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樹脂基復合材料的熱壓罐/液體模塑成型組合裝置的制作方法

文檔序號:4429884閱讀:201來源:國知局
專利名稱:樹脂基復合材料的熱壓罐/液體模塑成型組合裝置的制作方法
技術領域
本發(fā)明涉及一種樹脂基復合材料及其制品的制造裝置,尤其是能在進行液
體模塑成型(樹脂傳遞模塑成型(RTM)或真空輔助樹脂傳遞模塑成型(VARTM 工藝))成型復合材料時從外部施加溫度、壓力的裝置。
背景技術
目前,公知的復合材料液體模塑成型技術(RTM或VARTM等)的主體裝置為 RTM設備或專用的真空加壓裝置,復合材料成型中利用真空或樹脂泵產生的壓力 差驅動液體樹脂注入置于模腔內的復合材料增強體中進行樹脂浸漬從而完成復 合材料的制備。這種成型技術可以滿足增強材料的各種織物形態(tài)(平面、立體 等)的要求,但是主要的問題是樹脂注入的效果與樹脂粘度有直接的關系,通 常液體模塑成型要求的樹脂粘度應控制在小于0.5Pa.s的范圍,為了解決高粘 度樹脂在液體模塑成型工藝中的應用,可以采用帶加熱系統(tǒng)的RTM設備和模具, 但是帶加熱功能的RTM設備價格昂貴,同時帶有加熱功能的模具的價格至少是 普通模具價格的數倍。另外,液體成型模塑成型技術中樹脂流動過程的驅動力 僅來自樹脂泵或真空導入的壓差,沒有從外部進一步獲得壓力的可能性。
同樣,公知的復合材料熱壓罐成型技術的主體制造設備為熱壓罐,復合材 料成型中多采用樹脂浸漬的平面織物經高溫、真空和熱壓制備復合材料制件。 由于樹脂浸漬平面織物可以采用溶劑法和熱熔法予以實現(xiàn),因此這種工藝方法 可以滿足高粘度的高性能樹脂基體浸漬平面織物的復合材料成型;但是對于立 體織物增強高性能樹脂基體復合材料成型而言,熱壓罐工藝方法由于樹脂浸漬 的問題而不能實施。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提供一種裝置及其相應的技術,該裝置及其相應的技術可 以解決高粘度樹脂基體液體模塑成型的問題;同時可使液體模塑成型過程進一 步獲得外部壓力。
為達到上述目的,本發(fā)明的解決方案是 一種熱壓罐與液體模塑成型裝置組 合的裝置及其相應的技術,其中的裝置包括熱壓罐,樹脂罐、真空泵、空壓 機以及管道、閥門等;相應的技術包括本發(fā)明所含的復合材料液體模塑成型過 程的工藝,例如增強體鋪放、樹脂配料、攪拌脫氣、模腔抽真空、模具加熱、 樹脂真空加壓、模具外部氣體壓力施加、內外部壓力調節(jié)、固化加熱等。
進一步,所述的熱壓罐除原有功能外,應具備樹脂進入、樹脂流出的2個 通道接口,這2個通道接口與樹脂罐或與樹脂采集罐相連;
樹脂罐為密閉容器并具有耐壓功能,容器的外壁可以是各種類型的加熱夾套。樹脂罐與真空、壓力氣源或與熱壓罐相連;
樹脂采集罐也為密閉容器并具有耐壓功能。樹脂采集罐與真空泵和熱壓罐 相連。
真空泵與空壓設備可以獨立配置也可以與熱壓罐原有系統(tǒng)共用。
上述4大部分形成一個系統(tǒng)裝置,各自之間采用耐壓耐溫管道進行連接, 并配置必要的閥門和真空、壓力表。
同樣的,本發(fā)明的技術中攪拌脫氣、模腔抽真空、樹脂真空加壓技術等由 組合裝置系統(tǒng)中的真空泵予以實施;
樹脂加熱由樹脂罐的加熱單元予以實施;
模具加熱、固化加熱等有熱壓罐的加熱系統(tǒng)予以實施;
樹脂壓力注入、模具外部氣體壓力施加、內外部壓力調節(jié)由熱壓罐的壓力 系統(tǒng)以及相應的調壓閥門予以實施;
上述這些工藝參數是相互獨立的,因此本發(fā)明在復合材料制備實施過程中 工藝參數使用靈活,調節(jié)范圍大。
由于采用了上述方案,本發(fā)明的優(yōu)點是
