折叠臂架、纤维增强树脂基复合材料臂节及其制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种折叠臂架、纤维增强树脂基复合材料臂节及其制造方法，该制造方法包括以下步骤：第一，将内层加压袋(2)包裹在内模芯(1)上，抽出所述内层加压袋(2)内的气体，以使所述内层加压袋(2)贴附在所述内模芯(1)的表面并使所述内模芯(1)在所述内层加压袋(2)外部气压的作用下收缩变形；第二，将纤维材料(3)铺设在所述内层加压袋(2)外侧表面上；第三，向所述内层加压袋(2)内通入气体，以使所述内模芯(1)回弹膨胀，并使所述纤维材料(3)在膨胀力作用下伸展而具有张力；第四，使得所述纤维材料(3)固化在所述内层加压袋(2)外侧表面上，以形成含有所述内模芯(1)的纤维增强树脂基复合材料臂节。
【专利说明】折叠臂架、纤维増强树脂基复合材料臂节及其制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种臂节制造方法，具体地，涉及一种纤维增强树脂基复合材料臂节的制造方法。在此基础上，本发明还涉及通过所述制造方法制成的纤维增强树脂基复合材料臂节以及包括该臂节的折叠臂架。
【背景技术】
[0002]典型地，折叠臂架可以应用于混凝土泵车上，混凝土输送管能够支撑在折叠臂架上并随之折转，从而能够在展开状态下将混凝土输送到指定位置，在折叠状态下放置到支撑基础(如回转盘)上。传统折叠臂架通常包括3-6节钢质臂节，具有较大的刚度。
[0003]钢质臂节由四块钢板焊接而成，为了满足安全性和长臂化的要求，不断增厚的钢板不仅需要更精益的焊接技术，而且显著增加了泵车重量，并对底盘及支腿提出了更高的要求。因此，具有质轻、强度高等优点的碳纤维复合材料臂架的发展日益受到人们的关注。
[0004]然而，现有碳纤维复合材料臂节通常设计为具有空心内腔，使得折叠臂架抗冲击能力差、刚度低。另外，针对不同机型开发的成型模具在臂节成型后需要经脱模技术取出，增加了生产成本。因此，目前，碳纤维复合材料臂架仅在部分超长臂架上得到应用。
[0005]有鉴于此，有必要提供一种纤维增强的复合材料臂节的制造方法，以解决上述现有技术存在的缺陷。
【发明内容】
[0006]本发明所要解决的技术问题是提供一种纤维增强树脂基复合材料臂节的制造方法，该制造方法能够有效提高臂节的抗冲击能力并提升刚度，并且该制造方法能够节约生产成本。
[0007]为了实现上述目的，本发明提供一种纤维增强树脂基复合材料臂节的制造方法，包括以下步骤:第一，将内层加压袋包裹在内模芯上，抽出所述内层加压袋内的气体，以使所述内层加压袋贴附在所述内模芯的表面并使所述内模芯在所述内层加压袋外部气压的作用下收缩变形；第二，将纤维材料铺设在所述内层加压袋外侧表面上；第三，向所述内层加压袋内通入气体，以使所述内模芯回弹膨胀，并使所述纤维材料在膨胀力作用下伸展而具有张力；第四，使得所述纤维材料固化在所述内层加压袋外侧表面上，以形成含有所述内模芯的纤维增强树脂基复合材料臂节。
[0008]优选地，在所述第二步骤中，通过将所述纤维材料缠绕在所述内层加压袋外侧表面上，而铺设所述纤维材料。
[0009]优选地，所述内模芯利用泡沫材料或强芯毡而制成。
[0010]优选地，在所述第二步骤中，所述纤维复合材料铺设形成第一纤维层和第二纤维层，其中，所述第一纤维层的纤维方向平行于所述内模芯的长度方向，所述第二纤维层的纤维方向不平行于所述内模芯的长度方向。
[0011]优选地，所述第一纤维层的厚度大于所述第二纤维层的厚度。
[0012]优选地，所述纤维材料为纤维预浸料，其中所述第四步骤包括以下子步骤:首先，在所述纤维预浸料上依次铺放脱模布、吸胶层、透气毡并在该透气毡上包裹外层加压袋，然后抽出该外层加压袋内的气体，从而获得纤维增强树脂基复合材料臂节半成品；然后，对所述纤维增强树脂基复合材料臂节半成品进行加压、加热，使所述纤维预浸料固化成型；最后，拆除所述外层加压袋、透气毡、吸胶层和脱模布。
