通过热压罐制备先进复合材料L形梁构件的方法和装置

本发明涉及一种通过热压罐制备先进复合材料l形梁构件的方法和装置，涉及材料加工技术领域。

背景技术：

复合材料是将不同性质的材料组分优化组合而成的新材料，其中，以树脂为基体，连续纤维为增强体得到的先进复合材料具有轻质、高强度和可设计性等特点，在航空、航天等高科技领域得到了广泛应用。

先进复合材料l形梁构件是一种先进复合材料的典型构件，主要是将先进复合材料通过l形模具形成l形后，经成型固化得到，具体地，将先进复合材料铺贴在模具表面，形成l形，随后在一定温度和压力下成型固化，得到先进复合材料l形梁构件。

热压罐是一种常见的用于先进复合材料成型固化的装置，其可提供高温高压环境，具有加热温度均匀、成型压力分布均匀、对待加工零件的尺寸、形状限制较小等优点。热压罐主要通过加热管来提高罐体内的温度，通过向密闭的罐体内通入压缩空气或者惰性气体来提高罐体内的压力。

在先进复合材料成型固化过程中，需要将真空袋包裹先进复合材料和模具，并且成型固化过程中始终保持真空袋与模具的贴合，但是基于模具的形状，在成型固化过程中，真空袋不仅易被模具的棱角割破，而且棱角处容易出现“架桥”问题，不能保证真空袋与模具的贴合度，导致先进复合材料成型固化失败。

技术实现要素：

本发明提供了一种通过热压罐制备先进复合材料l形梁构件的方法，用于解决真空袋易被模具棱角割破和棱角处易出现“架桥”的问题，保证先进复合材料l形梁构件的制备。

本发明还提供了一种实施上述方法的装置，保证先进复合材料l形梁构件的制备。

本发明第一方面提供了一种通过热压罐制备先进复合材料l形梁构件的方法，包括如下步骤：

将先进复合材料铺贴在模具的表面，形成l形；

将模具中铺贴有先进复合材料的表面使用真空袋覆盖，并将所述模具与真空袋之间的空气抽干；

在热压罐内对所述先进复合材料进行成型固化处理，得到所述先进复合材料l形梁构件。

进一步地，在所述模具表面先铺贴隔离膜和脱膜布后再铺贴所述先进复合材料，随后再在所述先进复合材料表面铺贴脱膜布和透气毡。

进一步地，所述模具设置有通孔，所述真空袋将所述通孔覆盖。

进一步地，通过真空泵将所述模具与真空袋之间的空气抽干。

进一步地，在先进复合材料成型固化过程中，真空袋内始终保持真空状态。

本发明第二方面提供了一种实施上述任一所述方法的装置，包括热压罐和模具，所述模具用于铺贴先进复合材料，使先进复合材料形成l形，所述热压罐用于对所述先进复合材料进行成型固化处理；

其中，所述热压罐内设置有移动平板，所述移动平板上连接有真空袋，所述真空袋可将模具中铺贴有先进复合材料的表面覆盖。

进一步地，所述模具与所述移动平板连接。

进一步地，所述模具设置有通孔，所述通孔内设置有连接件，所述连接件用于和真空泵连接。

进一步地，所述通孔的直径为18mm。

进一步地，所述连接件的厚度为6mm。

本发明的实施，至少具有以下优势：

1、本发明通过在模具一面覆盖真空袋的方式取代全包裹的方式，避开了模具中的棱角，不仅不会出现真空袋被模具棱角割破的问题，而且避免了“架桥”现象的出现，保证了真空袋与模具的贴合度，保证了先进复合材料l形梁构件的制备；此外，降低了真空袋在热压罐内占用的空间，提高了热压罐的使用效率。

2、本发明提供了一种制备先进复合材料l形梁构件的装置，降低了设置在移动平面上的真空袋的面积，减少了真空袋在热压罐内所占用的空间。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术中模具的立体结构示意图；

图2为现有技术中模具与真空袋的结构示意图；

图3为本发明一实施例提供的模具与真空袋的结构示意图；

图4为本发明一实施例中模具的工作示意图；

图5a为本发明一实施例中模具的侧视图；

图5b为本发明一实施例中模具的俯视图；

图6为本发明一实施例中连接件的主视图。

附图标记说明：

1-模具；

2-连接件；

3-移动平板；

4-先进复合材料；

5-真空袋；

6-隔离膜和脱膜布；

7-脱膜布和透气毡。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明的实施例，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。

复合材料是将不同性质的材料组分优化组合而成的新材料，例如，常见的复合材料有碳纤维增强先进复合材料、玻璃纤维增强先进复合材料(俗称玻璃钢)等。本申请中先进复合材料是以树脂为基体，连续纤维为增强体，其具有轻质、高强度和可设计性等特点，在航空、航天等高科技领域得到了广泛应用。

先进复合材料l形梁构件是一种先进复合材料典型构件，主要是将先进复合材料铺贴在模具表面，形成l形，随后在热压罐内，一定温度和压力下成型固化，得到先进复合材料l形梁构件。