①可以滿足常溫條件下為固體或高粘度狀態(tài)的樹脂體系實施液體成型工藝 并進行高溫固化;②可以滿足上述這些樹脂用液體成型工藝技術制備出高纖維 含量的制品而且制品中不存在真空誘導缺陷。③由于熱壓罐的存在,可以提供 液體模塑成型的模具及制品一個均勻的溫度場和壓力場,保證成型過程模具及 樹脂所需的溫度得到滿足;④同時由于熱壓罐壓力的范圍和壓力可調,可以保 證RTM成型中模具獲得一個較大的鎖模力,使得模具自身的結構形狀和強度大 大簡化;或保證VARTM成型中獲得較大的可以調節(jié)的外壓,以控制或調節(jié)成形 過程中的樹脂含量。
具體實施例方式
以下結合附圖所示實施例對本發(fā)明作進一步的說明。
一種復合材料成型裝置,由壓縮空氣管道,真空管道,可以加熱、抽真空 和加壓的樹脂罐,樹脂流動管道,帶有進出樹脂管道的熱壓罐,樹脂采集罐, 真空管道等順序連接組成,復合材料成型模具置于熱壓罐中,通過液體模塑成 型方法(RTM或VARTM)和熱壓罐的共同作用成型復合材料或部件。
進一步混合攪拌后的樹脂倒入樹脂罐進行真空脫氣和加熱,放置復合材 料增強體的模具放入熱壓罐進行真空排氣和加熱,樹脂罐內的樹脂通過壓力和/ 或真空被注入(或導入)至模具中并完全浸漬增強體,在樹脂浸漬過程中或浸 漬結束但在樹脂黏度允許的時間段內,利用熱壓罐的壓力對模具外部加壓,達 到調節(jié)復合材料中樹脂含量,或增加鎖模力等作用;通過多種獨立的工藝參數 的優(yōu)化調節(jié),最終成型理想的復合材料部件。
該復合材料成型裝置,可以加熱、加壓和抽真空的樹脂罐系統(tǒng)與熱壓罐組 合,樹脂罐在本裝置的前端,熱壓罐在本裝置的后端,模具置于熱壓罐中,樹
4脂罐中的樹脂通過樹脂管道流進熱壓罐中的模具然后流出熱壓罐。
樹脂罐前端的真空和壓力管道是并聯(lián)結構,通過換向閥對樹脂罐內進行抽
真空或加壓力。
樹脂罐的加熱采用外部夾套電加熱水浴或油浴方式。
熱壓罐罐體或門上設有2個窗口,樹脂管道從這個窗口分別流進和流出, 這2個窗口采用靜密封結構保證熱壓罐加壓過程的密封。
請參閱圖1-2,
適用于熱壓罐/液體模塑成型的熱壓罐42除了保持通常的熱壓罐所有功能 外,應具備樹脂進入、樹脂流出的通道8、 9以及與原有真空管道分離的真空通 道9,樹脂進入通道前端與樹脂罐41相連,樹脂流出通道后端與樹脂采集罐43 相連,真空通道進入熱壓罐42內與模具61相連, 一般情況下樹脂流出通道與 真空通道可以合并。因此,這個熱壓罐至少應在罐體的合適位置增加2個通道 接口。
樹脂罐41應是一個具有耐壓功能的密閉容器,容器的外壁裝有加熱控制單 元51、 52、攪拌單元以及顯示樹脂液位的裝置,它上接熱壓罐的氣源或其他的 獨立氣源,同時上接真空泵,管道中有調壓截止閥21、 22和壓力顯示器31、 32, 下接熱壓罐壁上的樹脂導入口,管道中有開關閥24、 26。上下管道必須為耐壓 管道。
真空部分可以利用熱壓罐原有的真空系統(tǒng),下接真空泵,通過熱壓罐上接 模具61,管道中應有真空緩沖罐以及相應的閥門,管道材料為耐真空壓力管道。 這一部分可以和樹脂采集罐相連,即將樹脂采集罐置于真空分系統(tǒng)的前端。
樹脂采集罐43是一個富余樹脂的收集容器,通過熱壓罐42上接模具61, 管道材料為耐真空壓力,管道中應有閥門開關27,在抽真空和樹脂注射過程中 打開,等到注射過程結束時關閉。 3、相應技術的實施方式
根據制品的材料和鋪層設計要求,進行裁布并在模具61中鋪層,裝模,保 證密封,將模具61放入熱壓罐42,將模具61上的進料口與管道8相連,將模 具61上的出料口與管道9相連,關閉閥26,啟動真空泵,打開閥27,檢査模 具61和制品鋪層62的密封狀態(tài)。符合要求后,關上熱壓罐42,開始加熱,控 制溫度到工藝設定值。
按樹脂配方要求進行樹脂計算稱量和攪拌混合,關閉閥23、 24,調整水浴夾 套到指定溫度,然后將樹脂倒入樹脂罐41,蓋上樹脂罐蓋,關閉閥21、 22,啟動 真空泵,打開閥21,進行真空脫泡,結束后關閉閥21,打開閥23,開啟空壓機, 控制壓力在工藝要求內,打開閥24、 26 (閥27己經打開)。通過真空、壓力、 或真空和壓力的結合等方式使得樹脂流入模具61充滿模腔,多余的樹脂進入樹 脂采集罐43。在此過程中可以調節(jié)真空、樹脂加壓壓力、熱壓罐內壓力、樹脂 溫度和熱壓罐溫度來調節(jié)模具中浸入樹脂的比例,然后按程序升溫固化,降溫 卸壓后取出制品。所形成的一種熱壓罐/液體模塑成型組合裝置系統(tǒng)主要技術指標范圍如