[0013]优选地，将所述纤维增强树脂基复合材料臂节半成品放到热压罐内加压至0.6MPa-l.2MPa 并加热至 120。。-180。。。
[0014]优选地，所述纤维材料为纤维非预浸料，所述第四步骤包括以下子步骤:首先，在所述纤维非预浸料上依次铺放脱模布、吸胶层、透气毡并在该透气毡上包裹外层加压袋，然后抽出该外层加压袋内的气体，进而通过真空导入将树脂粘结剂灌注到所述纤维非预浸料中，从而获得纤维增强树脂基复合材料臂节半成品；然后，对所述纤维增强树脂基复合材料臂节半成品进行加压、加热，使灌注有所述树脂粘结剂的所述纤维非预浸料固化成型；最后，拆除所述外层加压袋、透气毡、吸胶层和脱模布。
[0015]优选地，将所述纤维增强树脂基复合材料臂节半成品放到热压罐内加压至0.6MPa-l.2MPa 并加热至 120。。-180。。。
[0016]优选地，所述纤维材料为碳纤维复合材料。
[0017]优选地，在所述第一步骤中，将硅胶涂覆在所述内模芯的表面，所述硅胶固化以形成包裹在所述内模芯上的所述内层加压袋。
[0018]在此基础上，本发明提供一种通过上述制造方法制成的纤维增强树脂基复合材料臂节。
[0019]此外，本发明还提供一种包括上述纤维增强树脂基复合材料臂节的折叠臂架。
[0020]通过本发明的上述技术方案，形成的纤维增强树脂基复合材料臂节内含本来用作内模芯的填充材料，从而提高了抗冲击能力和刚度。本发明的制造方法无需脱模工艺，即免去了去除内模芯的步骤，因此能够节约生产成本。此外，本发明提供的制造方法中，通过在压缩变形的内模芯上铺设纤维材料，从而在内模芯回弹膨胀过程中使得纤维材料在膨胀力作用下伸展而具有适当张力，能够使固化成型后的臂节充分发挥纤维材料的性能。
[0021]本发明的其它特征和优点将在随后的【具体实施方式】部分予以详细说明。
【专利附图】
【附图说明】
[0022]附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的【具体实施方式】一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中:
[0023]图1是根据本发明一种【具体实施方式】的纤维增强树脂基复合材料臂节的制造方法流程图；
[0024]图2是图1所示的制造方法制造臂节的中间状态的剖视结构示意图；
[0025]图3是根据图1所示的制造方法制成的臂节的剖面结构示意图。
[0026]附图标记说明
[0027]I内模芯 2内层加压袋
[0028]3纤维材料 31第一纤维层
[0029]32第二纤维层4脱模布
[0030]5吸胶层6透气毡
[0031]7外层加压袋
【具体实施方式】
[0032]以下结合附图对本发明的【具体实施方式】进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的【具体实施方式】仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
[0033]在本发明中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下、左、右”通常是指参考附图所示的上、下、左、右；“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内、外。