热压罐是一种常见的用于先进复合材料成型固化的装置，其可提供高温高压环境，具有加热温度均匀、成型压力分布均匀、对待加工零件的尺寸、形状限制较小等优点。热压罐主要通过加热管来提高罐体内的温度，通过向密闭的罐体内通入压缩空气或者惰性气体来提高罐体内的压力。

在模具结构合理的前提下，可保证铺贴在模具表面的先进复合材料各点温度、压力相同，使先进复合材料在均匀温度、压力下成型固化。

在先进复合材料成型固化过程中，需要将真空袋包裹先进复合材料和模具，并且成型固化过程中始终保持真空袋与模具的贴合，图1为现有技术中模具的立体结构示意图，如图1所示，模具为l形，其具有相互垂直的两个平面，并在一个表面上设置通孔，通孔内设置有连接件2，连接件2与热压罐内的真空泵连接，在先进复合材料l形梁构件的制备过程中，可将先进复合材料铺贴在模具表面，随后使用真空袋将其包裹，打开真空泵将真空袋与模具之间的空气抽干，使得真空袋与模具贴合，并在后续复合材料的制备过程中，始终保持该真空状态，例如，图2为现有技术中模具与真空袋的结构示意图，如图2所示，热压罐内设置有移动平板3，模具1水平放置于该移动平板3表面，并将先进复合材料4铺贴于模具1表面，使用真空袋5将模具1和复合材料4全部包裹起来，打开真空泵，通过连接件2将真空袋5与模具1之间的空气抽出，并在后续成型固化过程中，始终保持真空袋内的真空状态。

从图2可以看出，基于模具的形状，在抽真空和后续成型固化过程中，真空袋不仅易被模具的棱角割破，而且棱角处容易出现“架桥”，不能保证真空袋与模具的贴合度，导致先进复合材料成型固化失败。

基于以上原因，在国家重点研发计划(项目编号：2017yfb0703300)的资助下，本发明第一方面提供了一种通过热压罐制备先进复合材料l形梁构件的方法，包括如下步骤：

将先进复合材料铺贴在所述模具的表面，形成l形；

将模具中铺贴有先进复合材料的表面使用真空袋覆盖，并将所述模具与真空袋之间的空气抽干；

在热压罐内对先进复合材料进行成型固化处理，得到所述先进复合材料l形梁构件。

本发明提供了一种通过热压罐制备先进复合材料l形梁构件的方法，继续参考图2可知，模具中l形表面用于铺贴先进复合材料，而另一面无需铺贴先进复合材料，因此，其表面覆盖的真空袋并无实际意义，因此，本发明将现有的真空袋全部包裹模具替换为仅覆盖模具铺贴有先进复合材料的表面，有效解决了真空袋易被割破，和棱角处出现“架桥”的问题，保证了先进复合材料l形梁构件的制备。图3为本发明一实施例提供的模具与真空袋的结构示意图，如图3所示，当先进复合材料4铺贴于模具1表面形成l形后，将真空袋5仅覆盖模具铺贴有先进复合材料的表面，而无需覆盖模具不铺贴先进复合材料的表面，这种覆盖方式可尽可能的避免覆盖模具中棱角的位置，从而避免了真空袋被模具棱角磕破和模具棱角处“架桥”问题的出现，保证了先进复合材料的成型固化过程。本发明通过在模具一面覆盖真空袋的方式取代全包裹的方式，避开了模具中的棱角，不仅不会出现真空袋被模具棱角割破的问题，而且避免了“架桥”现象的出现，保证了真空袋与模具的贴合度，保证了先进复合材料l形梁构件的制备；此外，本发明使用的真空袋覆盖方式降低了真空袋的面积，降低了真空袋在热压罐内占用的空间，提高了热压罐的使用效率。

在一种具体实施方式中，所述方法具体包括如下步骤：

步骤1：将先进复合材料铺贴在模具的表面，形成l形；

首先，按照先进复合材料l形梁构件的尺寸要求，将先进复合材料铺贴在模具表面，模具用于为先进复合材料l形梁构件提供l形，为了便于先进复合材料l形梁构件的制备，在铺贴先进复合材料之前，首先在模具表面铺贴隔离膜和脱膜布，随后再铺贴所述先进复合材料，最后再在所述先进复合材料表面铺贴脱膜布和透气毡。

图4为本发明一实施例提供的模具的工作示意图，如图4所示，在先进复合材料l形梁构件的制备过程中，首先在模具1表面铺贴隔离膜和脱膜布6，然后再将先进复合材料4按照l形梁构件的尺寸要求铺贴在脱膜布表面，最后再在先进复合材料4的表面铺贴脱膜布和透气毡7，其中，隔离膜、脱膜布和透气毡较薄，有利于先进复合材料l形梁构件的制备，本领域技术人员根据常规技术手段进行铺贴即可。

