本发明涉及三维编织机进行复合材料制品所用的配套成型装置，特别涉及一种管状三维编织复合材料制品的成型装置及成型方法。
背景技术：
三维编织复合材料是一种具有独特增强结构的力学性能具备均一材料特点的高性能复合材料，其中纤维增强结构及其品质是决定复合材料性能的关键，三维编织复合材料的预成型制件具有诸多突出的特点：首先在制件中的纤维互相交织、方向具有任意取向的特点，构成类似均质材料的结构尤其在复合材料的厚度方向上的纤维比例与平面方向相同，有效避免了传统叠层复合材料的分层问题；其次，三维编织结构可以根据制件要求的形状进行灵活设计，对于普遍常见的管状连续复合材料制品，其截面形状也可根据要求设计成圆形、椭圆形、方形甚至变截面积的各种不同形状；再者，三维编织预制件结构中的纤维类型可以任意选择，甚至可以采用多种纤维混合编织的方法，这可以使碳纤维、碳化硅纤维、玻璃纤维、芳纶纤维及其它各种高性能纤维的优异特性均得到发挥，综合提高复合材料的整体特性。鉴于以上优点，三维编织结构的复合材料及其制品生产的三维编织设备得到了迅速的发展，尤其在航空、航天等高技术领域所应用的复合材料关键结构件，基本均为三维编织结构，该技术尤其是三维编织设备占据了高端复合材料市场，并且具有极好的发展前景。
尽管三维编织设备极大的推动了三维编织结构复合材料的应用，并且可实现连续化生产，单位预制件织物的编织并不是三维编织复合材料的最终生产步骤，要成为高性能复合材料，除了编织之外，后续的树脂浸渍复合和固化成型均极为关键。拿管状复合材料三维织物成型来讲，一般以金属芯模或者木质管状模具作为芯材，在芯模表面进行三维结构织物编织，编织成型后再进行树脂浸渍固化之后脱模，对于长度较大或者异形变截面的制件来讲，该硬质模具所带来的脱模技术难度相当之大；此外金属芯模或木质模具的加工较为困难，而且由于金属或木质模具的重量较大，在三维复合材料加工过程中芯模装配也是一个非常头疼的难题。
技术实现要素：
鉴于此，本发明提供了一种配合三维编织设备使用的成型装置，可用于管状三维编织复合材料制品的成型，该成型装置可实现各种均匀界面、各种异形变截面以及弯曲管状三维编织复合材料的制备，并且可在预制体织物编织成型之后连续进行树脂RTM浸渍及快速固化成型，此外还具有使复合材料制品快速脱模的功能。有效避免了传统金属或木质芯模的成型过程繁琐、功能单一、生产效率较低的问题。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种管状三维编织复合材料制品的成型装置，包括：柔性芯模、内缩型脱模装置、柔性RTM外模、固化装置和介质循环装置；所述柔性RTM外模和柔性芯膜之间设置有内缩型脱模装置，所述柔性RTM外模外侧设置有固化装置，所述柔性芯模与介质循环装置相连；所述内缩型脱模装置为螺旋装置，所述螺旋装置为缠绕在柔性芯膜表面的螺旋带或弹簧带。
优选的，所述内缩型脱模装置还可以是圆柱形、螺旋形或弧形格栅状的弹性构件；上述的弹性构件套装在柔性芯膜表面，并可沿芯膜横截面径向收缩。
优选的，所述固化装置为柔性固化装置，所述柔性固化装置为弹性空腔构件。
本发明“内缩型脱模装置”是指：沿着制件截面方向可产生收缩形变，并通过此形变使多种形状的制件产生利于脱模的改变的装置。
柔性固化装置是指：支撑三维结构纤维预制体织物，且与树脂符合幅度可调的固化装置。
整套装置可实现管状三维编织复合材料支撑芯模、自缩式快速脱模、快速RTM树脂导入及快速固化成型等功能，有效与三维编织设备配合使用；各种异形截面管状三维编织结构复合材料制品的连续编织，并且可以实现纤维编织与后续RTM复材成型连续进行并具备制品快速脱模的功能。
本发明中所述“固化装置”是指：用于加热、实现浸渍树脂的三维织物预制体的固化成型的装置，本领域技术可根据情况需要进行自主选择，加热方式可选择：红外加热、电加热、光、电磁加热等方式。
