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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201710341256.2 (22)申请日 2017.05.16 (71)申请人 航天特种材料及工艺技术研究所 地址 100074 北京市丰台区云岗北里40号 院1-8 (72)发明人 田正刚杜姝婧王永志范永富 (51)Int.Cl. C09J 129/04(2006.01) C09J 11/08(2006.01) C09J 11/04(2006.01) C09J 11/06(2006.01) C04B 26/04(2006.01) B29C 33/38(2006.01) B2。
2、9C 70/30(2006.01) (54)发明名称 一种多轴向复合材料弯管及制备方法 (57)摘要 本发明提出一种多轴向复合材料弯管及制 备方法， 通过采用可溶性芯模和热胀加压工艺整 体成型， 所述的可溶性芯模， 通过芯模树脂混合 物中的可溶性粘接剂加热熔化， 冷却定型后得到 固态芯模， 所述的芯模树脂混合物包括石英砂、 可溶性粘接剂和短切纤维。 本发明结合可溶性芯 模和热胀加压方法的工艺特点， 解决了异型复合 材料弯管结构成型中的脱模和周向加压难点问 题， 实现了异型弯管的整体制备。 权利要求书1页 说明书6页 附图3页 CN 108864995 A 2018.11.23 CN 10886。
3、4995 A 1.一种多轴向复合材料弯管， 其特征在于： 通过采用可溶性芯模和热胀加压工艺整体 成型， 所述的可溶性芯模， 通过芯模树脂混合物中的可溶性粘接剂加热熔化， 冷却定型后得 到固态芯模， 所述的芯模树脂混合物包括石英砂、 可溶性粘接剂和短切纤维， 各组分重量配 比为100： (520)： (13)。 2.根据权利要求1所述的一种多轴向复合材料弯管， 其特征在于： 所述的可溶性粘接 剂， 以聚乙烯醇树脂为主体， 在聚乙烯醇树脂中添加聚乙烯醇树脂质量1030的液态增 塑化合物和聚乙烯醇树脂质量3050的固体增塑化合物， 液态增塑化合物的添加量要少 于固体增塑化合物。 3.根据权利要求1所。
4、述的一种多轴向复合材料弯管， 其特征在于： 所述的液态增塑化合 物为低分子量的多元醇。 4.根据权利要求1所述的一种多轴向复合材料弯管， 其特征在于： 所述的液态增塑化合 物为分子量低于1000的液态多元醇。 5.根据权利要求1所述的一种多轴向复合材料弯管， 其特征在于： 所述的固体增塑化合 物为水溶性的金属盐或酰胺类化合物。 6.根据权利要求1所述的一种多轴向复合材料弯管， 其特征在于： 所述的可溶性芯模的 熔化定型工艺为170200下12小时。 7.一种多轴向复合材料弯管的制备方法， 其特征在于， 通过以下步骤实现： 第一步， 制备可溶性芯模、 预浸料、 橡胶软模和金属阴模， 第二步， 剪。
5、裁第一步制备的预浸料， 将其缠绕到第一步制备的可溶性芯模上； 第三步， 装模， 在第二步完成铺层的预浸料外侧套上第一步制备的橡胶软模， 再整体装入金属阴模 中； 第四步， 加热固化； 第五步， 脱模， 用水溶去可溶性芯模， 得到多轴向复合材料弯管。 8.根据权利要求7所述的一种多轴向复合材料弯管的制备方法， 其特征在于： 所述第一 步中可溶性芯模制备过程如下： A1.1、 配制可溶性粘接剂， 在聚乙烯醇树脂中添加聚乙烯醇树脂质量1030的液态增塑化合物和聚乙烯醇树 脂质量3050的固体增塑化合物， 混合均匀后得到可溶性粘接剂； A1.2、 配制芯模树脂混合物， 将石英砂、 可溶性粘接剂和短切纤。
6、维按照重量比100： (520)： (13)混合均匀， 得到 芯模树脂混合物； A1.3、 在170200下加热12小时， 芯模树脂混合物在模具中熔化定型， 冷却脱模得 到可溶性芯模。 9.根据权利要求7所述的一种多轴向复合材料弯管的制备方法， 其特征在于： 所述第一 步中橡胶软模采用分瓣结构。 权利要求书 1/1 页 2 CN 108864995 A 2 一种多轴向复合材料弯管及制备方法 技术领域 0001 本发明涉及一种多轴向复合材料弯管及制备方法， 属于复合材料制备工艺技术领 域。 背景技术 0002 复合材料弯管以其轻质高强、 耐腐蚀、 抗疲劳、 耐压抗蠕变、 使用寿命长等方面的 优异。
