专利名称：密封橡胶气囊阳模的制造方法及树脂传递模塑成型的新方法
技术领域：
本发明涉及一种复合材料树脂成型技术，特别是一种密封橡胶气囊阳模的制造方法及其用于复杂结构复合材料制件的树脂传递模塑成型的新方法，国际专利主分类号拟为Int.Cl.B29C70/00。
背景技术：
树脂传递模塑技术(RTM)是一种复合材料的成型技术。以该工艺技术生产的复合材料制件具有可局部增强，两面光滑，尺寸精确，环境友好等特点，因此越来越广泛地用于航空航天，交通运输，电器等领域。传统的RTM工艺，由于使用的是金属模具材料，在制造复杂结构的复合材料制件时，很多结构如球形或大半球形、开口小的变型腔、含有预埋件等复杂制件成型后，阳模整体无法分离出来，因此只能将阳模分块设计制造，拼接组装后使用。但这种分块阳模的成型技术必然会出现组装定位和密封等新的技术问题，不仅给模具设计带来麻烦，而且也使RTM成型工艺困难，甚至难以成型，同时也增加了成本。另一方面，对于大尺寸的构件，金属模具面积大，重量大，加工成本较高，不仅给模具组装带来了困难，而且在树脂注射过程中也容易产生变形，降低了产品成型质量。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明拟解决的技术问题是，设计一种密封橡胶气囊阳模的制造方法及树脂传递模塑成型的新方法，该密封橡胶气囊阳模的制造方法具有模具制造简单，成本低廉，特别适用于作各种复杂结构和/或大尺寸复合材料制件的阳模；该树脂传递模塑成型的新方法，借助所述的密封橡胶气囊阳模的制造方法，使复杂结构复合材料制件固化后容易脱模，并具有工艺简单，与复合材料制件不粘结，产品质量优良等优点。
本发明解决所述密封橡胶气囊阳模的制造方法技术问题的技术方案是设计一种密封橡胶气囊阳模的制造方法，该制造方法首先依据复合材料预制件的形状结构利用金属材料制造阴模，然后在所述的阴模内装入不小于复合材料制件厚度的填充材料，铺上2块或2块以上相互搭接20-30毫米的橡胶片材，其中一块橡胶片材上安装有气嘴，封闭组配阴模，并使所述气嘴伸出所述封闭组配阴模之外；由所述气嘴向所述封闭阴模之内打入压缩空气，使所述橡胶片材贴服于所述填充材料的表面后；再放入烘箱中加热，使温度达到150-160℃，保持0.2-0.3Mpa的压缩空气压力10-20分钟，使所述橡胶片材硫化，橡胶片材搭接处粘合密封；冷却后，拆开所述封闭组配阴模，即可取出所制成的密封橡胶气囊阳模。
本发明解决所述树脂传递模塑成型的新方法技术问题的技术方案是设计一种树脂传递模塑成型的新方法，该新方法利用金属材料为阴模。本发明所述密封橡胶气囊阳模的制造方法制造的带气嘴的密封橡胶气囊为阳模，在阴、阳模之间装入复合材料预制件后固定密封好模具；通过所述的气嘴向橡胶气囊阳模内输入压缩空气，控制橡胶气囊阳模内的空气压力为0.1-0.7Mpa；然后注入树脂，树脂的注入压力要小于所述橡胶气囊阳模内的压缩空气压力，待树脂固化后，利用所述的气嘴释放密封橡胶气囊阳模中的空气，脱模，即制得复合材料。
与现有技术相比，本发明涉及独特地设计了带气嘴的密封的橡胶气囊为阳模，利用橡胶模具的可变形性，充分适应复合材料制件的复杂结构特征，使之既能承受空气内压，又能承受树脂浸渍外压，满足了RTM工艺条件；树脂固化后，橡胶气囊阳模通过放气收缩变形方便容易地与复杂结构复合材料制件脱模分离，大大降低了制造成本，保证了产品质量，且工艺简单，解决了复杂结构复合材料制件模具制造困难，成本高，难以脱模成型和大尺寸复合材料制件金属模具成本费用昂贵等问题，具有良好的工业实用性。
图1为本发明树脂传递模塑成型的新方法的工艺路线示意图；图2为采用本发明树脂传递模塑成型新方法的一种实施例的示意图图3为采用本发明树脂传递模塑成型新方法的另一种实施例的示意图；图4为本发明密封橡胶气囊阳模的制造方法的工艺路线示意图。
具体实施例方式