[0034]参照图1至图3，根据本发明一种【具体实施方式】的纤维增强树脂基复合材料臂节的制造方法，包括以下步骤:第一，将内层加压袋2包裹在内模芯I上，抽出所述内层加压袋2内的气体，以使所述内层加压袋2贴附在所述内模芯I的表面并使所述内模芯I在所述内层加压袋2外部气压的作用下收缩变形；第二，将纤维材料3 (如碳纤维预浸料)铺设在所述内层加压袋2外侧表面上；第三，向所述内层加压袋2内通入气体，以使所述内模芯I回弹膨胀，并使所述纤维材料3在膨胀力作用下伸展而具有张力；第四，使得所述纤维材料3固化在所述内层加压袋2外侧表面上，以形成含有所述内模芯I的纤维增强树脂基复合材料臂节。
[0035]在上述实施方式中，可以通过多种方式实施各个工艺步骤，这将在以下结合本发明的优选实施方式详细说明。通过上述技术方案形成的纤维增强树脂基复合材料臂节内含本来用作内模芯I的填充材料，从而使抗冲击能力和刚度得到提高。本发明的制造方法无需脱模工艺，即免去了去除内模芯的步骤，因而能够节约生产成本。此外，本发明提供的制造方法中，通过在压缩变形的内模芯I上铺设纤维材料3，从而在内模芯I回弹膨胀过程中可以使得纤维材料3在膨胀力作用下完全伸展且具有适当张力，以使固化成型后的臂节在使用过程中能够直接承载，充分发挥纤维的性能，避免由于局部纤维屈曲而无法直接承载。优选地，本发明采用碳纤维复合材料作为上述纤维材料3。
[0036]在本发明提供的纤维增强树脂基复合材料臂节的制造方法中，所使用的内模芯I可以由多种能够弹性变形的材料形成。由于本发明的内模芯I需要保留在臂节中，为了不显著增加臂节的重量，形成内模芯I的材料优选具有低密度的特点，因此，内模芯I优选为通过利用泡沫材料或强芯毡而制成。此处所述泡沫材料是指通过发泡工艺而形成的具有一定孔隙度的材料。泡沫材料易于加工成型，采用机械加工(如车、铣、刨、打磨)等工序即可获得所需尺寸的内模芯I。本发明优选实施方式的形成内模芯I的泡沫材料可以为聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚氨酯、聚甲基丙烯酰胺、聚醚酰亚胺或苯乙烯丙烯腈，其密度范围优选为40kg/m3-200kg/m3。强芯毡是由聚酯纤维、微粒小球与胶粘剂压制而成的具有一定厚度的毡布，多层叠加后再进行机加工也可以获得所需的内模芯I。
[0037]内模芯I形成后，需要在该内模芯I上包裹内层加压袋2，以便于抽出其中所含的气体。此处，内层加压袋2可以有多种选择，只要其能够密封形成压缩内模芯I的空间，例如可以使用塑料薄膜等。另外，在所述第一步骤中，还可以将硅胶涂覆在内模芯I的表面上，待硅胶固化后形成为包裹在内模芯I上的内层加压袋2。该实施方案的好处在于，避免了使用其他密封材料而存在的难以完整密封形成压缩内模芯I的空间的问题。具体来讲，如果使用塑料薄膜等其他密封材料形成内层加压袋2，则需要对塑料薄膜裁切和粘接，以形成能包裹在内模芯I上的合适形状。而若使用涂覆硅胶的方式，则可以在已然成型的内模芯I上形成形状与该内模芯I恰好匹配的内层加压袋2，且不存在明显接口，有助于提升产品质量。
[0038]然后，在第二步骤中，需要将纤维材料3铺设在内层加压袋2的外侧表面上，为了提高形成的臂节的强度，纤维材料3优选为缠绕在内层加压袋2的外侧表面上。另外，参照图3所示，在所述第二步骤中，还可以使所述纤维材料铺设形成第一纤维层31和第二纤维层32，其中，所述第一纤维层31的纤维方向平行于所述内模芯I的长度方向，所述第二纤维层32的纤维方向不平行于所述内模芯I的长度方向。由于臂节在实际作业中主要承受沿长度方向的拉压应力，可以使第一纤维层31的厚度大于第二纤维层32的厚度。
