[发明专利]复合材料构件缠绕成型用形状记忆聚合物芯模的制作方法

说明书

技术领域

本发明属于芯模制作技术领域，具体涉及一种复合材料构件缠绕成型用形状记忆聚合物芯模的制作方法。

背景技术

纤维缠绕成型技术是指将连续的纤维经浸渍树脂胶液后，在一定的张力作用下，按照一定的规律缠绕到芯模上，然后固化成型的工艺技术。分干法、湿法和半干法三种缠绕形式。适用于制造圆柱体、圆筒体、球体和某些正曲率回转体制品。该成型技术具有纤维含量高、纤维强度发挥好、纤维缠绕方向可改变以及适合大批量生产等优点，在航空航天及民用领域有着广泛的应用。

复合材料构件缠绕成型用芯模直接影响产品的尺寸精度、内表面质量、成本以及生产周期。目前国内复合材料构件的缠绕成型技术大多采用金属芯模、水溶性砂芯模以及金属骨架外敷石膏层组合式芯模。组合式芯模的优点是骨架可以重复利用，但其结构复杂，无论拆装或者石膏层刮制都需手工操作，机械化程度低，同时石膏层非常脆，容易开裂，芯模成品率不高。水溶性砂芯模相对于金属组合芯模的最大优点是从复合材料制品中拆除比较容易，但芯模重量过大一直是制约水溶砂芯模发展的关键，并且其制作过程大都属于人工操作，效率非常低下，也制约了其发展。金属芯模成本高、重量大且不利于长径比较大的构件成型，使其应用范围也大大受限。

随着复合材料应用要求的不断提高，复合材料构件缠绕成型对芯模材料及芯模的整体刚度、同轴度及组装、拆除等要求越来越高，而现有芯模成本高、结构沉笨、重量大，芯模的组装、拆除及变形均无法满足复合材料缠绕技术的进一步发展，因此开展轻质高刚度芯模材料研究很有必要。同时复合材料应用范围的不断扩大，需求量持续增加，要求其快速批量化生产，这对易成型、易脱模、轻质、低成本芯模材料的应用研究提出了迫切需求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种复合材料构件缠绕成型用形状记忆聚合物芯模的制作方法。该方法采用形状记忆聚合物制作复合材料缠绕构件芯模，可实现芯模的快速成型，制作的芯模通过形状记忆聚合物在弹性和刚性间进行转换，容易实现拆模，并达到重复使用的目的，最终实现复合材料产品的快速、高效、低成本制造，进而推动先进材料技术的推广应用和更新换代。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种复合材料构件缠绕成型用形状记忆聚合物芯模的制作方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤一、配制氢化环氧树脂体系：将氢化环氧树脂、己二醇二缩水甘油醚和顺丁烯二酸酐按0.5～1.0∶0～0.4∶2.0的摩尔比混合均匀后放入真空干燥箱中，在温度为50℃～60℃的条件下脱除气泡5min～15min，得到氢化环氧树脂体系；

步骤二、制作氢化环氧树脂坯件：将步骤一中所述氢化环氧树脂体系浇注至圆筒状模具，然后将浇注后的模具置于烘箱中固化，冷却至室温后脱模得到氢化环氧树脂坯件；

步骤三、制作芯模：根据所需芯模的形状选择芯模成型模具，将步骤二中所述氢化环氧树脂坯件与芯模成型模具组装，采用吹塑工艺将组装后的氢化环氧树脂坯件在温度为90℃～140℃，压力为0.2MPa～0.6MPa的条件下保压10min～20min，使氢化环氧树脂坯件变形成芯模形状，冷却后脱模得到形状记忆聚合物芯模。

上述步骤一中所述氢化环氧树脂、己二醇二缩水甘油醚和顺丁烯二酸酐的摩尔比为0.6～0.9∶0.1～0.3∶2.0。

上述步骤二中所述固化的制度为：在温度为60℃～80℃的条件下固化2h～4h，然后在温度为110℃～130℃的条件下固化2h～4h，最后在温度为150℃～180℃的条件下固化0.5h～1.5h。

上述步骤三中所述芯模成型模具采用分瓣阴模的形式，芯模成型模具内表面的形状与所要制作的芯模外表面形状相同。

上述步骤三中所述冷却的方式为采用氮气吹拂或采用自来水冷却，或者为采用氮气吹拂后再采用自来水冷却。

本发明氢化环氧树脂体系浇注所用的圆筒状模具由圆筒状阳模和圆筒状阴模通过螺栓固定连接而成。

本发明的形状记忆聚合物芯模的使用方法为：按照常规方法将复合材料缠绕至形状记忆聚合物芯模上制备复合材料构件，然后将形状记忆聚合物芯模加热至氢化环氧树脂体系的玻璃化转变温度以上，芯模形状即可回复至初始的圆筒状，最后将形状回复的芯模从复合材料构件的开口处取出。

本发明与现有技术相比具有以下优点：