本发明中所述“介质循环装置”是指：用于实现柔性芯模内液体介质(水、导热油)的快速冷却，保证固化后的复合材料制品快速降温的装置。
优选的，所述内缩型脱模装置为弹性金属材料。柔性芯膜受力后，易出现表面形变不均的问题，影响复合材料长度方向的均匀性，因此，优选的，在其外部加装刚性和弹性兼具的金属材料制成的内缩型脱模装置，使腔体具有更好的硬度，提高复合材料成型的精度。
优选的，所述内缩型脱模装置的外型与柔性芯模外型相匹配，由(可沿柔性芯膜横截面径向收缩)弹簧带构成。所述的柔性芯模主要采用高耐压、耐撕裂橡胶制备耐压柔性芯模，芯模采用空腔式结构，预留有介质入口，芯模的外型根据三维复合材料制品形状而定，可设计成各种均质截面形状或变截面形状。在柔性芯模使用时，将其内部充入一定体积的高压介质，该介质可选用空气、水、导热油等气体或液体介质，介质的选择根据后续复合材料固化成型要求而定，若常温固化的复合材料制件可选用空气作为充入介质，若升温固化可选用水或者油作为介质。充入柔性芯模中的介质压力为1-10MPa范围内。
优选的，所述柔性芯膜充入介质承压之后，内缩型脱模装置套装在柔性芯模表面，内缩弹簧带锁紧贴敷于柔性芯模表面。
优选的，所述内缩型脱模装置的径向的收缩厚度在0.5-20mm范围内。
所述的内缩型脱模装置的外型与柔性芯模外型相匹配，该装置由内缩弹簧带构成，在芯模充入介质承压之后，将脱模装置外套在柔性芯模表面，将内缩弹簧带锁紧贴敷于柔性芯模表面。该内缩型脱模装置的径向的收缩厚度在0.5-20mm范围内，可有效保证管状制品脱模。
所述的柔性芯模在包覆内缩脱模装置后，装配在三维编织机上进行管状三维结构纤维预制体织物的编织，编织过程保证内缩脱模弹簧带的张紧力和柔性芯模内的介质压力稳定不变。
优选的，所述芯模采用空腔式结构，设置有介质入口。
优选的，所述柔性芯模在包覆内缩脱模装置后，装配在三维编织机上进行管状三维结构纤维预制体织物的编织，编织过程中缩脱模弹簧带的张紧力和柔性芯模内的介质压力稳定不变。
优选的，柔性芯模充入介质后，介质的压力范围为1-10MPa。
所述的柔性RTM外模采用高撕裂、耐高压、高耐温硅橡胶制备，其主要功能是在三维预制体纤维织物编织工序结束后进行树脂导入工序。首先将柔性外模包覆于三维预制体织物表面，并通过柔性硅胶外模的自封接缝实现均匀密封，柔性外模预置抽气接口和注胶接口，开启抽气接口将柔性外模成形的封闭空腔内的三维预制体织物形成真空环境，真空度在0.06-0.1MPa。之后关闭抽气口开启注胶口，在一定的流速下将一定含量的树脂胶液均匀浸渍于三维预制体织物内部，整个浸渍过程保证树脂含量为复合材料总质量的30-50％范围内。
优选的，所述的柔性固化装置为柔性红外辐射固化装置，采用耐高温橡胶内置红外辐射碳纤维电热带构成，耐高温橡胶膜可紧密均匀贴敷在上述RTM工序完成之后的柔性外模表面，包覆完成后通电开启固化装置内置的碳纤维电热带，通过碳纤维的远红外辐射加热作用，有效实现浸渍树脂的三维织物预制体的固化成型，固化温度在80-200℃范围可调。在达到固化成型时间之后，可开启柔性芯模内部的介质循环装置，该装置外接于柔性芯模内，可实现柔性芯模内液体介质(水、导热油)的快速冷却，保证固化后的复合材料制品快速降温，降温时间在10min以内。
本发明还提供了一种管状三维编织复合材料制品的成型方法，包括如下步骤：
1)将包覆有内缩脱模装置的柔性芯模装配在三维编织机上进行管状三维结构纤维预制体织物的编织；
2)编制完成后，将柔性外模包覆于三维预制体织物表面，密封、抽真空、注胶，固化加热，降温，将内缩型脱模装置沿径向锁紧将制品脱模，即得。
本发明的有益效果：
1.本发明一种管状三维编织复合材料制品的配套成型装置，用于配合三维编织机使用，该装置可用于各种不同截面管状复合材料及变截面管状复合材料的制备，并可实现树脂RTM成型及固化的连续化工艺，能够实现三维复合材料织物结构的快速编织及固化成型。
