[发明专利]一种复杂内腔复合材料制件的低成本制备方法

说明书

本发明涉及一种复杂内腔复合材料制件的制备方法，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或预制袋的型芯表面，或将连续纤维树脂预浸料铺覆在包裹有隔离膜或预制袋的型芯表面，得到复合材料预制体；b、将预制体放入模具中，合模；c、将模具放入烘箱中升温至复合材料固化温度，按复合材料给定的固化温度和固化时间固化成型；d、降温脱模，排出型芯内部呈液态的型芯材料，去除复合材料内腔中的型芯的隔离膜或预制袋，得到具有所设计内腔结构的复合材料制件。该方法可以方便、快捷制备各种具有复杂空腔的连续纤维增强的复合材料，所需模具和工艺设备简单，成型工艺过程简单，可实现低成本、连续批量化生产。

技术领域

本发明涉及结构复合材料的制备技术领域，具体涉及一种复杂内腔复合材料制件的低成本制备方法。

背景技术

连续纤维增强的树脂基复合材料具有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备方法主要有：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，通常是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，再脱模脱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复合材料制件。

但在制备具有复杂内腔结构的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复合材料制件。一种已有的技术是应用水溶性型芯，即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、型芯材料无法反复使用、严重环境污染、溶解处理过程影响复合材料性能等问题。

公开号为CN105946247A的中国专利文献公开了一种可制备复杂内腔复合材料制件的方法及设备，该方法能较好地控制工艺过程中的压力，可制备具有复杂内腔的复合材料，但该方法操作复杂，模具成本高，生产效率较低本。

综上，为了避免以上问题，需要发展新颖的具有复杂内腔复合材料制件的制备工艺，实现具有复杂内腔复合材料的低成本生产。

发明内容

本发明的目的在于，解决现有工艺操作复杂，模具成本高，生产效率较低本的问题。

为实现上述目的，本发明所述的方法以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材料，在室温下可以缠绕赋形，在加热至固化温度后直接利用型芯熔化和升温产生的热膨胀压力将缠绕结构或预浸料铺覆结构施压到模具内壁上赋形，最后型芯可在一定温度下排出内腔，得到具有复杂内腔的复合材料制件，简化了成型装置后，模具在闭模后可直接放入烘箱内固化成型，实现快速低成本生产。具体地，该方法包括如下步骤：

a、室温下将预浸树脂的连续纤维缠绕在包裹有隔离膜或预制袋的型芯表面，或将连续纤维树脂预浸料铺覆在包裹有隔离膜或预制袋的型芯表面，得到复合材料预制体；

b、将预制体放入模具中，合模；

c、将模具放入烘箱中升温至复合材料固化温度，按复合材料给定的固化温度和固化时间固化成型；

d、降温脱模，排出型芯内部呈液态的型芯材料，去除复合材料内腔中的型芯的隔离膜或预制袋，得到具有所设计内腔结构的复合材料制件。

优选地，在步骤c中，持续将合模好的模具放入到烘箱中，计算放入和取出时间，持续取出固化好的模具，然后进行d步骤的操作，得到复合材料制件。

优选地，将步骤c替换为：