一种复合材料管材的制作成型方法与流程

本发明涉及复合材料生产技术领域，具体涉及一种复合材料管材的制作成型方法。

背景技术：

近年来，碳纤维管材市场发展迅速，在汽车、航空航天、建筑等领域应用广泛。我国复合材料管市场发展也相当迅速，产品产出持续扩张，国家产业政策鼓励复合材料管产业向高技术产品方向发展，国内企业新增投资项目投资逐渐增多。投资者对复合材料管市场的关注越来越密切，这使得复合材料管市场越来越受到各方的关注。因此，如何以最低成本、最简单的方法制作出强度高，刚度好的管材成为一个极其重要的课题。

目前市场上复合材料管制作方法多为：

1、缠绕法：这种方法成型需要缠绕机，芯模，固化加热炉，脱模机及熟练的技术工人，此方法应用于大型厂房，需要的投资较大，成本较高。

2、硅橡胶法：其制作方法是以硅橡胶为芯模，在硅橡胶表面缠绕纤维布(纤维预浸料)，利用硅橡胶热胀冷缩的原理，加热时硅橡胶膨胀，达到管材要求的尺寸，固化后降温冷却，硅橡胶冷缩，变为原有尺寸，便于脱模。硅橡胶使用寿命仅为2-3次，故此方法成本较高。

3、充气袋法：其制作方法是以充气袋作为芯模，玻璃钢模具为外模，其中充气袋仅为内部支撑作用。由于充气袋内部以空气填充，故芯模较软，管材内部尺寸不精确，产品性能较低。

技术实现要素：

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种复合材料管材的制作成型方法，用以改善现有技术中存在的管材高成本、低强度等问题。

为了实现上述目的或者其他目的，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种复合材料管材的制作成型方法，包括如下步骤：

(1)将充气袋完全充气，备用；

(2)将步骤(1)充气后的充气袋内部填充铁砂，作为芯模；

(3)在步骤(2)的芯模表面粘贴聚四氟乙烯模，粘贴完毕后涂抹封孔剂，然后涂抹脱模剂；

(4)在步骤(3)得到的芯模表面缠绕碳纤维预浸料，然后缠绕脱模布、热收缩膜；

(5)烘箱升温固化：将步骤(4)得到的产品放入烘箱中，升温至95-100℃，保温30-35min，然后继续升温至125-130℃，保温30-35min；

(6)脱模：步骤(5)中保温结束后，烘箱自然冷却至室温后，将产品拿出，将热收缩膜、脱模布揭除，将铁砂倒出，将充气袋和聚四氟乙烯膜脱除，得到复合材料管材。

进一步地，所述充气袋充气后的直径与管材直径相同。

进一步地，所述充气袋可耐温150℃以上。

进一步地，所述铁砂的直径为0.2-0.3mm。更进一步地，所述铁砂的直径为0.2mm。

进一步地，步骤(3)中采用的封孔剂为Zyvax Sealer AC(购自埃法比国际贸易有限公司)。

进一步地，所述封孔剂涂抹次数为1-4次，每次间隔时间为20min。当模具初次使用时，封孔剂的涂抹次数为4次，每次间隔时间为20min；当模具不是初次使用时，封孔剂涂抹次数只需一次。

进一步地，步骤(3)中采用的脱模剂为FLEX-Z-5.0脱模剂(购自埃法比国际贸易有限公司)、Frekote-55NC脱模剂(购自汉高-乐泰)中的一种。

进一步地，所述脱模剂的涂抹次数为2-6次，每次间隔时间为20min。当模具初次使用的涂抹次数为6次，每次间隔时间为20min，再次使用时只需涂抹两次，时间间隔为20min。

进一步地，步骤(4)中采用的碳纤维预浸料是购自江苏天鸟高新技术有限公司，碳纤维含量为59％、胶含量为41％的3k平纹碳纤维预浸料，以及碳纤维含量为60％、胶含量为40％的150g单向碳纤维预浸料。

其中，本发明中碳纤维预浸料为树脂与碳纤维制做的复合材料半成品，一般分为干法和湿法两种形式制作，本发明所使用的碳纤维预浸料为湿法制作。

更进一步地，步骤(4)中芯模表面缠绕两层碳纤维预浸料，其中表层使用3k平纹碳纤维预浸料，为0°缠绕；内层使用150g单向碳纤维预浸料，通过0°/90°/45°/-45°/-45°/45°/90°/0°方式进行对称铺层。

