[发明专利]一种整体闭合复合材料外壳的真空辅助成型方法

说明书

 

技术领域

本发明涉及一种复合材料成型技术，特别是一种整体闭合复合材料外壳的真空辅助成型方法。

背景技术

树脂基复合材料由于具有轻质、高强、耐水、耐化学腐蚀等优点，对采用具有易腐蚀的内部芯材而言，采用全封闭的复合材料外壳可以避免内部部件遭受水、酸、碱等化学试剂的腐蚀；对采用泡沫等力学性能较低的内部芯材而言，采用全封闭的复合材料外壳不仅可以保护内部芯材免受外部冲击所引起的破坏，而且增加了产品的整体体力学性能，可以明显提高产品的刚度和制品外型的稳定性。采用复合材料作为外壳的产品在化工、海洋制品等领域具有巨大的应用潜力并已在部分产品上得到了应用。

目前，成型具有整体闭合结构的复合材料外壳采用最普遍的是手糊工艺成型。手糊工艺不受产品尺寸和形状限制，操作工艺简便，设备简单，易于满足产品设计要求，可以在产品不同部位任意增补增强材料，对成型尺寸大、形状复杂的复合材料外壳比较适合。然而手糊工艺生产效率低下，劳动强度大，特别是在糊制垂直或倾斜面时，由于重力作用造成树脂不间断的向下流动而形成“流胶”，同时由于树脂与空气直接接触造成有害气体外漏，致使劳动卫生条件恶劣；并且不同操作工人对工艺的熟练程度不同，造成产品质量不易控制，性能稳定性不高

近年来，为了改进手糊工艺的不足，其他先进的成型工艺也逐渐应用于复合材料外壳的成型制造，如目前比较先进的树脂传递模塑工艺和模压工艺已在相关产品上进行了应用。中国专利CN 101266788A公布了一种复合材料外壳反声障板及其制造方法，该障板采用硬质聚氨酯泡沫芯材，外壳采用耐海水树脂基复合材料外壳，采用树脂传递模塑成型工艺制造。中国专利CN 101504105A公布了一种玻璃钢整体复合真空绝热板的制造方法，其中涉及了整体包裹真空绝热板的复合材料保护层的成型，该专利中采用了注射或模压等方法进行整体包裹的复合材料保护层的成型。然而上述两个专利中涉及的复合材料外壳或保护层的形状比较单一，并且尺寸较小，如中国专利CN 101504105A中公布的产品外形尺寸为358mm×135mm×22mm的长方体，这是由于树脂传递模塑和模压工艺自身特点所决定的。采用树脂传递模塑工艺成型复合材料外壳时，如果设计的模具尺寸较大并且形状复杂，一方面装配时容易引起的误差，容易造成内部芯材的破坏；另一方面增加了树枝浸润纤维织物的难度，容易出现局部无法浸胶而出现“干斑”，影响产品的整体性能。采用模压工艺成型复合材料外壳时，需要压机对模具施压一定的压力和温度，如果模具外形较大，就需要更大的压机设备、更多的投资；如果复合材料外壳形状复杂，随之设计的模具外形就要复杂，则在压挤过程中难以保证各处受力均匀，容易引起局部应力集中或内部芯材破坏。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种整体闭合复合材料外壳的真空辅助成型方法，针对目前采用传统手糊工艺生产复合材料外壳时劳动卫生条件恶劣、劳动强度大、生产效率低下、采用树脂传递工艺和模压工艺难以生产尺寸较大、形状复杂的具有复合材料外壳的产品等问题，可生产大尺寸、形状复杂的复合材料外壳；进一步解决的技术问题是，该工艺方法只需在内部芯材的表面铺设导流介质和注胶管道，通过真空压力使树脂浸润纤维织物，既不需要特定的模具，又可以成型大尺寸、形状复杂的复合材料外壳。

为了实现解决上述技术问题的目的，本发明采用了如下技术方案：

本发明的一种整体闭合复合材料外壳的真空辅助成型方法，包括在复合材料外壳使用纤维织物，外壳内部使用“H”形或者近似“H”形内部芯材，特征在于加工工艺包括：

（1）材料选择：

复合材料外壳用纤维织物的选择： 选用的纤维织物的纤维包括但不仅限于玻璃纤维、碳纤维、凯夫拉纤维、超高分子量聚乙烯纤维或玄武岩纤维，织物结构包括但不仅限于平纹布、斜纹布、缎纹布或多轴向经编织物；

复合材料外壳用树脂的选择：适用于本专利的树脂包括但不仅限于低粘度的聚酯树脂、乙烯基树脂、环氧树脂或酚醛树脂等；

内部芯材的选择：适用于本专利的芯材的压缩强度应大于0.5MPa，包括但不仅限于轻质浮力材料、聚氯乙烯泡沫、聚苯乙烯泡沫、聚乙烯泡沫、聚氨酯泡沫或balsa木等；

（2）内部芯材的形状加工

适用于本发明的内部芯材外形为“H”形体或者近似“H”形；

（3）纤维织物铺层

将预先裁好尺寸的纤维织物铺设在内部芯材上，铺层过程中采用定型剂固定织物使其保持设计形状；也可以直接将纤维织物铺设在内部芯材表面，并采用剪刀等工具在形状进行修剪，采用定型剂固定织物使其保持设计形状；

（4）导流介质设置