下面结合实施例及其附图进一步叙述本发明本发明设计的一种密封橡胶气囊阳模(简称阳模)的制造方法(参见图1-4)，该制造方法首先依据复合材料预制件2的形状结构利用金属材料制造阴模1。在所述的阴模1内装入不小于复合材料预制件2厚度的填充材料后，在填充材料上铺上2块或2块以上相互搭接20-30毫米的橡胶片材，其中一块橡胶片材上安装有气嘴4。然后，封闭组配阴模，并使所述气嘴4通过预留的气嘴孔伸出所述封闭组配阴模之外，气嘴孔可密封。由所述气嘴4向所述封闭阴模之内施加压缩空气，使所述橡胶片材贴服于所述填充材料的表面后，再放入烘箱中加热，使温度达到150-160℃，保持0.2-0.3Mpa的压缩空气压力5-20分钟，使所述橡胶片材硫化，橡胶片材搭接处粘合密封；冷却后，拆开所述封闭组配阴模，即可取出所制成的密封橡胶气囊阳模3。所述的阴模1的制造装配均为现有技术。
本发明所述制造密封橡胶气囊阳模3的橡胶片材的块数与形状不限，依据复合材料制件2的结构形状或金属阴模的结构形状或者制造阳模3的需要而定。对于形状结构复杂的复合材料制件2，制作阳模3需要的橡胶片材块数较多，可能大于2块。不论所需的橡胶片材多少，每块橡胶片材之间都要搭接20-30毫米，剪裁时应当特别注意。橡胶片材的搭接长度以可以粘接牢靠为原则。所述制造阳模3的橡胶片材可根据树脂固化的温度和制件结构的复杂程度来选择，一般复合材料采用固化温度高的树脂时，阳模3宜选择耐高温橡胶材料，而针对结构复杂程度高的制件，阳模3应选择延伸率高的橡胶材料。一般常用硅橡胶、丁氰橡胶等作为制造阳模3的橡胶片材。
本发明设计的树脂传递模塑成型的新方法(以下简称RTM新方法)，是在原有RTM方法基础上，利用金属材料为阴模，本发明所述的密封橡胶气囊阳模的制造方法制造的带气嘴的密封橡胶气囊为阳模，在阴、阳模之间装入复合材料预制件后固定密封好模具；通过所述的气嘴向橡胶气囊阳模内输入压缩空气，控制橡胶气囊内的空气压力为0.1-0.7Mpa，使其具有支撑复合材料预制件的能力，并能够承受树脂浸渍时所产生的外压力；然后注入树脂，树脂的注入压力要小于所述橡胶气囊内的压缩空气压力，待树脂固化后，利用所述的气嘴释放密封橡胶气囊阳模中的空气，脱模，即制得复合材料。
本发明独特地设计了柔性材料制造的密封橡胶气囊阳模，制造方法容易，适应性好，成本低廉，特别适应复杂结构复合材料制件的形状结构要求，节约资源，提高效益。本发明RTM新方法在传统RTM方法的基础上，独特地采用了本发明所述密封橡胶气囊阳模制造方法制得的带气嘴的密封橡胶气囊阳模，利用其充气来适应复杂结构复合材料制件的形状结构要求，利用其放气收缩变形来解决复杂形状结构脱模困难问题，并且成型工艺简单，便于实际应用。本发明所述的制造方法虽然特别适用于复杂结构复合材料制件的制造，但同样也适用于常规或一般结构复合材料制件的制造。
本发明所述的密封橡胶气囊阳模制造方法和RTM新方法由下述实施例来进一步描述，但实施例不限制本发明所述密封橡胶气囊阳模的制造方法和RTM新方法。
本发明未述及之处适用于现有技术。
实施例1大半球形复合材料制件的密封橡胶气囊阳模制造方法及RTM成型新方法(参见图2)。
(1)制造密封橡胶气囊阳模首先根据复合材料制件形状要求用金属材料制造两个大于1/4球面形的对称模具块1和1’以及一块平面盖板模具块6，三个模具块1、1’和6共同组成阴模。再用橡胶片材制造带气嘴4的半球形状的密封橡胶气囊阳模3，使之具有可变形性和密封性。
大半球形阳模3的制造方法是先将所述的金属阴模块1和1’中铺放填充材料，实施例的填充材料采用玻璃纤维织物，铺放厚度不小于复合材料制件2的厚度尺寸；再将一块橡胶片材铺放在玻璃纤维织物的表面，在另一块橡胶片材上安装好气嘴4，两块橡胶片材搭接20mm，并将气嘴4从已安装好密封条8的阴模块6中穿出。该阴模块6设有一个与所述气嘴4相匹配的气嘴孔，气嘴孔可密封，可以使模具密封组装后，气嘴4置于密封组装模具之外，以便于向模具中充气。用螺钉7将所述平面盖板6和另两块球面阴模块1和1’固定密封组配好，利用气嘴4向模具内充入压缩空气，然后放入烘箱中加热，由于有阴模的支撑，在压缩空气的作用下，橡胶片材会贴服于玻璃纤维织物的表面上并成型，当烘箱温度达到150℃时，保持压力0.3Mpa10分钟，使橡胶硫化，两块橡胶片材即制成为一个整体，形成与制件形状结构相同的密封橡胶气囊；冷却后，拆开所述的平面盖板阴模块6，放气，即可得到所述的成品密封橡胶气囊阳模3。