[0039]重要地，在纤维材料3铺设完成后，需要向内层加压袋2内通入气体，以使压缩变形的内模芯I回弹膨胀，以使纤维材料3在膨胀力作用下伸展而具有张力，从而在形成臂节后能够充分发挥纤维的性能。需要补充说明的是，为了在上述第一步骤中抽出气体和该第三步骤中通入气体，通常可以在内层加压袋2上设置有通气孔以用于气体的抽出或通入。具体地，可以利用真空泵抽取内模芯I中存在的空气，以使内模芯I在外侧大气压力作用下而收缩变形，进而密封通气孔，使得内模芯I保持该收缩变形状态；然后，在第三步骤中，打开通气孔，使空气自然进入内模芯I的孔隙。相比于利用其它方式使内模芯I收缩和回弹，该实施方式有利于内模芯I的变形更加均匀，提高臂节质量。
[0040]在内模芯I回弹完成后，则需进行第四步骤，即固化工艺。针对不同形式的纤维材料3，该固化工艺略有不同。以下将结合图2对以纤维预浸料作为纤维材料3的制造固化工艺的优选实施方式进行说明。
[0041]首先，在铺设在内层加压袋2外侧表面上的纤维预浸料(优选为碳纤维预浸料)上依次铺放脱模布4、吸胶层5、透气毡6并在该透气毡6上包裹外层加压袋7，然后抽出该外层加压袋7内的气体，从而获得纤维增强树脂基复合材料臂节半成品；然后，由于纤维预浸料自身浸透有粘结剂(如环氧树脂)，可以对纤维增强树脂基复合材料臂节半成品直接进行加压、加热而使纤维预浸料固化成型；最后，拆除所述外层加压袋7、透气毡6、吸胶层5和脱模布4。在上述固化工艺中，脱模布4能够便于使外侧的吸胶层5等脱落；吸胶层5用于在固化过程中吸收纤维预浸料中多余的树脂粘结剂；透气毡6便于抽出外层加压袋7内的气体，因此，吸胶层5和透气毡6可以由多孔材料形成。此外，纤维增强树脂基复合材料半成品可以在热压罐内加压并加热，加压压力优选为0.6MPa-1.2MPa，加热温度优选为120°C _180°C。与内模芯I的收缩变形原理相似地，这种固化工艺能够通过作用在外层加压袋7上的均匀的气压而获得分布均匀的树脂粘结剂，从而提升制成的臂节的质量。
[0042]另外，还可以采用纤维非预浸料(优选为碳纤维非预浸料)作为铺设在内层加压袋2上的纤维材料3，且其固化工艺与采用纤维预浸料基本相同。不同之处在于，在加压、加热之前需向纤维非预浸料渗透树脂粘结剂，以能够将其固化在内层加压袋2的外侧表面上。具体地，在铺放脱模布4、吸胶层5等之后，抽出外层加压袋7内的气体，进而通过真空导入将树脂粘结剂灌注到所述纤维非预浸料中，以获得纤维增强树脂基复合材料臂节半成品。然后进行加压、加热以及拆除外层材料等工艺，即可得到纤维增强树脂基复合材料臂节的成品。
[0043]此外，本发明还提供通过本发明提供的上述方法制成的纤维增强树脂基复合材料臂节和包括该纤维增强树脂基复合材料臂节的折叠臂架。
[0044]本发明提供的纤维增强树脂基复合材料臂节制造方法利用内模芯I的回弹膨胀而使纤维材料3具有适当张力，从而在固化成型后的臂节能够直接承载，充分发挥纤维的强度特性。此外，由于内模芯I保留在成型的臂节内，免去了脱模工艺，因而节约生产成本。同时，能够提高臂节的承载能力、减振缓冲能力和抗冲击性能。
[0045]以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。例如，可以通过其他方式在内模芯I上施加均匀的外力，以使内模芯I收缩变形。
[0046]另外需要说明的是，在上述【具体实施方式】中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
[0047]此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。
【权利要求】
1.一种纤维增强树脂基复合材料臂节的制造方法，其特征在于，包括以下步骤: 第一，将内层加压袋(2)包裹在内模芯(I)上，抽出所述内层加压袋(2)内的气体，以使所述内层加压袋(2)贴附在所述内模芯(I)的表面并使所述内模芯(I)在所述内层加压袋(2)外部气压的作用下收缩变形； 第二，将纤维材料(3)铺设在所述内层加压袋(2)外侧表面上； 第三，向所述内层加压袋(2)内通入气体，以使所述内模芯(I)回弹膨胀，并使所述纤维材料(3)在膨胀力作用下伸展而具有张力； 第四，使得所述纤维材料(3)固化在所述内层加压袋(2)外侧表面上，以形成含有所述内模芯(I)的纤维增强树脂基复合材料臂节。
