一种空气成型模具及其工艺的制作方法

本发明涉及气压成型相关技术领域，特别涉及一种空气成型工艺及其模具。

背景技术：

随着社会的发展，传统的依赖于火电等不清洁能源的技术逐渐被绿色生产技术所替代，在建筑行业也提出了零碳建筑的概念，零碳建筑是指零碳排放的建筑物，可以独立于电网运作，能够依靠太阳能或风能运作。这种建筑在不消耗煤炭、石油、电力等能源的情况下，全年的能耗全部由场地产生的可再生能源提供，现有的零碳建筑主要通过风能、太阳能等能源的利用来降低对环境的影响，但是，建筑的形状还是拘泥于有棱有角的状态，球体形状的建筑相较于传统结构的建筑，在外观上更胜一筹，且球形表面积最小，材料损耗小，如何将整体建筑设计成球体并进行制造，是目前需要解决的问题。

因此，提出一种空气成型工艺及其模具来解决上述问题很有必要。

技术实现要素：

（一）解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种空气成型工艺及其模具，解决了现有的建筑形状拘泥于有棱有角的状态和材料损耗大的问题。

（二）技术方案

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：

一种空气成型模具，包括内球体，所述内球体的外部包裹有阻隔层，所述阻隔层和内球体之间设置有导流管，所述阻隔层的两端均与内球体密封连接，所述内球体的两端位于阻隔层外，所述内球体的两端均开设有充气口，所述阻隔层与内球体的连接处开设有负压口。

可选的，所述内球体由柔性材料制成并呈封闭结构的球体，所述内球体的面积为180-200m²。

可选的，所述内球体与阻隔层之间还可增设结构支撑层，所述结构支撑层（2）由纤维布和/或网格布和/或金属网构成，所述结构支撑层的外侧缠绕有导流管。

可选的，所述阻隔层（3）为膜结构。

可选的，所述导流管在结构支撑层外侧缠绕有十五圈，每圈开设有六个注射口，所述导流管固定在结构支撑层的外侧，所述导流管的一端贯穿阻隔层并位于阻隔层的外侧。

可选的，所述负压口有八个，其中有六个为固定的，其余两个为可变动的；

所述充气口有六个，六个所述充气口平均分布在内球体的两端。

一种空气成型工艺，包括以下步骤：

A：充气：用空气泵连接内球体两端的充气口，打开空气泵进行充气，空气泵将内球体充气至合适正压, 使内球体形成稳定的球形结构；

B：布置模具：将结构支撑层包裹在内球体上，然后将导流管缠绕并固定在结构支撑层的外侧，再将阻隔层对结构支撑层整体进行包裹，然后将导流管的一端伸出阻隔层，并将阻隔层与内球体密封连接；

C：负压：用真空泵连接阻隔层两端的负压口，打开真空泵开始抽气，使内球体和阻隔层之间形成负压；

D：灌注流体：将流体与导流管连通，在真空吸力的作用下，流体导入到导流管内部后从注射口喷出，流体进入内球体和阻隔层之间，然后覆盖阻隔层的内表面和内球体的外表面，并浸润结构支撑层，完成流体真空灌注；

E：固化反应：将模具放置于室外，在室外温度和环境条件下，保持内球体内部正压和阻隔层之间的真空负压状态下, 完成高分子固化反应，使球体模型达到建筑物所需的强度和刚性；

F：球体：固化结束后，首先打开充气口对内球体进行放气，然后取出内球体，再剥开阻隔层，最后得到内部含有导流管和结构支撑层的球体模型。

可选的，所述步骤A中内球体内部的压力为0.1-0.15MPa；

所述步骤F中固化反应的时间为2-8h。

可选的，所述步骤C中抽气时间为0.5-1.5h，所述内球体和阻隔层之间的真空度为-0.08MPa至-0.1MPa。

可选的，所述步骤E中的灌注时间为1-5h，所述灌注速率为40-180m²/h。

（三）有益效果

本发明提供了一种空气成型工艺及其模具，具备以下有益效果：

（1）、本发明通过特制的模具，能够生产制造出内部中空的球形外壳，球形外壳表面积最小，可以减少材料损耗，减少热交换，从而减少能耗，同时可以增强建筑稳定性，提高抗风抗震能力。

