CN109834957A - 一种预浸料的成型方法及其成型模具 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种预浸料的成型方法及其成型模具，通过利用抽真空，除去残留空气、小分子，使树脂分布均匀、充分浸润，并且还采用闭合模具、内置气囊作为压实预浸料的辅助手段，由于气囊在充入有压流体后膨胀，在加热成型中，可以使预浸料在各个方向上获得均匀压力，得到压实来提高预浸料的性能。此外，通过设置梯度压力和温度，使树脂充分浸润纤维，可有效改善架桥、白斑、缺胶等贫树脂现象。本发明在密封模具内部加压，可控制性强，在改善复合成型的同时能有效节约成本、不污染环境，扩大了使用范围。更重要地，由于模具可设计性强、压力气囊变形性好、温度压力控制精度高，可以制得结构复杂且纤维含量高的复合材料制品。
Description
技术领域
本发明涉及成型技术领域，具体而言，一种预浸料的成型方法及其成型模具。
背景技术
预浸料是用树脂基体在严格控制的条件下浸渍连续纤维或织物，制成树脂基体与增强体的组合物，是制造复合材料的中间材料，可直接用于制造各种复合材料构件，因此，其质量优劣直接关系到复合材料的质量，而预浸料的成型方法也直接影响到预浸料的质量，因此，对预浸料成型方法的研究至关重要。
目前，预浸料的各种成型方法中仍然存在各种缺点，例如，邱启艳等在《消除复合材料热压罐阴模成型拐角缺陷的模具和方法》中采用在拐角处添加具有膨胀性能的垫片来消除热压罐阴模成型拐角区架桥和沟痕缺陷，但是在此方法中，由于不同位置、不同厚度垫片热膨胀系数不同，难以控制膨胀压力，而且对于复杂拐角，需要复杂形状垫片，受热膨胀易产生变形，从而影响拐角预浸料固化成型。朱家强等在《预浸料模压成型方法》中采用在模具的上模内、下模内或者上下模内贴覆有硅胶片，利用硅胶片受热膨胀产生内压，使预浸料获得压力，但是在此方法中，不仅存在硅胶片不均匀膨胀、预浸料受力不均等现象，而且对于曲面容易产生内侧拉力，不适合复杂构件。因此，研究出一种成本低、工艺简单且所制备的预浸料性能良好的成型方法具有十分重要的意义。
发明内容
针对相关技术中的问题，本发明研究了一种预浸料的成型方法及其成型模具，以提供一种成本低、工艺简单且所制备的预浸料性能良好的成型方法。
本发明提供的预浸料的成型方法，包括：步骤S1：将预浸料铺覆于阳模上，与附有气囊的阴模合模，形成密封模具；步骤S2：对所述密封模具抽真空；以及步骤S3：对所述预浸料施加外部压力并加热，固化，脱模，得到成型的预浸料制品。
在上述成型方法中，在所述步骤S1中，所述预浸料位于所述阳模和所述气囊之间。
在上述成型方法中，所述阳模和所述气囊与所述预浸料接触的一侧均铺覆有脱模布。
在上述成型方法中，所述步骤S2包括：采用真空泵对所述密封模具抽真空，在-0.95Bar以下抽真空至少15min。
在上述成型方法中，通过将有压流体通入位于所述阴模中的流体口对所述气囊施加外部压力来实现对所述预浸料施加外部压力。
在上述成型方法中，所述步骤S3包括：利用有压流体将所述气囊加压至第一预设压力P1，同时将所述密封模具加热至预设温度T，保温保压，继续增加所述气囊中的压力至第二预设压力P2，固化，脱模，得到所述成型的预浸料制品，其中，所述有压流体的压力为50～70psi，所述第一预设压力P1为90～100psi，所述第二预设压力P2为180～200psi，所述预设温度T为55～65℃。
在上述成型方法中，所述将所述密封模具加热至预设温度T的步骤包括：将所述密封模具加热至温度25～35℃，保温保压，之后再加热至所述预设温度T。
在上述成型方法中，所述将所述密封模具加热至预设温度T，保温保压，继续增加所述气囊中的压力至第二预设压力P2的步骤包括：将所述密封模具加热至温度25～35℃，保温保压，继续增加所述气囊中的压力至140～160psi；之后再加热至所述预设温度T，保温保压，继续增加所述气囊中的压力至所述第二预设压力P2。
一种用于上述成型方法的成型模具，包括：阳模，预浸料铺覆在所述阳模上；阴模，包括：流体口，位于所述阴模中，以及气囊，所述气囊与所述阴模的形状相同，并附着于所述阴模上，其中，所述气囊通过所述流体口与外界空气连通，并通过所述流体口向所述气囊施加压力。
