1

一種複合材料管材的製作成型方法，包括如下步驟：

(1)將充氣袋完全充氣，充氣後的充氣袋直徑為30mm，備用；

(2)將步驟(1)的充氣袋內部填充鐵砂，作為芯模；鐵砂的直徑為0.2mm；

(3)在步驟(2)的芯模表面粘貼聚四氟乙烯模，粘貼完畢後塗抹封孔劑，然後塗抹脫模劑；

(4)在步驟(3)得到的芯模表面纏繞碳纖維預浸料，然後纏繞脫模布、熱收縮膜；

(5)烘箱升溫固化：將步驟(4)得到的產品放入烘箱中，升溫至95℃，保溫0.5h，然後繼續升溫至130℃，保溫0.5h，其中升溫速率為3℃/min；

(6)脫模：步驟(5)中保溫結束後，烘箱自然冷卻至室溫後，將產品拿出，將熱收縮膜、脫模布揭除，將鐵砂倒出，將充氣袋和聚四氟乙烯膜脫除，得到外徑32mm，內徑30mm複合材料管材。

實施例2

一種複合材料管材的製作成型方法，包括如下步驟：

(1)將充氣袋完全充氣，充氣後的充氣袋直徑為40mm，備用；

(2)將步驟(1)的充氣袋內部填充鐵砂，作為芯模；鐵砂的直徑為0.25mm；

(3)在步驟(2)的芯模表面粘貼聚四氟乙烯膜，粘貼完畢後塗抹封孔劑，然後塗抹脫模劑；

(4)在步驟(3)得到的芯模表面纏繞碳纖維預浸料，然後纏繞脫模布、熱收縮膜；

(5)烘箱升溫固化：將步驟(4)得到的產品放入烘箱中，升溫至95℃，保溫0.5h，然後繼續升溫至130℃，保溫0.5h，其中升溫速率為3℃/min；

(6)脫模：步驟(5)中保溫結束後，烘箱自然冷卻至室溫後，將產品拿出，將熱收縮膜、脫模布揭除，將鐵砂倒出，將充氣袋和聚四氟乙烯膜脫除，得到外徑42mm，內徑40mm複合材料管材。

對比例1

購買市場採用常規製作成型方法——纏繞法製備的複合材料管材，其步驟如下：

(1)根據管材規格，製作內芯模具；

(2)根據規格要求，設計纖維層疊方式；

(3)將纖維層卷到內芯模具；

(4)烘烤硬化；

(5)脫芯模；

(6)研磨管身使其最終的產品碳纖維管材內徑30mm，厚度1mm。

參考GB/T5349-2005《纖維增強熱固性塑料管軸向拉伸性能試驗方法》、GB/T1446-2005《纖維增強塑料性能實驗方法》分別對上述管材進行相關性能測試；應用WDW-100型微機控制電子萬能試驗機對該上述複合材料管材進行力學測試，結果顯示如下：

由上述性能測試結果，可以看出，通過本發明所述方法製得的複合材料管材與現有技術製得的管材相比，拉伸強度、拉伸彈性模量、最大載荷、破壞載荷等性能均有明顯提高。

上述實施例僅示例性說明本發明的原理及其功效，而非用於限制本發明。任何熟悉此技術的人士皆可在不違背本發明的精神及範疇下，對上述實施例進行修飾或改變。因此，舉凡所屬技術領域中具有通常知識者在未脫離本發明所揭示的精神與技術思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應由本發明的權利要求所涵蓋。