（2）、本发明这种空气成型技术，工艺简单，设备要求低，可操作性强，具有良好的社会推广应用。

附图说明

图1为本发明模具结构的主视示意图；

图2为本发明模具结构的主视剖面示意图；

图3为本发明模具结构的侧视示意图；

图4为本发明模具结构的侧视剖面示意图。

图中：1、内球体；2、结构支撑层；3、阻隔层；4、导流管；5、充气口；6、负压口。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是机械连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。

根据如图1-4所示，本发明提供了一种技术方案：

该空气成型模具，包括内球体1，内球体1的外部包裹有阻隔层3，阻隔层3与内球体1之间设置有导流管4，阻隔层3的两端均与内球体1密封连接，内球体1的两端位于阻隔层3外，内球体1的两端均开设有充气口5，阻隔层3与内球体1的连接处开设有负压口6。

内球体1由柔性材料制成并呈封闭结构的球体，内球体1的面积为180-200m²。采用面料或者皮质等柔性材质制备而成的内球体，其内部具有填充物，填充物可以为气体或者其他填充物，如沙子，主要起到支撑作用。

所述内球体1与阻隔层3之间还可增设结构支撑层2，所述结构支撑层2为纤维布和/或网格布和/或金属网一种或多种组合。所述结构支撑层2的外侧缠绕有导流管4。所述阻隔层3为膜结构。其中结构支撑层主要为软质支撑结构，其可以采用上述介绍的纤维布、网格布或者金属网的一种或多种组合，也可选取其他的软质支撑结构，如一些网格状的塑料材质，其主要固定在流体内部，起到一定的支撑效果。结构支撑层主要根据流体的选择进行更换，对于使用常规混凝土，则可以选取金属网或者纤维布或者网格布，该结构支撑层可以根据内球体的结构进行软性变化，同时复合在混凝土结构内部，增强混凝土的强度。对于使用一些非常规流体，如PU、Epoxy流体或者其他反应性高分子流体，可根据流体自身成型的强队进行选择是否增设结构支撑层。

而阻隔层主要起到阻隔流体外泄的情况发生。对于流体而言，可选择混凝土或者其他反应性高分子流体，采用膜结构将其隔离，避免其外泄。同时也可以在膜与内层涂覆有对应的脱模剂，方便阻隔层的去除。

其中优选地，该内球体面积选择180 m²。

导流管4在结构支撑层2外侧缠绕有十五圈，每圈开设有六个注射口，导流管4固定在结构支撑层2的外侧，导流管4的一端贯穿阻隔层3并位于阻隔层3的外侧。

负压口6有八个，其中有六个为固定的，其余两个为可变动的；

充气口5有六个，六个充气口5平均分布在内球体1的两端。

于此同时该空气成型工艺，包括以下步骤：

A：充气：用空气泵连接内球体1两端的充气口5，打开空气泵进行充气，空气泵将内球体1充气至合适正压,使内球体1形成稳定的球形结构，内球体1内部的压力为0.1MPa；

B：布置模具：将结构支撑层2包裹在内球体1上，然后将导流管4缠绕并固定在结构支撑层2的外侧，再将阻隔层3对结构支撑层2整体进行包裹，然后将导流管4的一端伸出阻隔层3，并将阻隔层3与内球体1密封连接；

C：负压：用真空泵连接阻隔层3两端的负压口6，打开真空泵开始抽气，使内球体1和阻隔层3之间形成负压，抽气时间为0.5h，内球体1和阻隔层3之间的真空度为-0.08MPa；

D：灌注流体：将流体与导流管4连通，在真空吸力的作用下，流体导入到导流管4内部后从注射口喷出，流体进入内球体1和阻隔层3之间，然后覆盖阻隔层3的内表面和内球体1的外表面，并浸润结构支撑层2，完成流体真空灌注，灌注时间为1h，灌注速率为180m²/h；