在上述成型模具中，还包括真空口，位于所述阳模中，以在所述阴模和所述阳模合模之后，对模具和所述预浸料之间抽真空。
在上述成型模具中，所述气囊与所述阴模通过密封胶连接。
本发明利用抽真空，除去残留空气、小分子，使树脂分布均匀、充分浸润，并且还采用闭合模具、内置气囊作为压实预浸料的辅助手段，由于气囊在充入有压流体后膨胀，在加热成型中，使预浸料在各个方向上获得均匀压力，得到压实。此外，通过设置梯度压力和温度，使树脂充分浸润纤维，可有效改善架桥、白斑、缺胶等贫树脂现象。本发明在密封模具内部加压，可控制性强，在改善复合成型的同时能有效节约成本、不污染环境，扩大使用范围。更重要地，由于模具可设计性强、压力气囊变形性好、温度压力控制精度高，可以制得结构复杂且纤维含量高的复合材料制品。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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是根据本发明实施例的成型模具的结构示意图，其中，1表示阳模，2表示阴模，3表示气囊，4表示流体口。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供的预浸料的成型方法，包括以下步骤：
步骤S1：将预浸料铺覆于阳模上，与附有气囊的阴模合模，形成密封模具。在该步骤中，首先根据产品的形状制造成型模具的阳模、阴模和与阴模形状相同的气囊，将气囊和阴模用密封胶连接，形成一个密封的空间，且气囊上包裹有脱模布，然后将预浸料按铺层工艺要求裁剪、铺覆于带脱模布的阳模上，最后合模，形成密封模具，在合模后，预浸料位于阳模和气囊之间，且阳模和气囊与预浸料接触的一侧均铺覆有脱模布。
步骤S2：对密封模具抽真空。在该步骤中，采用真空泵对密封模具抽真空，在-0.95Bar以下抽真空至少15min，除去模具及预浸料之间的空气。
步骤S3：对预浸料施加外部压力并加热，固化，脱模，得到成型的预浸料制品。在该步骤中，通过将有压流体通入位于阴模中的流体口对气囊施加外部压力来实现对预浸料施加外部压力，其中，可以设置一个流体口，有压流体通过该流体口流入、流出气囊，也可以设置至少两个流体口，有压流体通过不同的流体口流入流出气囊，并且其中，有压流体包括氮气、空气等。在该步骤中，利用压力为50～70psi的有压流体将气囊加压至第一预设压力90～100psi，同时将密封模具以0.5～2℃/min加热至预设温度55～65℃，保温保压40～50min，树脂充分浸润；继续增加气囊中的压力至第二预设压力180～200psi，按固化曲线加热密封模具，树脂固化，脱模处理，得到成型的预浸料制品。在上述步骤中还可以采用温度梯度来加热密封模具，利用压力为50～70psi的有压流体将气囊加压至第一预设压力90～100psi，将密封模具以0.5～2℃/min加热至温度25～35℃，保温保压10～15min，之后再以0.5～2℃/min加热至预设温度55～65℃，保温保压30～35min，树脂充分浸润；继续增加气囊中的压力至第二预设压力180～200psi，按上述温度梯度加热密封模具，树脂固化，脱模处理，得到成型的预浸料制品。在上述步骤中还可以采用压力梯度来对气囊施加压力，利用压力为50～70psi的有压流体将气囊加压至第一预设压力90～100psi，将密封模具以0.5～2℃/min加热至温度25～35℃，保温保压10～15min；继续增加气囊中的压力至140～160psi，之后再以0.5～2℃/min加热至预设温度55～65℃，保温保压30～35min，树脂充分浸润；继续增加气囊中的压力至第二预设压力180～200psi，按固化曲线加热模具，树脂固化，脱模处理，得到成型的预浸料制品。在上述步骤中增加温度梯度、压力梯度，按温度梯度、压力梯度保温保压，可以进一步提高树脂的浸润程度，可以使产品更紧密，从而可以用于制造复杂结构的产品。
