CN103240895A - 可抑制表面纤维畸变的豆荚杆拉挤成型装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种可抑制表面纤维畸变的豆荚杆拉挤成型装置及方法，属于复合材料成型领域。该装置依次包括放卷装置（5）、预成型装置（6）、凝胶预固化装置（7）、后固化装置（8）、裁割装置（9）、检测装置（10）、收卷装置（11），上述放卷装置（5）包括预浸料放卷机构（1）、上辅助材料放卷装置、下辅助材料放卷装置；其特征在于：上辅助材料放卷装置和下辅助材料放卷装置均依次由隔离膜放卷机构（2）、玻璃布放卷机构（3）、脱模材料放卷机构（4）组成。该发明能够保证在采用拉挤成型工艺生产豆荚杆时，产品表面的纤维方向能与设计方向一致。
Description
技术领域
本发明涉及一种可抑制表面纤维畸变的豆荚杆拉挤成型装置及方法，属于复合材料成型领域。
背景技术
纤维增强复合材料是一种各向异性材料，它可以根据构件的载荷分布要求选择不同的纤维增强材料和树脂基体材料，同时也可以选择适合构件性能要求的铺层形式来满足强度、刚度和各种特殊要求，为结构设计提供更大的自由度，这是传统的各向同性材料无法比拟的。
本发明涉及的豆荚杆属于复合材料薄壁结构，具有可折叠、并依靠自身弹性能自动展开的特点，在航天器大尺寸可展开支撑结构上得到广泛应用。目前国内普遍采用热压罐技术生产此类豆荚杆。但热压罐工艺受其自身因素制约，仅能够生产长度较短的产品从而使产品在实际应用过程中受到很大程度的局限。国内外采用拉挤成型工艺虽然能够生产符合实际应用长度的产品，但存在产品表面纤维畸变的问题。CN101663157A《用于生产连续型材的拉挤成型工艺》中，型材在预成型装置中发生第一次变形，在之后的压力装置中最终成型。型材通过牵引装置相对于压力成型装置的操作周期性移动，最终通过切割装置确定型材尺寸。复合材料每层的铺层角度对结构的性能（包括刚度、强度、稳定性、振动频率等）影响很大。因此，一种抑制豆荚杆表面纤维畸变的方法亟待开发。
发明内容
本发明提出一种可抑制表面纤维畸变的豆荚杆拉挤成型装置及方法，该发明能够保证在采用拉挤成型工艺生产豆荚杆时，产品表面的纤维方向能与设计方向一致。
一种可抑制表面纤维畸变的豆荚杆拉挤成型装置，依次包括放卷装置、预成型装置、凝胶预固化装置、后固化装置、裁割装置、检测装置、收卷装置，上述放卷装置包括预浸料放卷机构、上辅助材料放卷装置、下辅助材料放卷装置；其特征在于：上辅助材料放卷装置和下辅助材料放卷装置均依次由隔离膜放卷机构、玻璃布放卷机构、脱模材料放卷机构构成。
利用所述可抑制表面纤维畸变的豆荚杆拉挤成型装置的拉挤成型方法，其特征在于包括以下过程：
步骤1：预浸料放卷机构、隔离膜放卷机构、玻璃布放卷机构、脱模材料放卷机构分别提供预浸料、隔离膜、玻璃布、脱模材料，上述材料按照由内侧到外侧依次为预浸料、隔离膜、玻璃布、脱模材料的层叠形式进入预成型装置；
步骤2：经过预成型装置6第一次变形的预浸料进入凝胶预固化装置凝胶及预定型；
步骤3：预定型的豆荚杆进入后固化装置最终固化定型；
步骤4：完全定型的豆荚杆进入裁割装置按照产品尺寸裁割，通过检测装置无损检测之后，收卷装置将豆荚杆展平收卷。
采用传统拉挤工艺，预浸料刚进入凝胶预固化装置时，树脂受热粘度降低，同时受到压力，多余的树脂向四周空隙流动。豆荚杆属于薄壁结构，多余的树脂沿拉挤前进方向以及左右方向的流动极为困难，由于凝胶预固化装置7模具外为敞开空间，多余的树脂倾向于向模具外流动。如果产品表层纤维方向为非0度，则其不受张力作用，纤维处于自由状态，向模具外流动的树脂会使纤维随之运动，使表层纤维和预先铺叠的方向存在差异，当产品最终固化定型后，就会出现表面纤维畸变的问题。在预浸料上分别铺放隔离膜、玻璃布之后，多余的树脂可以透过隔离膜向上向下被玻璃布吸附，故不会存在由于多余的树脂向模具外流动而导致的表层纤维紊乱的问题。
如果上述后固化装置通过往复机构安装在水平导轨上；上述步骤3的具体过程可以如下：豆荚杆进入后固化装置后停止进给，利用往复机构带动后固化装置在水平导轨上往复运动，在往复运动过程中对豆荚杆加热加压，完成一段豆荚杆的固化定型后，往复机构停止运动，使豆荚杆继续进给一段距离，重复上述过程。