步骤2：将模具中铺贴有先进复合材料的表面使用真空袋覆盖，并将所述模具与真空袋之间的空气抽干；

将铺贴好先进复合材料的模具使用真空袋按照图4的方式进行覆盖，随后将真空袋与模具之间的空气抽出，使真空袋紧紧贴合在模具表面。

具体地，所述模具设置有通孔，通孔内设置有连接件，该连接件为中空管状结构，连接件可以与热压罐内的真空泵连接，通过真空泵将所述将模具与真空袋之间的空气抽干，因此，在实际制备过程中，需要所述真空袋将所述通孔覆盖，覆盖过程中，需尽量避免覆盖模具中棱角的位置。

步骤3：在热压罐内对所述先进复合材料进行成型固化处理，得到所述先进复合材料l形梁构件。

最后，将热压罐密封，提高热压罐内的温度和压力，对先进复合材料进行成型固化处理，本领域技术人员可根据常规技术手段操作热压罐以及设置热压罐内的温度和压力，根据所需加工的先进复合材料的不同，所需的温度和压力也不相同，一般情况下，先进复合材料所需的成型固化温度为90-180℃，压力为0.1-0.6mpa，此外需要注意的是，成型固化处理过程中，真空袋内需始终保持真空状态。

先进复合材料经成型固化处理后，脱膜即可得到先进复合材料l形梁构件。

综上，本发明通过在模具一面覆盖真空袋的方式取代全包裹的方式，避开了模具中的棱角，不仅不会出现真空袋被模具棱角割破的问题，而且避免了“架桥”现象的出现，保证了真空袋与模具的贴合度，保证了先进复合材料l形梁构件的制备；此外，降低了真空袋在热压罐内占用的空间，提高了热压罐的使用效率。

本发明第二方面提供了一种实施上述任一所述方法的装置，包括热压罐和模具，所述模具用于铺贴先进复合材料，使先进复合材料形成l形，所述热压罐用于对所述先进复合材料进行成型固化处理；

其中，所述热压罐内设置有移动平板，所述移动平板上连接有真空袋，所述真空袋可将模具中铺贴有先进复合材料的表面覆盖。

本发明提供了一种制备先进复合材料l形梁构件的装置，包括热压罐和模具，其中，模具可使用图1所示的模具；热压罐是一种可提供高温高压的罐体，本领域技术人员知晓，热压罐内设置有移动平板，真空袋可以固定设置在移动平板上，由于本发明提供的先进复合材料l形梁构件的方法中所需的真空袋面积变小，因此，设置在移动平面上的真空袋的面积也可以相应降低，减少真空袋在热压罐内所占用的空间。

此外，所述模具也可以与所述移动平板连接，即模具、真空袋和移动平板一体化设置，制备先进复合材料l形构件过程中，可抽出移动平板，将先进复合材料铺贴在模具表面。

继续参考图4可知，模具1水平放置于热压罐内的移动平板3上，真空袋5的一端和模具1固定连接在移动平板3上，在制备先进复合材料l形梁构件时，抽出移动平板，将各材料铺贴在模具表面，将真空袋覆盖在该表面上，随后将真空袋与模具之间的空气抽干，并保持真空状态进行后续先进复合材料的成型固化处理。

由于覆盖真空袋后需要保持真空状态，可通过真空泵将真空袋与模具之间的空气抽出，具体地，所述模具设置有通孔，所述通孔内设置有连接件，所述连接件用于和真空泵连接。

继续参考图4可知，模具1上设置有通孔，通孔内设置有连接件2，该连接件穿过移动平板3与热压罐内的真空泵连接，需要注意的是，真空袋必须覆盖该通孔，随后打开真空泵，将真空袋内的空气抽出。

进一步地，本发明也提供了一种适用于先进复合材料l形梁构件制备的模具，模具为l形，并在其中一个平面上设置通孔。

图5a为本发明一实施例中模具的侧视图，图5b为本发明一实施例中模具的俯视图，如图5a-5b所示，该模具为l形，具有相互垂直的两个平面，其中在一个平面上设置有通孔，通孔内设置有连接件，用于和真空泵连接，图6为本发明一实施例中连接件的主视图，连接件为中空管状结构。

为了使该模具能够适应热压罐内高温高压环境，本发明进一步限定了通孔的直径和连接件的厚度，进一步地，该通孔的直径为18mm；所述连接件的厚度为6mm。

综上，本发明提供了一种制备先进复合材料l形梁构件的装置，降低了设置在移动平面上的真空袋的面积，减少了真空袋在热压罐内所占用的空间。

综上，本发明通过在模具一面覆盖真空袋的方式取代全包裹的方式，避开了模具中的棱角，不仅不会出现真空袋被模具棱角割破的问题，而且避免了“架桥”现象的出现，保证了真空袋与模具的贴合度，保证了先进复合材料l形梁构件的制备；此外，降低了真空袋在热压罐内占用的空间，提高了热压罐的使用效率。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。