7、性能， 已经成为航空航天领域、 海洋开发、 石油开采和冶炼、 建筑给排水、 化工等行业急 需的产品， 尤其是在航空航天高精尖飞行器结构中， 具有减重增程， 提高技战术性能的重大 意义。 0003 然而复合材料弯管是典型的非轴对称零部件， 与直管、 锥体、 压力容器等简单形状 轴对称体的模压、 拉挤、 卷管、 注塑、 缠绕等常规成型方法有本质区别， 由于其规格系列多、 形状结构复杂， 制备难度很大。 目前对于这类异型复合材料弯管， 生产工艺以手糊为主， 往 往采用石膏类的可溶性芯模， 但由于缺少成型压力， 管件的外观粗糙、 强度低、 性能分散性 大、 质量难以保证。 对于更复杂的飞行器及石油化工。
8、中的各种管路系统， 例如进气、 排气、 循 环等， 结构形态各异， 其典型结构为多轴向异型弯管， 如图1所示， 由于结构的特殊性， 异型 复合材料弯管结构成型中存在脱模和周向加压难等问题， 无法采用常规方法制备。 0004 CN201310040115.9提供了一种可溶性芯模采用聚乙烯醇、 石英砂和水， 由于芯模 制作中用水来配制胶黏剂， 对芯模需要长时间烘干， 生产周期和成本高， 芯模的强度也较 低， 不足以支撑高性能复合材料构件成型所需的压力。 发明内容 0005 本发明的目的在于克服现有技术不足， 提供一种具有良好的工艺稳定性、 可操作 性、 整体成型的多轴向复合材料弯管及制备方法， 能。
9、有效保证管件各部位的内部质量， 整体 结构强度高、 内外表面外观规整、 性能均匀稳定。 0006 本发明的技术解决方案： 一种多轴向复合材料弯管， 通过采用可溶性芯模和热胀 加压工艺整体成型， 所述的可溶性芯模， 通过芯模树脂混合物中的可溶性粘接剂加热熔化， 冷却定型后得到固态芯模， 所述的芯模树脂混合物包括石英砂、 可溶性粘接剂和短切纤维， 各组分重量配比为100： (520)： (13)。 0007 所述的可溶性粘接剂， 以聚乙烯醇树脂为主体， 在聚乙烯醇树脂中添加聚乙烯醇 树脂质量1030的液态增塑化合物和聚乙烯醇树脂质量3050的固体增塑化合物， 液 态增塑化合物的添加量要少于固体增塑。
10、化合物； 0008 所述的液态增塑化合物为低分子量的多元醇， 例如聚乙二醇、 丙三醇、 丁二醇等中 的一种或多种混合， 优选分子量低于1000的液态多元醇； 所述的固体增塑化合物为水溶性 的金属盐或酰胺类化合物， 如水合氯化镁、 氯化钙、 己内酰胺中的一种或多种混合， 优选水 合化物。 0009 液态和固体增塑化合物添加量越多， 可溶性粘接剂的熔点越低， 但其粘接强度下 说明书 1/6 页 3 CN 108864995 A 3 降， 具体的添加量可以根据制备得到的芯模所需要承受的成型压力来确定。 液态增塑化合 物的添加量要少于固体增塑化合物的添加量， 液态增塑化合物的过度添加会增加树脂体系 的。
11、粘度， 造成团聚现象， 不利于后续芯模制备过程中添加石英砂和纤维。 0010 在聚乙烯醇树脂中， 若只添加液态增塑化合物， 要起到有效降低聚乙烯醇树脂的 熔点， 其添加量会过度， 不利于后续制备； 若只添加固体增塑化合物， 其降低聚乙烯醇树脂 的熔点能力比液态增塑化合物弱， 在添加量太多时， 可能会影响混合工艺或是析出， 本发明 通过在聚乙烯醇树脂中同时添加液态增塑化合物和固体增塑化合物， 对聚乙烯醇树脂进行 溶胀， 多元醇中的羟基、 金属离子或酰胺通过与聚乙烯醇分子链形成氢键， 从而降低聚乙烯 醇树脂中羟基之间的作用力， 进而有效降低了聚乙烯醇树脂的熔点， 使其能避免现有可溶 性芯模技术中必。