豆荚杆的应用对其自身的尺寸精确性要求极高，而采用常规拉挤工艺生产的豆荚杆直线度不高，产品的侧向弯曲难以避免。后固化装置在水平导轨上往复运动，同时在运动过程中对豆荚杆进行加热加压使之完全固化定型。由于在固化定型过程中，放卷装置和收卷装置分别对豆荚杆的两端位置进行固定，因此产品的直线度由水平导轨自身的直线度决定。而水平导轨的直线度由机加工保证，可解决采用传统拉挤工艺时存在的豆荚杆侧向弯曲问题。
附图说明
图1是放料装置中各放料机构的排放顺序示图；
图2是拉挤成型装置示图；
图3是传统拉挤工艺凝胶预固化装置中多余树脂流动方向示图
图中标号名称：1 预浸料放卷机构，2 隔离膜放卷机构，3 玻璃布放卷机构，4 脱模材料放卷机构，5 放卷装置，6 预成型装置，7 凝胶预固化装置，8 后固化装置，9 裁割装置，10 检测装置，11 收卷装置，12 预浸料，13 隔离膜，14 玻璃布，15 脱模材料，16 凝胶预固化装置模具。
具体实施方式
放卷装置5为拉挤提供的原料是预先铺叠好的预浸料12和辅助材料。预浸料1是根据产品要求的铺层方向预先铺叠好的，辅助材料包括隔离膜13、玻璃布14和脱模材料15，其中隔离膜13选用带孔复合材料隔离膜，起透胶和脱模的作用；玻璃布14作用为吸附多余的树脂，厚度范围为0.05—0.2mm；脱模材料15优选聚四氟乙稀薄膜，厚度范围为0.05mm—0.1mm，在拉挤过程中起脱模及保护产品表面的作用。
原料首先进入预成型装置6，实现原料从平直状态到产品规定截面形状的第一次变形，得到近似的最终截面形状。预成型装置6选择滚轮装置，采用多级缓慢变形。
凝胶预固化装置7在预成型装置6之后，用以确定产品的含胶量及预定型。凝胶预固化装置7温度一般为树脂的凝胶温度，其中的预定型压力由树脂性能及产品要求的含胶量决定，一般小于1MPa。
后固化装置8提供一定的温度和压力，使豆荚杆完全符合产品截面尺寸并最终定型。后固化过程中存在温度梯度，一般为树脂的固化温度至后固化温度，提供的压力范围为0.6MPa—1MPa。
裁割装置9在后固化装置8之后，按照产品的预期尺寸对定型后的豆荚杆进行裁割。裁割完毕的豆荚杆进入检测装置10无损检测，收卷装置11将豆荚杆展平收卷。
Claims (4)
1.一种可抑制表面纤维畸变的豆荚杆拉挤成型装置，依次包括放卷装置（5）、预成型装置（6）、凝胶预固化装置（7）、后固化装置（8）、裁割装置（9）、检测装置（10）、收卷装置（11），上述放卷装置（5）包括预浸料放卷机构（1）、上辅助材料放卷装置、下辅助材料放卷装置；其特征在于：
上辅助材料放卷装置和下辅助材料放卷装置均依次由隔离膜放卷机构（2）、玻璃布放卷机构（3）、脱模材料放卷机构（4）组成。
2.根据权利要求1所述的可抑制表面纤维畸变的豆荚杆拉挤成型装置，其特征在于：上述后固化装置（8）通过往复机构安装在水平导轨（6）上。
3.利用权利要求1所述可抑制表面纤维畸变的豆荚杆拉挤成型装置的拉挤成型方法，其特征包括以下过程：
步骤1：预浸料放卷机构（1）、隔离膜放卷机构（2）、玻璃布放卷机构（3）、脱模材料放卷机构（4）分别提供预浸料（12）、隔离膜（13）、玻璃布（14）、脱模材料（15），上述材料按照由内侧到外侧依次为预浸料（12）、隔离膜（13）、玻璃布（14）、脱模材料（15）的层叠形式进入预成型装置（6）；
步骤2：经过预成型装置（6）第一次变形的预浸料进入凝胶预固化装置（7）凝胶及预定型；
步骤3：预定型的豆荚杆进入后固化装置（8）最终固化定型；
步骤4：完全定型的豆荚杆进入裁割装置（9）按照产品尺寸裁割，通过检测装置（10）无损检测之后，收卷装置（11）将豆荚杆展平收卷。
4.根据权利1所述的可抑制表面纤维畸变的豆荚杆拉挤成型方法，其特征在于：上述后固化装置（8）通过往复机构安装在水平导轨上；上述步骤3的具体过程如下：豆荚杆进入后固化装置（8）后停止进给，利用往复机构带动后固化装置（8）在水平导轨上往复运动，在往复运动过程中对豆荚杆加热加压，完成一段豆荚杆的固化定型后，往复机构停止运动，使豆荚杆继续进给一段距离，重复上述过程。
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