[发明专利]一种可折叠纤维增强树脂基复合材料管的成型方法

说明书

技术领域

本发明提供一种可折叠纤维增强树脂基复合材料管的成型方法，属于复合材料制造技术领域。

背景技术

可折叠纤维增强树脂基复合材料管由于具有重量轻、收纳空间小、力学性能优异等特点，因此，在航空航天领域得到广泛的研究，并且具有非常好的应用前景。例如德国宇航中心(DLR)提出的一种可折叠纤维增强树脂基复合材料管的设计方案，其横截面形状为两片对称的“Ω”型，可以通过弹性变形折叠在很小的体积内，并依靠自身储存的弹性能可恢复到初始的初始管状结构，主要应用于航天领域，这种可折叠纤维增强树脂基复合材料管成型时通常需要采用热压罐或烘箱等加热设备完成加热和加压固化，被德国宇航中心和其他研究机构作为一种通用方法。但该方法尚有不足之处，可折叠纤维增强树脂基复合材料管尺寸受限于热压罐或烘箱加热等加热设备的尺寸，很难做到比如几十米甚至上百米长的大尺寸，除非专门定制专用的热压罐或烘箱加热设备，再加上制造模具的成本，这将导致生产成本非常高昂，此外，热压罐或烘箱加热等加热设备属于固定资产，只能在指定地点进行操作，使用起来不够机动灵活。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可折叠纤维增强树脂基复合材料管的成型方法，以解决大尺寸的可折叠纤维增强树脂基复合材料管成型成本高和操作实施场地不够机动灵活的技术问题。

本发明所采用的技术方案如下：

本发明一种可折叠纤维增强树脂基复合材料管的整体成型方法，其步骤如下：

步骤一、按照设计的可折叠纤维增强树脂基复合材料管的横截面形状加工阳模。

步骤二、利用阳模翻制纤维增强树脂基复合材料阴模型面层。

步骤三、在纤维增强树脂基复合材料阴模型面层上铺由加热电阻、导热介质和树脂构成的电加热层并加热固化，使电加热层与纤维增强树脂基复合材料阴模型面层形成一体。

步骤四、在电加热层和上铺保温层并加热固化，使纤维增强树脂基复合材料阴模型面层、电加热层和保温层形成一体，然后将由一体化的由纤维增强树脂基复合材料阴模型面层、电加热层和保温层组成的多层结构从阳模上取下。

步骤五、将多层结构的保温层一侧固定到金属钢架上进行加固，以保证复合材料阴模模具的刚度。

步骤六、将复合材料阴模模具反复进行3至5次的后固化处理，如果精度要求不高，可减少后固化处理的次数，完成后固化处理后对阴模型面层进行精加工，最终得到满足精度要求的复合材料阴模模具，该模具通过加热层进行自加热。

步骤七、按照设计的可折叠纤维增强树脂基复合材料管的铺层方案将预浸料铺覆在可进行自加热的整体复合材料阴模模具上，预浸料铺覆好之后，依此铺上聚四氟乙烯布和透气毡，并打好真空袋进行密封和抽真空，利用大气压强加压。

步骤八、按照可折叠纤维增强树脂基复合材料管所用预浸料的固化工艺规程，利用复合材料阴模模具自加热的方法进行升温固化。

步骤九、固化完毕后冷却至室温之后，得到可折叠纤维增强树脂基复合材料管半片。

步骤十、将制备好的两个可折叠纤维增强树脂基复合材料管半片上下对称放置并通过胶黏剂进行胶接，最终得到完整的可折叠纤维增强树脂基复合材料管。

其中，在步骤一中所述的“种可折叠纤维增强树脂基复合材料管”由上下对称的两个“Ω”型纤维增强树脂基复合材料半片组成，属于一种薄壁结构，这种构型具有可折叠的功能；在步骤一中所述的“阳模”为“Ω”型，其横截面形状参数可根据可折叠纤维增强树脂基复合材料管的横截面的几何形状选取并加工，该阳模的材料可以选取金属和非金属，可根据阳模的具体加工精度要求选取。

其中，在步骤二中所述的“纤维增强树脂基复合材料阴模型面层”为纤维增强树脂基复合材料，也可以为纯树脂材料，“纤维增强树脂基复合材料阴模型面层”所用树脂的使用温度范围需要根据要成型的可折叠纤维增强树脂基复合材料管所用材料的固化温度要求选取，而且要高于可折叠纤维增强树脂基复合材料管所用材料的固化温度。

其中，在步骤三中所述的“加热电阻”由金属材料制成，通过调节电压可控制加热的功率，起到加热热源的作用；在步骤三中所述的“导热介质”为分散的颗粒材料，所用材料应选择热传导系数高的材料，起均匀传热的作用，使在模具自加热的时候整体温度分布更为均匀；在步骤三中所述的“树脂”应与步骤一中的“纤维增强树脂基复合材料阴模型面层”和步骤四中的“保温层”所用的树脂材料体系具有相容性，保证彼此之间形成良好的连接界面。