在本发明中，通过在阴模上附有一层与之贴服的气囊，气囊充入有压流体后能随阴模和阳模的内部形状膨胀，对预制件产生一个均匀正压，此外再对闭合模具抽真空，形成负压，在高正压和负压的作用下，预制件压实，树脂充分浸润，再经高温固化，制成与模具形状一致的制件。更重要地，固化成型方法可采用渐进式阶段压力和温度，让树脂在熔融状态保持时间长、压力大，充分浸透增强材料，可避免白斑和干区，并且能有效地提高层间结合强度。
实施例1
首先根据产品的形状制造成型模具的阳模、阴模和与阴模形状相同的气囊，将气囊和阴模用密封胶连接，形成一个密封的空间，且气囊上包裹脱模布，然后将预浸料按铺层工艺要求裁剪、铺覆于带脱模布的阳模上，合模，形成密封模具；用真空泵对密封模具抽真空，-0.95Bar抽真空15min，除去模具及预浸料之间的空气，利用压力为70psi的有压流体将气囊加压至第一预设压力100psi；将密封模具以1℃/min加热至预设温度60℃，保温保压40min，树脂充分浸润；继续增加气囊中的压力至第二预设压力180psi；按上述温度梯度加热模具，树脂固化，脱模处理，得到成型的预浸料制品。
实施例2
首先根据产品的形状制造成型模具的阳模、阴模和与阴模形状相同的气囊，将气囊和阴模用密封胶连接，形成一个密封的空间，且气囊上包裹脱模布，然后将预浸料按铺层工艺要求裁剪、铺覆于带脱模布的阳模上，合模，形成密封模具；用真空泵对密封模具抽真空，-0.90Bar抽真空20min，除去模具及预浸料之间的空气，利用压力为50psi的有压流体将气囊加压至第一预设压力90psi，将密封模具以0.5℃/min加热至温度25℃，保温保压10min，之后再以0.5℃/min加热至预设温度65℃，保温保压35min，树脂充分浸润；继续增加气囊中的压力至第二预设压力200psi，按上述温度梯度加热密封模具，树脂固化，脱模处理，得到成型的预浸料制品。
实施例3
首先根据产品的形状制造成型模具的阳模、阴模和与阴模形状相同的气囊，将气囊和阴模用密封胶连接，形成一个密封的空间，且气囊上包裹脱模布，然后将预浸料按铺层工艺要求裁剪、铺覆于带脱模布的阳模上，合模，形成密封模具；用真空泵对密封模具抽真空，-0.85Bar抽真空30min，除去模具及预浸料之间的空气，利用压力为60psi的有压流体将气囊加压至第一预设压力95psi，将密封模具以2℃/min加热至温度35℃，保温保压15min；继续增加气囊中的压力至160psi，之后再以2℃/min加热至预设温度55℃，保温保压30min，树脂充分浸润；继续增加气囊中的压力至第二预设压力190psi，按上述温度梯度加热模具，树脂固化，脱模处理，得到成型的预浸料制品。
实施例4
首先根据产品的形状制造成型模具的阳模、阴模和与阴模形状相同的气囊，将气囊和阴模用密封胶连接，形成一个密封的空间，且气囊上包裹脱模布，然后将预浸料按铺层工艺要求裁剪、铺覆于带脱模布的阳模上，合模，形成密封模具；用真空泵对密封模具抽真空，-0.95Bar抽真空20min，除去模具及预浸料之间的空气，利用压力为65psi的有压流体将气囊加压至第一预设压力90psi，将密封模具以1.5℃/min加热至温度25℃，保温保压12min；继续增加气囊中的压力至140psi，之后再以1.5℃/min加热至预设温度65℃，保温保压32min，树脂充分浸润；继续增加气囊中的压力至第二预设压力200psi，按上述温度梯度加热模具，树脂固化，脱模处理，得到成型的预浸料制品。
实施例5
首先根据产品的形状制造成型模具的阳模、阴模和与阴模形状相同的气囊，将气囊和阴模用密封胶连接，形成一个密封的空间，且气囊上包裹脱模布，然后将预浸料按铺层工艺要求裁剪、铺覆于带脱模布的阳模上，合模，形成密封模具；用真空泵对密封模具抽真空，-0.95Bar抽真空20min，除去模具及预浸料之间的空气，利用压力为70psi的有压流体将气囊加压至第一预设压力100psi，将密封模具以0.5℃/min加热至温度30℃，保温保压15min；继续增加气囊中的压力至150psi，之后再以0.5℃/min加热至预设温度60℃，保温保压35min，树脂充分浸润；继续增加气囊中的压力至第二预设压力180psi，按上述温度梯度加热模具，树脂固化，脱模处理，得到成型的预浸料制品。
实施例6