2.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，在所述第二步骤中，通过将所述纤维材料(3)缠绕在所述内层加压袋(2)外侧表面上，而铺设所述纤维材料(3)。
3.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述内模芯(I)利用泡沫材料或强芯毡而制成。
4.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，在所述第二步骤中，所述纤维材料(3)铺设形成第一纤维层(31)和第二纤维层(32)，其中，所述第一纤维层(31)的纤维方向平行于所述内模芯(I)的长度方向，所述第二纤维层(32)的纤维方向不平行于所述内模芯(I)的长度方向。
5.根据权利要求4所述的制造方法，其特征在于，所述第一纤维层(31)的厚度大于所述第二纤维层(32)的厚度。
6.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述纤维材料(3)为纤维预浸料，其中所述第四步骤包括以下子步骤: 首先，在所述纤维预浸料上依次铺放脱模布(4)、吸胶层(5)、透气毡(6)并在该透气毡(6)上包裹外层加压袋(7)，然后抽出该外层加压袋(7)内的气体，从而获得纤维增强树脂基复合材料臂节半成品； 然后，对所述纤维增强树脂基复合材料臂节半成品进行加压、加热，使所述纤维预浸料固化成型； 最后，拆除所述外层加压袋(7)、透气毡￠)、吸胶层(5)和脱模布(4)。
7.根据权利要求6所述的制造方法，其特征在于，将所述纤维增强树脂基复合材料臂节半成品放到热压罐内加压至0.6MPa-l.2MPa并加热至120°C _180°C。
8.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述纤维材料(3)为纤维非预浸料，所述第四步骤包括以下子步骤:首先，在所述纤维非预浸料上依次铺放脱模布(4)、吸胶层(5)、透气毡(6)并在该透气毡(6)上包裹外层加压袋(7)，然后抽出该外层加压袋(7)内的气体，进而通过真空导入将树脂粘结剂灌注到所述纤维非预浸料中，从而获得纤维增强树脂基复合材料臂节半成品；然后，对所述纤维增强树脂基复合材料臂节半成品进行加压、加热，使灌注有所述树脂粘结剂的所述纤维非预浸料固化成型； 最后，拆除所述外层加压袋(7)、透气毡￠)、吸胶层(5)和脱模布(4)。
9.根据权利要求8所述的制造方法，其特征在于，将所述纤维增强树脂基复合材料臂节半成品放到热压罐内加压至0.6MPa-l.2MPa并加热至120°C _180°C。
10.根据权利要求1至9中任意一项所述的制造方法，其特征在于，所述纤维材料(3)为碳纤维复合材料。
11.根据权利要求1至9中任意一项所述的制造方法，其特征在于，在所述第一步骤中，将硅胶涂覆在所述内模芯(I)的表面，所述硅胶固化以形成包裹在所述内模芯(I)上的所述内层加压袋(2)。
12.—种纤维增强树脂基复合材料臂节，其特征在于，该纤维增强树脂基复合材料臂节通过根据权利要求1至11中任意一项所述的制造方法制成。
13.一种折叠臂架，其特征在于，包括根据权利要求12所述的纤维增强树脂基复合材料臂节。
【文档编号】B29C70/54GK104494160SQ201410687414
【公开日】2015年4月8日 申请日期:2014年11月25日 优先权日:2014年11月25日
【发明者】刘延斌, 郭伦文, 任会礼 申请人:中联重科股份有限公司