2.本发明一种管状三维编织复合材料制品的配套成型装置，采用柔性芯模装置和柔性RTM外模，整体装置可适应各种不同变截面复合材料的形状制备，同时配有内缩式脱模装置可实现三维编织复合材料制品固化成型后的快速脱模，大大提高了传统三维编织复合材料的脱模困难问题，并可有效提高生产效率。
3.结构简单、操作方便、实用性强。
附图说明
图1是管状三维编织复合材料制品的成型装置示意图，
其中，1.柔性芯模耐、2.压表、3.内缩型脱模装置、4.三维预制体织物、5.柔性RTM外模、6.抽气口、7.注胶口、8.柔性红外辐射固化装置、9.电压调节装置、10.冷热介质切换阀、11.介质循环装置。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
图1是管状三维编织复合材料制品的成型装置示意图，其中包括：柔性芯模1、内缩型脱模装置3、柔性RTM外模5、柔性红外辐射固化装置8和介质循环装置11五套组件构成，其中柔性芯模内的介质压力通过耐压表2控制，将柔性芯模1和内缩式脱模装置3装配好之后，进行三维预制体织物4的编织，编织好之后装配柔性RTM外模5，其中抽气口6接入5进行抽真空处理，抽至真空度后接入注胶口7进行树脂导入。完成树脂浸渍后装配柔性红外辐射固化装置8并通过电压调节装置9进行不同电压调节进行加热固化，固化完成后，开启冷热介质切换阀10并通过介质循环系统11完成制品快速降温，降温后放出1中的冷却介质，并将内缩型脱模装置3沿径向锁紧将制品脱模。
实施例1
采用本发明的圆管状三维编织复合材料制品成型装置配合三维编织机，制备均匀圆管状三维编织织物结构复合材料制品，首先将柔性芯模1内冲入一定体积的压缩空气，保证芯模1内的压力为3MPa左右。在气压达到要求之后将芯模1充气口密封牢固，之后在柔性充气芯模1外表面装入内缩型脱模装置3，该脱模装置3包覆于充气后的芯模1表面，并通过锁紧旋钮调节内缩弹簧带使其紧密贴敷于柔性芯模1表面，将柔性芯模1与内缩弹簧带形成整体。将上述装置装配好之后置于三维编织机之上进行管状三维结构预制体的编织，编织过程中实时注意柔性芯模1内的空气压力变化，保持压力表2示数稳定。在三维预制体织物4编织完毕之后，将柔性RTM外模5包覆于三维预制体织物4表面，并通过柔性硅胶外模5的自封接缝实现密封，开启抽气接口6将柔性外模5成形的封闭空腔内的三维预制体织物4形成真空环境，真空度在0.06MPa，之后关闭抽气口6开启注胶口7，将一定含量的树脂胶液均匀浸渍于三维预制体织物4内部，整个浸渍过程保证树脂含量为复合材料总质量的40％。最后将柔性红外辐射固化装置8紧密均匀贴敷在上述RTM工序完成之后的柔性外模4表面，包覆完成后通电开启固化装置8内置的碳纤维电热带，进行固化成型，固化温度在120℃。固化1小时之后，可开启柔性芯模1内部的冷空气循环装置，在10min降至室温后，放出柔性内膜1中的空气，之后将内缩型脱模装置3沿着半径方向向内锁紧，收缩量为2mm后，将三维编织复合材料管状制品从内缩弹簧带表面脱出。
实施例2
采用本发明的方管状三维编织复合材料制品成型装置配合三维编织机，制备均匀方管状三维编织织物结构复合材料制品，首先将柔性芯模1内冲入一定体积的水，保证芯模1内的压力为2MPa左右。在水压达到要求之后将芯模1充水口密封牢固，之后在柔性充水芯模1外表面装入内缩型脱模装置3，该脱模装置3包覆于充水后的芯模1表面，并通过锁紧旋钮调节内缩弹簧带使其紧密贴敷于柔性芯模1表面，将柔性芯模1与内缩弹簧带形成整体。将上述装置装配好之后置于三维编织机之上进行方管状三维结构预制体的编织，编织过程中实时注意柔性芯模1内的水压变化，保持压力表2示数稳定。