[发明专利]一种制备具有复杂内腔制件的方法和模具

说明书

技术领域

本发明涉及具有复杂内腔制件技术领域，具体涉及一种制备具有复杂内腔制件的方法和模具。

背景技术

连续纤维增强的树脂基复合材料制件具有较高的比强度和比刚度，在航空航天、输油管道、高压容器、民用体育器材等领域具有越来越广泛的应用。连续纤维增强的树脂基复合材料制件制备成型方法主要有：铺叠成型、缠绕成型，还有新近发展的3D打印技术等。缠绕成型方法主要用于管道、容器或复杂含芯结构件的制备，如输油管道、高压气瓶、船舶或直升机的桨叶、民用轻质空心器材如拐杖和自行车架等，通常将纤维预浸后按设计的缠绕方向和工艺缠绕在一个型芯或中心材料上，型芯或中心材料赋予缠绕纤维固化后的最终形状，随后固化得到复合材料制件，再脱模清除型芯得到空心制件，或保留型芯和连续纤维增强复合材料共同成为制件。铺叠成型则是将连续纤维织物或预浸料铺覆于一个模型面或中心模型(型芯)上，得到预制体，再利用RTM工艺或预浸料工艺得到具有复杂内腔制件。

但在制备具有复杂内腔制件却遇到了难以解决的问题，主要是复杂结构的型芯会造成成型后无法脱模，因此难以制备内腔为长的管道结构或具有曲折管道结构的具有复杂内腔制件。一种已有的技术是发展水溶性型芯，如中国专利CN101559472B、CN102786295B等，利用水溶性型芯时，可在复合材料成型后利用水溶的方法除去型芯，但不可避免带来溶解速度慢、型芯构成材料难以反复使用、严重环境污染、溶解处理过程影响复合材料制件性能等问题。

综上，为了避免以上问题，需要发展新颖的型芯设计和清除方法，并可利用该技术制备具有复杂内腔结构的具有复杂内腔制件。

发明内容

本发明的目的在于提供一种制备具有复杂内腔制件的方法和模具，即利用一种室温下具有较高硬度、而在热成型温度下为中低粘度液体的材料作为型芯构成材料，在室温下可以缠绕赋型，在加热至固化温度后可利用空气或熔融型芯维持一定压力保持缠绕结构的形状，型芯可在受热下条件下排出内腔，因此极易清除型芯，可以制备具有复杂内腔制件。

为实现上述目的，本发明提供一种制备具有复杂内腔制件的方法，其特征在于，该方法包括：a、室温下将预浸树脂的连续纤维缠绕在包裹有隔离膜的低熔点型芯表面，或将连续纤维树脂预浸料铺覆在包裹有隔离膜的低熔点型芯表面，得到包裹有预制体的低熔点型芯；b、将包裹有预制体的低熔点型芯放入模具中，利用密封胶和隔离膜使低熔点型芯和预制体相互密封隔离；c、升温至低熔点型芯构成材料熔化成液态后，向型芯内注入熔融的低熔点型芯构成材料使型芯内部压力至工艺压力；d、随后在固化温度下使预制体固化成型，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内部呈液态的型芯构成材料和隔离膜，得到具有复杂内腔制件；或者，将步骤c和步骤d替换为：c’、升温至低熔点型芯构成材料熔化温度以上，从模具连通型芯的气体阀门打入压缩空气，从模具连通型芯的出口阀门释放出被压缩空气挤出的型芯构成材料；释放大部分型芯构成材料后关闭出口阀门，打入空气加压至工艺压力；d’、在固化温度下使预制体固化完全，固化完成后冷却至室温～100℃，脱模并清除残余的型芯构成材料和隔离膜，得到具有复杂内腔制件；其中，步骤a中所述低熔点型芯的构成材料满足以下条件：在20℃以下为硬质固体，在30～150℃某一温度以上成为可流动的液体，玻璃化转变温度或熔融温度大于20℃，在所述固化温度时成为粘度低于200Pa·s的可流动液体。

本发明所述的低熔点型芯的构成材料包括了低熔点(如小分子的结晶熔融)和低粘流温度(如玻璃态物质高于玻璃化转变温度一定值后成为可流动的液体)。

优选地，步骤d中固化完成后排出或清除固化成型的制件内部呈液态的型芯构成材料和隔离膜的步骤包括：向固化成型的制件内注入压缩空气排出大部分液态的型芯构成材料，冷却至室温～100℃，脱模并清除隔离膜和残余型芯构成材料；或者，冷却至室温～100℃，脱模，再向固化成型的制件内注入压缩空气排出大部分液态的型芯构成材料，清除隔离膜和残余型芯构成材料；或者，冷却至室温～100℃，再向固化成型的制件内注入压缩空气排出大部分液态的型芯构成材料，脱模，清除隔离膜和残余型芯构成材料。

优选地，所述预浸树脂的连续纤维和/或连续纤维树脂中所述连续纤维为选自碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维和聚酰亚胺纤维中的至少一种，所述树脂为选自环氧树脂、不饱和聚酯、苯并恶嗪树脂和双马来酰亚胺树脂中的至少一种。

优选地，所述隔离膜为聚四氟乙烯无孔薄膜，所述密封胶为硅橡胶。

优选地，所述工艺压力为0.4-1兆帕，所述固化温度为100-200℃。