进一步地，本发明中脱模布可耐温150℃以上，脱模布的作用为方便复合材料制品脱模，即实现制品与模具的分离。

进一步地，本发明所采用的热收缩膜为PVC热收缩透明膜状材料，可耐温150℃以上，为产品制作提供外压，实现保证产品厚度的效果。

进一步地，步骤(5)中两次升温的速率均为3℃/min。

进一步地，本发明步骤(6)脱模时，聚四氟乙烯膜不需从充气袋上揭除，方便循环使用。

综合以上，本发明的复合材料管材的制作成型方法，采用铁砂填充到充气袋中，能有效的保证芯模的刚性，脱模时因为铁砂的流动性便于脱模。利用聚四氟乙烯膜，可以保证管材表面的美观性和脱模效果。采用热收缩膜，可以保证产品表面均匀受压，结构性能强。

本发明所提供的方法无需硅橡胶等使用寿命较短的模具，而是使用吹气袋、铁砂、聚四氟乙烯膜、热收缩膜等，可以有效降低成本，提高工作效率；且所得管材强度和刚度均较高。

附图说明

图1为本发明中步骤(4)所得到的管材模具的结构示意图；

图2为图1的截面示意图。

元件标号

1 铁砂

2 充气袋

3 聚四氟乙烯膜

4 碳纤维层

5 热收缩膜。

具体实施方式

以下通过特定的具体实施例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

请参阅图1至图2。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

实施例1

一种复合材料管材的制作成型方法，包括如下步骤：

(1)将充气袋完全充气，充气后的充气袋直径为30mm，备用；

(2)将步骤(1)的充气袋内部填充铁砂，作为芯模；铁砂的直径为0.2mm；

(3)在步骤(2)的芯模表面粘贴聚四氟乙烯模，粘贴完毕后涂抹封孔剂，然后涂抹脱模剂；

(4)在步骤(3)得到的芯模表面缠绕碳纤维预浸料，然后缠绕脱模布、热收缩膜；

(5)烘箱升温固化：将步骤(4)得到的产品放入烘箱中，升温至95℃，保温0.5h，然后继续升温至130℃，保温0.5h，其中升温速率为3℃/min；

(6)脱模：步骤(5)中保温结束后，烘箱自然冷却至室温后，将产品拿出，将热收缩膜、脱模布揭除，将铁砂倒出，将充气袋和聚四氟乙烯膜脱除，得到外径32mm，内径30mm复合材料管材。

实施例2

一种复合材料管材的制作成型方法，包括如下步骤：

(1)将充气袋完全充气，充气后的充气袋直径为40mm，备用；

(2)将步骤(1)的充气袋内部填充铁砂，作为芯模；铁砂的直径为0.25mm；

(3)在步骤(2)的芯模表面粘贴聚四氟乙烯膜，粘贴完毕后涂抹封孔剂，然后涂抹脱模剂；

(4)在步骤(3)得到的芯模表面缠绕碳纤维预浸料，然后缠绕脱模布、热收缩膜；

(5)烘箱升温固化：将步骤(4)得到的产品放入烘箱中，升温至95℃，保温0.5h，然后继续升温至130℃，保温0.5h，其中升温速率为3℃/min；

(6)脱模：步骤(5)中保温结束后，烘箱自然冷却至室温后，将产品拿出，将热收缩膜、脱模布揭除，将铁砂倒出，将充气袋和聚四氟乙烯膜脱除，得到外径42mm，内径40mm复合材料管材。

对比例1

购买市场采用常规制作成型方法——缠绕法制备的复合材料管材，其步骤如下：

(1)根据管材规格，制作内芯模具；

(2)根据规格要求，设计纤维层叠方式；

(3)将纤维层卷到内芯模具；

(4)烘烤硬化；

(5)脱芯模；

(6)研磨管身使其最终的产品碳纤维管材内径30mm，厚度1mm。

参考GB/T5349-2005《纤维增强热固性塑料管轴向拉伸性能试验方法》、GB/T1446-2005《纤维增强塑料性能实验方法》分别对上述管材进行相关性能测试；应用WDW-100型微机控制电子万能试验机对该上述复合材料管材进行力学测试，结果显示如下：

由上述性能测试结果，可以看出，通过本发明所述方法制得的复合材料管材与现有技术制得的管材相比，拉伸强度、拉伸弹性模量、最大载荷、破坏载荷等性能均有明显提高。

上述实施例仅示例性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。