在三维预制体织物4编织完毕之后，将柔性RTM外模5包覆于三维预制体织物4表面，并通过柔性硅胶外模5的自封接缝实现密封，开启抽气接口6将柔性外模5成形的封闭空腔内的三维预制体织物4形成真空环境，真空度在0.08MPa，之后关闭抽气口6开启注胶口7，将一定含量的树脂胶液均匀浸渍于三维预制体织物4内部，整个浸渍过程保证树脂含量为复合材料总质量的36％。最后将柔性红外辐射固化装置8紧密均匀贴敷在上述RTM工序完成之后的柔性外模表面5，包覆完成后通电开启固化装置8内置的碳纤维电热带，进行固化成型，固化温度在110℃。固化1.5小时之后，可开启柔性芯模1内部的冷水循环装置，在15min降至室温后，放出柔性芯膜1中的水，之后将内缩型脱模装置3沿着半径方向向内锁紧，收缩量为1mm后，将三维编织复合材料管状制品从内缩弹簧带表面脱出。
实施例3
采用本发明的椭圆管状三维编织复合材料制品成型装置配合三维编织机，制备均匀椭圆管状三维编织织物结构复合材料制品，首先将柔性芯模1内冲入一定体积的导热油，保证芯模1内的压力为2.5MPa左右。在导热油压达到要求之后将芯模1充油口密封牢固，之后在柔性充油芯模1外表面装入内缩型脱模装置3，该脱模装置3包覆于充油后的芯模1表面，并通过锁紧旋钮调节内缩弹簧带使其紧密贴敷于柔性芯模1表面，将柔性芯模1与内缩弹簧带形成整体。将上述装置装配好之后置于三维编织机之上进行方管状三维结构预制体的编织，编织过程中实时注意柔性芯模1内的油压变化，保持压力表2示数稳定。在三维预制体织物4编织完毕之后，将柔性RTM外模5包覆于三维预制体织物4表面，并通过柔性硅胶外模5的自封接缝实现密封，开启抽气接口6将柔性外模5成形的封闭空腔内的三维预制体织物4形成真空环境，真空度在0.1MPa，之后关闭抽气口6开启注胶口7，将一定含量的树脂胶液均匀浸渍于三维预制体织物4内部，整个浸渍过程保证树脂含量为复合材料总质量的45％。最后将柔性红外辐射固化装置8紧密均匀贴敷在上述RTM工序完成之后的柔性外模5表面，包覆完成后通电开启固化装置8内置的碳纤维电热带，进行固化成型，固化温度在120℃。固化0.8小时之后，可开启柔性芯模1内部的冷油循环装置，在10min降至室温后，放出柔性芯膜1中的油，之后将内缩型脱模装置3沿着半径方向向内锁紧，收缩量为1.5mm后，将三维编织复合材料椭圆管状制品从内缩弹簧带表面脱出。
实施例4
采用本发明的变截面椭圆管状三维编织复合材料制品成型装置配合三维编织机，制备变截面椭圆管状三维编织结构复合材料制品，首先将柔性芯模1内冲入一定体积的导热油，保证芯模1内的压力为4MPa左右。在导热油压达到要求之后将芯模1充油口密封牢固，之后在柔性充油芯模1外表面装入内缩型脱模装置3，该脱模装置3包覆于充油后的芯模1表面，并通过锁紧旋钮调节内缩弹簧带使其紧密贴敷于柔性芯模1表面，将柔性芯模1与内缩弹簧带形成整体。将上述装置装配好之后置于三维编织机之上进行变截面椭圆管状三维结构预制体的编织，编织过程中实时注意柔性芯模1内的油压变化，保持压力示数稳定。在三维预制体织物4编织完毕之后，将柔性RTM外模5包覆于三维预制体织物5表面，并通过柔性硅胶外模5的自封接缝实现密封，开启抽气接口6将柔性外模5成形的封闭空腔内的三维预制体织物4形成真空环境，真空度在0.1MPa，之后关闭抽气口6开启注胶口7，将一定含量的树脂胶液均匀浸渍于三维预制体织物4内部，整个浸渍过程保证树脂含量为复合材料总质量的50％。最后将柔性红外辐射固化装置8紧密均匀贴敷在上述RTM工序完成之后的柔性外模5表面，包覆完成后通电开启固化装置8内置的碳纤维电热带，进行固化成型，固化温度在115℃。固化1.2小时后，可开启柔性芯模1内部的冷油循环装置，在10min降至室温后，放出柔性芯膜1中的油，之后将内缩脱模装置3沿着半径方向向内锁紧，收缩量为10mm后，将三维编织复合材料变截面椭圆管状制品从内缩弹簧带表面脱出。
实施例5