12、须采用水来配制胶黏剂， 芯模强度不高且生产周期长的缺陷。 0011 可溶性芯模中纤维添加量越多， 芯模强度相应越好， 但会降低混合的工艺性； 可溶 性粘接剂适量加入也会提高强度， 但太多也会影响混合工艺。 本发明兼顾了工艺性及芯模 强度， 确定优选配比。 0012 所述的可溶性芯模的熔化定型工艺为170200下12小时。 0013 本发明采用的石英砂为制备水溶性芯模常规使用材料， 其粒径一般为(50-120) 目。 本发明采用的短切纤维种类没有限制， 可以是玻璃纤维、 碳纤维等， 其长度一般为(10 50)mm。 0014 本发明采用了特殊的可溶性芯模， 其压缩强度可以达到20MPa以上， 能。
13、够满足复合 材料成型中的压力要求， 同时采用外部热胀加压， 有效解决了多轴向复合材料弯管存在的 脱模和周向加压难的问题。 0015 一种多轴向复合材料弯管的制备方法， 通过以下步骤实现： 0016 第一步， 制备可溶性芯模、 预浸料、 橡胶软模和金属阴模， 0017 所述的可溶性芯模制备方法如下： 0018 A1.1、 配制可溶性粘接剂， 0019 在聚乙烯醇树脂中添加聚乙烯醇树脂质量1030的液态增塑化合物和聚乙烯 醇树脂质量3050固体增塑化合物， 混合均匀后得到可溶性粘接剂； 0020 A1.2、 配制芯模树脂混合物， 0021 将石英砂、 可溶性粘接剂和短切纤维按照重量比100： (5。
14、20)： (13)混合均匀， 得到芯模树脂混合物； 0022 A1.3、 在170200下加热12小时， 芯模树脂混合物在模具中熔化定型， 冷却脱 模得到可溶性芯模； 0023 预浸料的制备为本领域公知技术， 本领域技术人员根据所需制备的多轴向复合材 料弯管来选择树脂及纤维种类， 保证树脂的固化温度要低于橡胶软模的最高使用温度。 0024 由于多轴向复合材料弯管结构复杂， 橡胶软模采用分瓣结构， 橡胶软模的制备方 法为本领域公知技术， 本领域技术人员根据所需制备的多轴向复合材料弯管尺寸结构来确 定分瓣的数量及结构尺寸。 橡胶软模厚度一般设计为(510)mm， 内型面比多轴向复合材料 弯管外型面。
15、偏大约(11.5)mm， 可使用可硫化液体硅橡胶浇注成型， 橡胶硫化完全后脱模 得到， 也采用其他常规橡胶软模原料。 0025 金属阴模的制备方法为本领域公知技术， 装配在橡胶软模外侧， 给橡胶软模加压 说明书 2/6 页 4 CN 108864995 A 4 加热。 0026 第二步， 剪裁第一步制备的预浸料， 将其缠绕到第一步制备的可溶性芯模上； 0027 本步骤预浸料缠绕铺层， 具体缠绕方式为本领域公知技术， 本领域技术人员可根 据需要自行选择。 0028 如采用如下工艺： 0029 将预浸料剪裁成宽度约(1020)mm的窄条， 在芯模上随形进行连续缠绕， 缠绕时 局部弯角处可采用搭接层。
16、叠的方式， 搭接宽度为预浸料窄条宽度的1/31/2， 以保证弯管 芯模所有表面均布满预浸料。 按照以上方式逐层缠绕至弯管的设计壁厚。 0030 第三步， 装模， 0031 在第二步完成铺层的预浸料外侧套上第一步制备的橡胶软模， 再整体装入金属阴 模中； 0032 第四步， 加热固化； 0033 根据预浸料材料的固化工艺参数加热固化弯管产品， 橡胶软模在加热过程中膨 胀， 提供复合材料弯管成型所需压力。 0034 第五步， 脱模， 用水溶去可溶性芯模， 得到多轴向复合材料弯管。 0035 打开金属阴模， 取出固化完的整体多轴向复合材料弯管， 用热水溶去内部芯模， 即 可得到弯管产品。 0036 。
17、本发明与现有技术相比的有益效果： 0037 (1)本发明结合可溶性芯模和热胀加压方法的工艺特点， 解决了异型复合材料弯 管结构成型中的脱模和周向加压难点问题， 实现了异型弯管的整体制备； 0038 (2)本发明制备的管件整体结构强度高、 内部质量密实可靠、 内外表面外观规整、 性能均匀稳定； 0039 (3)本发明通过对聚乙烯醇树脂增塑改性， 有效降低了聚乙烯醇树脂的熔点， 使其 能实现物理共混后加热熔融定型， 为可溶性芯模提供了更为便捷、 快速的制备方式； 0040 (4)本发明采用增塑改性的聚乙烯醇体系作为粘接剂， 采用短切纤维增强以提高 压缩强度， 采用物理共混装料后加热熔融的方式能快速。
