软模闭模纤维增强复合材料制品加工装置及加工方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及纤维增强复合材料制品加工装置及加工方法的改进，尤其是一种对操作工人技术水平要求较低，且能够生产出高强度、高表面质量产品，初期投资较小的加工装置及加工方法。
【背景技术】
[0002]纤维增强复合材料是将碳纤维、玻璃纤维或玄武岩纤维等高性能连续纤维浸渍于环氧树脂、不饱和聚酯树脂或乙烯基树脂等形成整体复合材料。由于纤维增强复合材料具有如下特点:(1)比强度高，比模量大；(2)材料性能具有可设计性；(3)抗腐蚀性和耐久性能好；(4)热膨胀系数与混凝土的相近。这些特点使得纤维增强复合材料能满足现代结构向大跨、高耸、重载、轻质高强以及在恶劣条件下工作发展的需要，同时也能满足现代建筑施工工业化发展的要求，因此被越来越广泛地应用于各种民用建筑、桥梁、公路、海洋、水工结构以及地下结构等领域中。
[0003]现有技术中，纤维增强复合材料制品的成型工艺形式较多，主要有传统手糊工艺、模压工艺、RTM、拉挤工艺、缠绕工艺等。其中传统手糊工艺需要操作工人先铺一层纤维材料再刷一层胶液，然后再铺一层纤维材料再刷一层胶液，如此逐层铺刷，直至达到工艺要求，在逐层铺刷的过程中，需要用刷子挤出气泡，以免产品中有气泡影响整体强度；采用传统手糊工艺由于每层纤维材料是整张连续纤维，则所成型的产品强度高，但是手工操作无法实现自动化生产，生产效率低，对操作工人技术水平要求高，且产品表面质量差。模压工艺是采用模压机成型，自动化程度高，但是初期设备投资大，且纤维材料必须是破碎状，产品强度相对较低，对于低强度范围的产品可以适用，但不适用高强度范围产品以及小批量、多品种的产品生产。RTM工艺属于半自动成型，其原材料成本高，尤其是导流网(通常30-50元/m2)耗材价格昂贵，生产效率相对较低；拉挤工艺通常适用于型材加工，缠绕工艺通常适用于圆筒状产品加工，应用范围相对较窄。
【发明内容】
[0004]本发明提出一种软模闭模纤维增强复合材料制品加工装置及加工方法，兼顾传统手糊工艺强度高和模压工艺自动化程度高的优点，对操作工人技术水平要求较低，产品表面质量高，初期投资较小。
[0005]为了达到上述技术目的，本发明所提出的软模闭模纤维增强复合材料制品加工装置的技术方案是:一种软模闭模纤维增强复合材料制品加工装置，包括模具固定架、加压固定架、设置在加压固定架上的多个加压部件、上模具、下模具、震动装置和电控系统；
所述模具固定架包括底座和支撑框架，所述支撑框架包括上横梁，所述加压固定架固设在所述上横梁上；
多个所述加压部件中，包括至少一个垂直于所述上模具的垂直加压部件；
所述上模具位于所述加压部件的下方，其包括薄壁刚性模具壳体和包覆在薄壁刚性模具壳体下表面上的柔性内衬层，所述薄壁刚性模具壳体与所述加压部件相接触且固连于所述垂直加压部件，其在所述加压部件的压力作用下具有弹性变形能力；
所述下模具为刚性模具，其固定在所述底座上；
所述震动装置设置在所述下模具的一侧。
[0006]所述薄壁刚性模具壳体材质为玻璃钢，其厚度范围为l_2mm，所述柔性内衬层的材质为耐有机溶剂腐蚀的弹性材料，其厚度范围为3~5mm ;所述下模具的材质为玻璃钢，其厚度范围为5-20mm。
[0007]所述垂直加压部件对应所述上模具的中心部位，多个所述加压部件中，除所述垂直加压部件外，还包括侧部加压部件，所述侧部加压部件分布在所述垂直加压部件的外侧，对应所述上模具的侧部。
[0008]所述侧部加压部件向外倾斜设置。
[0009]所述底座独立设置，其下方设置有顶升机构。
[0010]所述底座具有行走轮。
[0011]本发明还提出了一种基于上述软模闭模纤维增强复合材料制品加工装置的软模闭模纤维增强复合材料制品加工方法，包括如下步骤:
1)垂直加压部件启动，带动上模具向上运动至开模位置，在下模具内铺设与模腔形状相适配的至少一张纤维增强复合材料，然后向下模具内置入胶液，胶液的质量依纤维增强复合材料种类和质量而定；
2)启动震动装置震动下模具，使胶液对纤维增强复合材料进行充分浸润；
3)垂直加压部件带动上模具向下运动进行合模并进行加压，然后由中心向外围间隔时间t开启侧部加压部件对上模具进行加压排出材料内的气体，当达到预定压力时，保压至制品固化成型，停止加压；
4)模具开模、脱模、切割处理。