一种管状三维编织复合材料制品的成型装置，包括：柔性芯模1、内缩型脱模装置3、柔性RTM外模5、固化装置8和介质循环装置11；所述柔性RTM外5模和柔性芯膜1之间设置有内缩型脱模装置3，所述柔性RTM外模5外侧设置有固化装置8，所述柔性芯模1与介质循环装置11相连；所述内缩型脱模装置3为圆柱形、螺旋形或弧形格栅状的弹性构件。
实施例6
一种管状三维编织复合材料制品的成型装置，包括：柔性芯模1、内缩型脱模装置3、柔性RTM外模5、固化装置8和介质循环装置11；所述柔性RTM外5模和柔性芯膜1之间设置有内缩型脱模装置3，所述柔性RTM外模5外侧设置有固化装置8，所述柔性芯模1与介质循环装置11相连；所述内缩型脱模装置3为圆柱形、螺旋形或弧形格栅状的弹性构件。
所述内缩型脱模装置3为有弹性的金属材料，或所述固化装置8为柔性固化装置，所述柔性固化装置为弹性空腔构件。
实施例7
一种管状三维编织复合材料制品的成型装置，包括：柔性芯模1、内缩型脱模装置3、柔性RTM外模5、固化装置8和介质循环装置11；所述柔性RTM外5模和柔性芯膜1之间设置有内缩型脱模装置3，所述柔性RTM外模5外侧设置有固化装置8，所述柔性芯模1与介质循环装置11相连；所述内缩型脱模装置3为圆柱形、螺旋形或弧形格栅状的弹性构件。
所述内缩型脱模装置3的外型与柔性芯模1外型相匹配，由弹簧带构成。
实施例8
一种管状三维编织复合材料制品的成型装置，包括：柔性芯模1、内缩型脱模装置3、柔性RTM外模5、固化装置8和介质循环装置11；所述柔性RTM外5模和柔性芯膜1之间设置有内缩型脱模装置3，所述柔性RTM外模5外侧设置有固化装置8，所述柔性芯模1与介质循环装置11相连；所述内缩型脱模装置3为圆柱形、螺旋形或弧形格栅状的弹性构件。
所述柔性芯膜1充入介质承压之后，内缩型脱模装置3套装在柔性芯模1表面，内缩弹簧带锁紧贴敷于柔性芯模1表面。
实施例9
一种管状三维编织复合材料制品的成型装置，包括：柔性芯模1、内缩型脱模装置3、柔性RTM外模5、固化装置8和介质循环装置11；所述柔性RTM外5模和柔性芯膜1之间设置有内缩型脱模装置3，所述柔性RTM外模5外侧设置有固化装置8，所述柔性芯模1与介质循环装置11相连；所述内缩型脱模装置3为圆柱形、螺旋形或弧形格栅状的弹性构件。
所述内缩型脱模装置3的径向的收缩厚度在0.5-20mm范围内。
实施例10
一种管状三维编织复合材料制品的成型装置，包括：柔性芯模1、内缩型脱模装置3、柔性RTM外模5、固化装置8和介质循环装置11；所述柔性RTM外5模和柔性芯膜1之间设置有内缩型脱模装置3，所述柔性RTM外模5外侧设置有固化装置8，所述柔性芯模1与介质循环装置11相连；所述内缩型脱模装置3为圆柱形、螺旋形或弧形格栅状的弹性构件。
所述芯模1采用空腔式结构，设置有介质入口。
实施例11
一种管状三维编织复合材料制品的成型装置，包括：柔性芯模1、内缩型脱模装置3、柔性RTM外模5、固化装置8和介质循环装置11；所述柔性RTM外5模和柔性芯膜1之间设置有内缩型脱模装置3，所述柔性RTM外模5外侧设置有固化装置8，所述柔性芯模1与介质循环装置11相连；所述内缩型脱模装置3为圆柱形、螺旋形或弧形格栅状的弹性构件。
所述柔性芯模1在包覆内缩脱模装置3后，装配在三维编织机上进行管状三维结构纤维预制体织物4的编织，编织过程中内缩脱模装置3的张紧力和柔性芯模1内的介质压力稳定不变。
实施例12
一种管状三维编织复合材料制品的成型装置，包括：柔性芯模1、内缩型脱模装置3、柔性RTM外模5、固化装置8和介质循环装置11；所述柔性RTM外5模和柔性芯膜1之间设置有内缩型脱模装置3，所述柔性RTM外模5外侧设置有固化装置8，所述柔性芯模1与介质循环装置11相连；所述内缩型脱模装置3为圆柱形、螺旋形或弧形格栅状的弹性构件。
所述柔性芯模1充入介质后，介质的压力范围为1-10MPa。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。