一、 熱壓罐部分
最大工作壓力2. 0MPa;最大升壓速率0. ()5MPa/min; 最大工作溫度400°C;最大升溫速率3'C/min; 最大真空度0.098MPa;最大真空速率0.05MPa;
二、 樹脂罐部分
罐體最大耐壓2.0MPa;最大升壓速率0.5MPa/min; 罐體最大真空度0.098MPa;最大真空速率0.05MPa; 罐體加熱范圍常溫 20(TC;最大加熱速率3°C/min;
加熱夾套內傳熱介質水/油等;溫度控制精度士2'C。
上述的對實施例的描述是為便于該技術領域的普通技術人員能理解和使用 本發(fā)明。熟悉本領域技術的人員顯然可以容易地對這些實施例做出各種修改, 并把在此說明的一般原理應用到其他實施例中而不必經過創(chuàng)造性的勞動。因此, 本發(fā)明不限于上述實施例,本領域技術人員根據本發(fā)明的揭示,對于本發(fā)明做 出的改進和修改都應該在本發(fā)明的保護范圍之內。


圖1是本發(fā)明實施例熱壓罐/液體模塑成型系統(tǒng)原理示意圖。
圖2是本發(fā)明實施例熱壓罐/VARTM組和成型新工藝操作流程示意圖。
權利要求
1. 一種復合材料成型方法,其特征在于包括將復合材料成型模具置于熱壓罐中,通過液體模塑成型方法和熱壓罐的共同作用成型復合材料或部件。
2. 根據權利要求1所述的復合材料成型方法,其特征在于混合攪拌后的 樹脂倒入樹脂罐進行真空脫氣和加熱,放置復合材料增強體的模具放入熱壓罐 進行真空排氣和加熱,樹脂罐內的樹脂通過壓力和/或真空被注入或導入至模具 中并完全浸漬增強體,在樹脂浸漬過程中或浸漬結束但在樹脂黏度允許的時間 段內,利用熱壓罐的壓力對模具外部加壓,達到調節(jié)復合材料中樹脂含量,或 增加鎖模力等作用;通過多種獨立的工藝參數的優(yōu)化調節(jié),最終成型復合材料 部件。
3. 根據權利要求1所述的復合材料成型方法,其特征在于樹脂罐的加熱 采用外部夾套電加熱水浴或油浴方式。
4. 一種復合材料成型裝置,包括壓縮空氣管道,真空管道,可以進行加 熱、抽真空和加壓的樹脂罐,樹脂流動管道,帶有進出樹脂管道的熱壓罐,樹 脂采集罐,真空管道,其特征在于..可以進行加熱、加壓和抽真空的樹脂罐系 統(tǒng)與熱壓罐組合,樹脂罐在本裝置的前端,熱壓罐在本裝置的后端,模具置于 熱壓罐中,樹脂罐中的樹脂通過樹脂管道流進熱壓罐中的模具然后流出熱壓罐。
5. 根據權利要求4所述的復合材料成型裝置,其特征在于樹脂罐前端的 真空和壓力管道是并聯(lián)結構,通過換向閥對樹脂罐內進行抽真空或加壓力。
6. 根據權利要求4所述的復合材料成型裝置,其特征在于熱壓罐罐體或 門上設有兩個窗口 ,樹脂管道從這個窗口分別流進和流出。
7. 根據權利要求6所述的復合材料成型裝置,其特征在于該兩個窗口采 用靜密封結構保證熱壓罐加壓過程的密封。
全文摘要
一種用于樹脂基復合材料成型的熱壓罐/液體模塑成型組合裝置,是由可以加熱、抽真空和加壓的樹脂罐,帶有進出樹脂管道的熱壓罐,樹脂采集罐,壓縮空氣管道,真空管道,樹脂流動管道等連接組成。該裝置相應的技術是將熱壓罐成型工藝技術和液體成型工藝技術的特點進行整合,形成了樹脂導入真空、樹脂注射壓力、樹脂罐溫度、模具溫度、模腔外部壓力等五大工藝成型參數相互獨立可控的新的液體成型工藝方法,使得高粘度的高性能樹脂在復合材料液體成型中的使用成為可能。
文檔編號B29C70/34GK101439585SQ20071017094
公開日2009年5月27日 申請日期2007年11月23日 優(yōu)先權日2007年11月23日
發(fā)明者居建國, 李文曉, 沈星萬, 薛元德 申請人:同濟大學
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