首先根据产品的形状制造成型模具的阳模、阴模和与阴模形状相同的气囊，将气囊和阴模用密封胶连接，形成一个密封的空间，且气囊上包裹脱模布，然后将预浸料按铺层工艺要求裁剪、铺覆于带脱模布的阳模上，合模，形成密封模具；用真空泵对密封模具抽真空，-0.95Bar抽真空25min，除去模具及预浸料之间的空气，利用压力为50psi的有压流体将气囊加压至第一预设压力100psi，将密封模具以1℃/min加热至温度30℃，保温保压10min；继续增加气囊中的压力至160psi，之后再以1℃/min加热至预设温度60℃，保温保压30min，树脂充分浸润；继续增加气囊中的压力至第二预设压力200psi，按上述温度梯度加热模具，树脂固化，脱模处理，得到成型的预浸料制品。
本发明利用抽真空，除去残留空气、小分子，使树脂分布均匀、充分浸润，并且还采用闭合模具、内置气囊作为压实预浸料的辅助手段，由于气囊在充入有压流体后膨胀，在加热成型中，可以使预浸料在各个方向上获得均匀压力，得到压实。此外，通过设置梯度压力和温度，使树脂充分浸润纤维，可有效改善架桥、白斑、缺胶等贫树脂现象。本发明在密封模具内部加压，可控制性强，在改善复合成型的同时能有效节约成本、不污染环境，扩大了使用范围。更重要地，由于模具可设计性强、压力气囊变形性好、温度压力控制精度高，可以制得结构复杂且纤维含量高的复合材料制品。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种预浸料的成型方法，其特征在于，包括：
步骤S1：将预浸料铺覆于阳模上，与附有气囊的阴模合模，形成密封模具；
步骤S2：对所述密封模具抽真空；以及
步骤S3：对所述预浸料施加外部压力并加热，固化，脱模，得到成型的预浸料制品。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在所述步骤S1中，所述预浸料位于所述阳模和所述气囊之间。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述阳模和所述气囊与所述预浸料接触的一侧均铺覆有脱模布。
4.根据权利要求1所述的成型方法，其特征在于，所述步骤S2包括：采用真空泵对所述密封模具抽真空，在-0.95Bar以下抽真空至少15min。
5.根据权利要求1所述的成型方法，其特征在于，通过将有压流体通入位于所述阴模中的流体口对所述气囊施加外部压力来实现对所述预浸料施加外部压力。
6.根据权利要求1所述的成型方法，其特征在于，所述步骤S3包括：利用有压流体将所述气囊加压至第一预设压力P1，同时将所述密封模具加热至预设温度T，保温保压，继续增加所述气囊中的压力至第二预设压力P2，固化，脱模，得到所述成型的预浸料制品，其中，所述有压流体的压力为50～70psi，所述第一预设压力P1为90～100psi，所述第二预设压力P2为180～200psi，所述预设温度T为55～65℃。
7.根据权利要求6所述的成型方法，其特征在于，所述将所述密封模具加热至预设温度T的步骤包括：将所述密封模具加热至温度25～35℃，保温保压，之后再加热至所述预设温度T。
8.根据权利要求6所述的成型方法，其特征在于，所述将所述密封模具加热至预设温度T，保温保压，继续增加所述气囊中的压力至第二预设压力P2的步骤包括：将所述密封模具加热至温度25～35℃，保温保压，继续增加所述气囊中的压力至140～160psi；之后再加热至所述预设温度T，保温保压，继续增加所述气囊中的压力至所述第二预设压力P2。
9.一种用于权利要求1～8任一项所述的成型方法的成型模具，其特征在于，包括：
阳模，预浸料铺覆在所述阳模上；
阴模，包括：
流体口，位于所述阴模中，以及
气囊，所述气囊与所述阴模的形状相同，并附着于所述阴模上，
其中，所述气囊通过所述流体口与外界空气连通，并通过所述流体口向所述气囊施加压力。
10.根据权利要求9所述的成型模具，其特征在于，还包括真空口，位于所述阳模中，以在所述阴模和所述阳模合模之后，对模具和所述预浸料之间抽真空。
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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