E：固化反应：将模具放置于室外，在室外温度和环境条件下，保持内球体1内部正压和阻隔层3之间的真空负压状态下, 完成高分子固化反应，使球体模型达到建筑物所需的强度和刚性，固化反应的时间为2h；

F：球体：固化结束后，首先打开充气口5对内球体1进行放气，然后取出内球体1，再剥开阻隔层3，最后得到内部含有导流管4和结构支撑层2的球体模型。

实施例二：

该空气成型工艺，包括以下步骤：

A：充气：用空气泵连接内球体1两端的充气口5，打开空气泵进行充气，空气泵将内球体1充气至合适正压,使内球体1形成稳定的球形结构，内球体1内部的压力为0.12MPa；

B：布置模具：将结构支撑层2包裹在内球体1上，然后将导流管4缠绕并固定在结构支撑层2的外侧，再将阻隔层3对结构支撑层2整体进行包裹，然后将导流管4的一端伸出阻隔层3，并将阻隔层3与内球体1密封连接；

C：负压：用真空泵连接阻隔层3两端的负压口6，打开真空泵开始抽气，使内球体1和阻隔层3之间形成负压，抽气时间为1h，内球体1和阻隔层3之间的真空度为-0.09MPa；

D：灌注流体：将流体与导流管4连通，在真空吸力的作用下，流体导入到导流管4内部后从注射口喷出，流体进入内球体1和阻隔层3之间，然后覆盖阻隔层3的内表面和内球体1的外表面，并浸润结构支撑层2，完成流体真空灌注，灌注时间为3h，灌注速率为60m²/h；

E：固化反应：将模具放置于室外，在室外温度和环境条件下，保持内球体1内部正压和阻隔层3之间的真空负压状态下, 完成高分子固化反应，使球体模型达到建筑物所需的强度和刚性，固化反应的时间为2-8h；

F：球体：固化结束后，首先打开充气口5对内球体1进行放气，然后取出内球体1，再剥开阻隔层3，最后得到内部含有导流管4和结构支撑层2的球体模型。

实施例三：

该空气成型工艺，包括以下步骤：

A：充气：用空气泵连接内球体1两端的充气口5，打开空气泵进行充气，空气泵将内球体1充气至合适正压,使内球体1形成稳定的球形结构，内球体1内部的压力为0.15MPa；

B：布置模具：将结构支撑层2包裹在内球体1上，然后将导流管4缠绕并固定在结构支撑层2的外侧，再将阻隔层3对结构支撑层2整体进行包裹，然后将导流管4的一端伸出阻隔层3，并将阻隔层3与内球体1密封连接；

C：负压：用真空泵连接阻隔层3两端的负压口6，打开真空泵开始抽气，使内球体1和阻隔层3之间形成负压，抽气时间为1.5h，内球体1和阻隔层3之间的真空度为-0.1MPa；

D：灌注流体：将流体与导流管4连通，在真空吸力的作用下，流体导入到导流管4内部后从注射口喷出，流体进入内球体1和阻隔层3之间，然后覆盖阻隔层3的内表面和内球体1的外表面，并浸润结构支撑层2，完成流体真空灌注，灌注时间为5h，灌注速率为40m²/h；

E：固化反应：将模具放置于室外，在室外温度和环境条件下，保持内球体1内部正压和阻隔层3之间的真空负压状态下, 完成高分子固化反应，使球体模型达到建筑物所需的强度和刚性，固化反应的时间为8h；

F：球体：固化结束后，首先打开充气口5对内球体1进行放气，然后取出内球体1，再剥开阻隔层3，最后得到内部含有导流管4和结构支撑层2的球体模型。

通过以上三组实施例均可以制得球体模型，其中第二组实施例制得的球体模型效果最好。该空气成型技术，工艺简单，设备要求低，可操作性强，具有良好的社会推广应用。

综上所述：该空气成型模具，能够生产制造出内部中空的球形外壳，球形外壳表面积最小，可以减少材料损耗，减少热交换，从而减少能耗，同时可以增强建筑稳定性，提高抗风抗震能力。

需要说明的是，在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。