[0012]所述纤维增强复合材料可以为玻璃纤维、碳纤维或玄武岩纤维；在步骤1)中，当所述纤维增强复合材料为玻璃纤维毡时，胶液质量为玻璃纤维毡重量的60%_70%，当所述纤维增强复合材料为玻璃纤维方格布时，胶液质量为玻璃纤维方格布重量的1.5-2倍；当所述纤维增强复合材料为碳纤维布时，胶液质量为碳纤维布质量的2-3倍；当所述纤维增强复合材料为玄武岩纤维布时，胶液质量为玄武岩纤维布质量的1-1.5倍。
[0013]所述胶液的组分及重量份为不饱和聚酯树脂100份、促进剂0.5-2份，固化剂0.5?2份。
[0014]与现有技术相比，本发明具有以下优点和积极效果:1、本发明软模闭模纤维增强复合材料制品加工装置及加工方法可以和自动化设备配合实现生产过程的半自动化，相比传统手糊工艺，大大提高生产效率；2、上模具采用薄壁刚性模具外壳和柔性内衬层的配合形式，下模具为刚性模具，在成型过程中，刚性的下模具可以在震动装置的作用下使胶液对纤维增强复合材料进行充分浸润，上模具的薄壁刚性模具外壳既可以保证制品定型，又能与柔性内衬层一起在加压部件的加压作用下发生弹性变形可以将加压力传递至成型材料内，以实现自动排出材料内部气体的作用，从而避免了传统手糊工艺使用大量人工排出气泡的工序，且可以实现布置纤维增强复合材料和放置胶液的分步进行，无需如传统手糊工艺需逐层铺刷，大大提高了生产效率并降低了对操作人员技术水平的要求；3、采用本发明加工装置及加工方法，纤维增强材料也为整张材料，则所成型的产品强度高；4、相对于现有RTM工艺则不使用导流网、真空栗等装置，就可以实现产品内部无空腔、密实无缺陷，产品表面光滑平整；不需要开钢模、投资油压机，初期投资规模较小，可以灵活安排生产。
【附图说明】
[0015]图1为本发明软模闭模纤维增强复合材料制品加工装置的结构示意图。
【具体实施方式】
[0016]下面结合附图对本发明的【具体实施方式】作进一步详细地说明。
[0017]参照图1，本实施例一种软模闭模纤维增强复合材料制品加工装置，包括模具固定架10、加压固定架20、设置在加压固定架20上的多个加压部件30、上模具40、下模具50、震动装置60和电控系统70，图中A为制品；模具固定架10包括底座11和支撑框架12，支撑框架12包括上横梁121，加压固定架20固设在上横梁121上；多个加压部件30中，包括至少一个垂直于上模具40的垂直加压部件31 ;上模具40位于加压部件30的下方，其包括薄壁刚性模具壳体41和包覆在薄壁刚性模具壳体41下表面上的柔性内衬层42，薄壁刚性模具壳体41与加压部件30相接触且固连于垂直加压部件31，其在加压部件30的加压压力作用下具有一定的弹性形变能力；而下模具50为刚性模具，其固定在底座11上；震动装置60设置在下模具50的一侧，在纤维增强复合材料制品加工成型过程中在下模具50内充填纤维增强复合材料和胶液时震动下模具50，使胶液充分浸润纤维增强复合材料。
[0018]其中，对于上模具40来说，其薄壁刚性模具壳体41是在保证其能与刚性的下模具50配合定型制品的基础上，要求其还能够在加压部件30的加压压力作用下有一定的弹性形变能力，进而可以将压力通过柔性内衬层42传递给纤维材料和胶液，柔性内衬层42的弹性形变能力较强，则通过薄壁刚性模具壳体41与柔性内衬层42的配合，可以使胶液在加压部件30的加压压力下充分并均匀地浸润纤维增强复合材料。进一步地，薄壁刚性模具壳体41的材质优选玻璃钢(纤维强化塑料)，其厚度范围为l_2mm，玻璃钢质轻而硬，机械强度高，可承受可承受弯曲、压缩和剪切应力，在其厚度较薄时仍能保证较高的机械强度，不会由于其在加压部件30的加压压力下的变形影响其对制品的定型能力；当然，薄壁刚性模具壳体41也可以选用其他薄壁钢材，以能够保证制品定型且能在加压部件30的加压压力下具有一定的弹性变形能力即可。对于柔性内衬层42，其材质为耐有机溶剂腐蚀的弹性材料，比如硅橡胶等，其厚度范围为3~5mm其通过粘接的方式固设在刚性模具壳体41上，或者通过其他固定方式固定，本实施例对此不作具体限制。下模具50的材质为玻璃钢或者其他钢材，其厚度范围为5-20mm，其作用在于配合上模具40对产品进行定型。
[0019]进一步地，垂直加压部件31对应上模具40的中心部位，多个加压部件30中，除垂直加压部件31外，还包括侧部加压部件32，侧部加压部件32位于垂