(2)RTM新方法制造复合材料制件将复合材料预制件2放入所述的球面阴模块1、1’和所得的阳模3之间，安装密封条8，用螺钉7把所述平面盖板阴模块6与另两块球面阴模块1、1’密封固装好，并使所述阳模3的气嘴4伸出平面盖板阴模块6之外。通过所述的气嘴4向阳模3内充入压缩空气，并保持其内压力0.3Mpa，利用平面盖板阴模块6上的注入口5向模具内注入树脂，注入压力控制在0.2Mpa，待所述阴模上的排气口9流出树脂后，关闭所述的注入口5和排气口9。然后将模具放入烘箱中加热。加热的温度和时间根据不同的树脂来确定。本发明实施例采用环氧树脂，其固化工艺的温度/时间为130℃/2小时—→150℃/1小时—→160℃/8小时—→180℃/3小时，然后停止加热；待固化完成后，冷却至室温；拆卸所述的平面盖板阴模块6，从气嘴4处释放阳模3内的空气，或者抽真空，使阳模3收缩变形，与成型的复合材料预制件2分离，拆开所述的两块球面阴模块1、1’，所得的大半球形复合材料制件即可顺利取出。
实施例2带加强筋的锥体复合材料制件的的密封橡胶气囊阳模制造方法及RTM成型新方法(参见图3)。
(1)制造密封橡胶气囊阳模阳模3的制造方法基本同于实施例1。不同处在于金属阴模为2块，一块为类似梯形截面的阴模块1；另一块也为平面盖板阴模块6；而所用的橡胶片材为三块，橡胶片材之间的搭接长度为20mm；所述的烘箱温度设计为160℃时，保持压力0.2Mpa20分钟，使橡胶硫化。另外，填充材料要做好加强筋。
(2)RTM新方法制造复合材料制件将复合材料预制件2放置在金属阴模块1之中，再放入所述的阳模3，使之凹陷部分与复合材料预制件2的突出部分相吻合，通过向阳模3中充气、排气两次循环，使复合材料预制件2与阳模3贴紧后，安装密封条8，用螺钉7将所述的两块阴模块1和6密封固装好，并使所述阳模3的气嘴4伸出所述阴模块6之外。然后利用气嘴4向阳模3内充入压缩空气，并保持其压力0.6Mpa；利用所述的注入口5向模具内注入环氧树脂，压力控制在0.5Mpa，待所述的排气口9流出树脂后，关闭注入口5和排气口9，然后将模具放入烘箱中加热，固化工艺的温度、时间与实施例1相同，待固化完成，冷却至室温后，拆卸平面盖板模具块6，从气嘴4处释放阳模3内的空气，或者抽真空，使阳模3收缩变形，与成型的复合材料预制件2分离，带加强筋的锥体复合材料制件即可顺利取出。
权利要求
1.一种密封橡胶气囊阳模的制造方法，该制造方法首先依据复合材料预制件的形状结构利用金属材料制造阴模，然后在所述的阴模内装入不小于复合材料件厚度的填充材料，铺上2块或2块以上相互搭接20-30毫米的橡胶片材，其中一块橡胶片材上安装有气嘴，封闭组配阴模，并使所述气嘴伸出所述封闭组配阴模之外；由所述气嘴向所述封闭阴模之内打入压缩空气，使所述橡胶片材贴服于所述填充材料的表面后；再放入烘箱中加热，使温度达到150--160℃，保持0.2-0.3Mpa的压缩空气压力10-20分钟，使所述橡胶片材硫化，橡胶片材搭接处粘合密封；冷却后，拆开所述封闭组配阴模，即可取出所制成的密封橡胶气囊阳模。
2.一种树脂传递模塑成型的新方法，该新方法利用金属材料为阴模，权利要求1所述密封橡胶气囊阳模的制造方法制造的带气嘴的密封橡胶气囊为阳模，在阴、阳模之间装入复合材料预制件后固定密封好模具；通过所述的气嘴向橡胶气囊阳模内输入压缩空气，控制橡胶气囊阳模内的空气压力为0.1-0.7Mpa；然后注入树脂，树脂的注入压力要小于所述橡胶气囊阳模内的压缩空气压力，待树脂固化后，利用所述的气嘴释放密封橡胶气囊阳模中的空气，脱模，即制得复合材料。
全文摘要
本发明涉及一种密封橡胶气囊阳模的制造方法及树脂传递模塑成型的新方法，前者方法利用金属材料制造阴模，然后在阴模内装入不小于复合材料制件厚度的填充材料，铺上2块或2块以上相互搭接20－30毫米的橡胶片材，其中一块橡胶片材上安装有气嘴，封闭组配阴模；由伸出阴模之外的气嘴打入压缩空气，使橡胶片材贴服于填充材料的表面后，放入烘箱中加热，温度150－160℃，保持0.2－0.3Mpa的空气压力10－20分钟，使橡胶片材搭接处粘合密封；冷却后，拆开阴模，即可取出密封橡胶气囊阳模。后者方法进一步利用前者制得的阳模和金属阴模，装入复合材料预制件后，向阳模内输入压缩空气，注入树脂，固化后，放气脱模，即制得复合材料。
文档编号B29C70/04GK1883912SQ20061001405
公开日2006年12月27日 申请日期2006年6月6日 优先权日2006年6月6日
发明者吴晓青, 李嘉禄 申请人:天津工业大学