18、制备可溶性芯模； 0041 (5)本发明得到的可溶性芯模压缩强度可以达到20MPa以上， 能够满足复合材料成 型中的压力要求。 附图说明 0042 图1为典型的4轴向复合材料弯管； 0043 图2为本发明橡胶软模结构示意图， a为整体图， b、 c为分瓣图； 0044 图3为本发明流程图； 0045 图4为本发明可溶性芯模制备流程图。 具体实施方式 0046 下面结合具体实例及附图对本发明进行详细说明。 0047 实施例16 0048 具体配比(重量份数)见表1， 将各组份混合均匀后得到可溶性粘接剂。 说明书 3/6 页 5 CN 108864995 A 5 0049 表1 0050 实施例1。
19、实施例2实施例3实施例4实施例5实施例6 聚乙烯醇树脂100100100100100100 聚乙二醇301515 丙三醇201510 丁二醇101510 水合氯化镁502525 氯化钙402520 己内酰胺302520 0051 实施例714 0052 如图4所示， 使用实施例16得到的可溶性粘接剂， 制备可溶性芯模。 具体重量配 比及工艺见表2， 得到的可溶性芯模压缩强度见表2。 0053 表2 0054 说明书 4/6 页 6 CN 108864995 A 6 0055 0056 实施例15 0057 制作如图1所示的一个含4个管口的异型弯管， 管壁厚度2mm， 管道主体内径约 20mm，。
20、 主体长度约400mm， 采用T700/9368中温环氧的平纹碳布预浸料铺层， 预浸料单层厚度 为0.2mm， 固化温度为130。 0058 具体制备过程如图3所示： 0059 1、 制备可溶性芯模、 预浸料、 橡胶软模和金属阴模。 0060 (1)可溶性芯模制备， 如图4所示。 0061 采用实施例5的可溶性粘接剂， 采用实施例11配比， 将各组份充分混合均匀后， 将 混合物料分别填装到芯模成型的上下半模型腔中； 上下合模后， 依次从4个管口倒入剩余的 物料， 并依次捣实， 依次装配管口压板； 再将组装好的模具放入烘箱， 在178加热2)小时定 型。 0062 芯模脱模时， 首先拆除4个管口。
21、处的压板， 然后上下开模， 再拆卸掉支管口处的局 部模块， 最后将芯模从底模取出。 0063 (2)制备橡胶软模 0064 根据弯管结构形式， 橡胶软模采用上下分瓣形式(如图2所示)， 厚度设计为10mm， 橡胶软模内型面比管件外型面偏大约1mm， 使用可室温硫化的双组分加成型液体硅橡胶浇 注成型。 具体制备流程为： 按配比称量液体橡胶的A、 B组分， 充分混合均匀并真空脱泡后灌 注到预先准备好的模具中(模具共两套， 分别为上、 下半的橡胶软模浇注模)， 模具在室温下 硫化24小时(如室温较低， 可对模具进行加热)， 再拆开模具， 依次取出上、 下半橡胶软模。 说明书 5/6 页 7 CN 1。
22、08864995 A 7 0065 2、 缠绕铺层。 0066 将制备好的可溶性芯模固定在铺层架上， 从4个管口端进行定位。 然后将预浸料剪 裁成宽度约(1020)mm的窄条， 在芯模上随形进行连续缠绕， 缠绕时局部弯角处可采用搭 接层叠的方式， 搭接宽度为预浸料窄条宽度的1/31/2， 以保证弯管芯模所有表面均布满 预浸料。 按照以上方式逐层缠绕10层预浸料。 0067 3、 装模 0068 在完成铺层的管件外侧对接套上橡胶软模， 然后将预制体整体装入准备好的金属 阴模底模中， 从4个管口端进行管道定位， 再合上模形成封闭型腔。 0069 4、 固化弯管产品。 0070 将装配好的模具放入烘箱， 升温至130下固化2-3小时。 0071 5、 脱模。 0072 模具冷却后脱模， 打开金属阴模， 取出固化完的整体异型弯管， 用热水溶去内部芯 模， 即可得到弯管产品。 0073 本发明未详细说明部分为本领域技术人员公知技术。 说明书 6/6 页 8 CN 108864995 A 8 图1 图2 说明书附图 1/3 页 9 CN 108864995 A 9 图3 说明书附图 2/3 页 10 CN 108864995 A 10 图4 说明书附图 3/3 页 11 CN 108864995 A 11 。