本发明涉及一种复合材料加工的技术领域，其应用主要在成形高强度复合材料作为产品或系统中的结构材，特别涉及一种夹心式复合材料的加工成形方法。
背景技术：
夹心式复合材料成型是应用复合材料的两大主流之一，发展至今成为取代钢、铝结构作为质轻且可负重或耐冲击首选的材料，已早有定论，因此在此不做赘述。
通过实验室测试显示发现有芯材的复合材料，其强度与刚性均大幅提高，提高幅度与芯材的厚度成立方比；由于复合材料的优点之一是质轻而坚，故芯材多采用发泡材料如pu，取其无毒性，质轻而易成形，但是有芯材的复合材料的成形却成了一个难点，目前一般采用如下方法，首先内部芯材必须先以专用模具成形，再与外围的纤维树脂复合层（即复合材料）以全包覆方式结合，然后置入另一模具中再成形一次的方式，而这样的方式在于整个工艺不方便，而且工艺繁琐，另外这里工艺由于需要使用两套模具，两套成形技术而需要设置两套模具和周边设备，导致相对制作成本提高，另外由于芯材须单独成形，其厚度低于3毫米处，尤其是边角或产品成形后厚度需维持在10毫米以下的部位容易造成芯材形状不完整或破损，以致包覆纤维布作业困难，在使用第二套模具成形最终产品时或因树脂灌注时会自然填补破损处而致整体过重，或直接影响直通率，故此需要改进。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种夹心式复合材料的加工成形方法，以解决上述背景技术中提出的工艺繁琐、制备成本高，直通率低的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种夹心式复合材料的加工成形方法，具体包括以下步骤：
s1、先制作模具：制备适用于标准rtm工艺的模具，保证制备模具的注射压力达10大气压，同时模具本身自带加热装置，能够将上下模均匀加热至90摄氏度以上，其中该模具包含有相互配合的上模和下模，上模和下模之间的空腔构成模腔，上下模具间有密封设计，合模后模腔呈密封状态；
s2、树脂注射机的选择：树脂注射机的灌注压力需达到10bar以上，同时保证满足树脂注射机的出液量能够在4-5分钟将步骤s1制备的模具中密封的模腔内灌满的要求；
s3、备料：将树脂与固化剂混合时添加一种可发泡且直径为180-200微米的颗粒状高分子材料，所述颗粒状高分子材料与树脂与固化剂材料混合比例依据预期需要发泡后的体积膨胀比例计算，并根据实际操作时进行微调获得；
s4、铺纤维布：选用玻纤或碳纤，然后按预先设计的纤维布种类和层数，对称布放在步骤s1制备的模具模腔的上下两面，并保证其中一面的纤维布在模具边缘应超出模具模腔20mm-25mm，以保证能够与另一面的纤维布重叠；
s5、合模方式：在铺设于模具上模的纤维布的表面应以喷胶方式固定，使上模翻转与下模结合过程中纤维布不致掉落；在模具下模的纤维上均匀布放撑挡物，在合模后可发挥支撑上模纤维的效果，且撑挡物由同样的颗粒状高分子材料发泡而成；
s6、模具预热及抽真空：合模前模具将模具预热至50摄氏度，合模后抽真空并将模腔设定加热至90摄氏度；真空度应达5torr以下，抽真空时间不少于10分钟，以确定抽去模具内空气和绝大部分的水汽；
s7、注入树脂与颗粒混合物：在模具合模时，注入树脂与颗粒混合物，且保证注满时间应少于颗粒开始的发泡时间，保证在树脂仍可自由流动期间内完成注射；
s8、保压：模具合模后完成注塑的过程中须置于特定压力的压机内进行保压处理，且该压机的压力必须大于每平方米100吨的压力值；
s9、固化脱模：固化完成后即可脱模。
进一步，在步骤s3中的颗粒状高分子材料需要具备以下几种特性：
（1）须能够与使用的树脂如环氧树脂紧密结合；
（2）受热发泡并且无需其他配合条件如水蒸气；
（3）至少可达到聚氨酯硬发泡所能达到的结构性强度和耐压性；
（4）发泡过程环保，材料无毒性。
进一步，在步骤s5中的撑挡物的高度需要与模具模腔的空间相同，且所述撑挡物的体积和布放密度以不妨碍树脂注入模具后的流动为原则，并根据实际试做结果调整。
本发明得到的一种夹心式复合材料的加工成形方法的技术效果是：通过将现有的方法改为用一套模具即可将芯材与复合材料一次成形；本发明的主体工艺仍为rtm(树脂转注)工艺，与现有的包覆芯材方式不同之处在于本发明将纤维布铺设在模腔的上下两面，合模抽真空后在模具已预热并受压情况下注入树脂；与现有的直接用树脂不同处为树脂中已先行均匀混入一种遇热可发泡的细小高分子颗粒；此颗粒在遇热发泡过程中不断地将树脂向外挤压进入贴在模腔面的多层纤维之间的空隙，将其完全填满，发泡后的颗粒互相挤压在内部形成一密实度均匀而连续的实体，外围则被填满树脂的连续纤维（复合材料）完整包覆；固化后脱模去毛边即完成此工艺；
综言之，使用本发明所陈述的工艺用于复合材料的成形，可以消除芯材成形专用模具的需求，制作及搬运芯材的工时和技术人力等多项成本，对于推广复合材料的应用有极大的价值，可广泛运用；尤其对于造型复杂，厚度不均的部件或产品，本发明可进一步促成零部件集成化，减少成形部件数量，全面性的降低成本，实为夹心式复合材料行业中应用价值最高的新工艺；且整个过程工艺简单、制备成本低。
具体实施方式
实施例1：
本实施例提供了一种夹心式复合材料的加工成形方法，具体包括以下步骤：
s1、先制作模具：制备适用于标准rtm工艺的模具，保证制备模具的注射压力达10大气压，同时模具本身自带加热装置，能够将上下模均匀加热至90摄氏度以上，其中该模具包含有相互配合的上模和下模，上模和下模之间的空腔构成模腔，上下模具间有密封设计，合模后模腔呈密封状态；
s2、树脂注射机的选择：树脂注射机的灌注压力需达到10bar以上，同时保证满足树脂注射机的出液量能够在4-5分钟将步骤s1制备的模具中密封的模腔内灌满的要求；
s3、备料：将树脂与固化剂混合时添加一种可发泡且直径为180-200微米的颗粒状高分子材料，所述颗粒状高分子材料与树脂与固化剂材料混合比例依据预期需要发泡后的体积膨胀比例计算，并根据实际操作时进行微调获得；
s4、铺纤维布：选用玻纤或碳纤，然后按预先设计的纤维布种类和层数，对称布放在步骤s1制备的模具模腔的上下两面，并保证其中一面的纤维布在模具边缘应超出模具模腔20mm-25mm，以保证能够与另一面的纤维布重叠；
s5、合模方式：在铺设于模具上模的纤维布的表面应以喷胶方式固定，使上模翻转与下模结合过程中纤维布不致掉落；在模具下模的纤维上均匀布放撑挡物，在合模后可发挥支撑上模纤维的效果，且撑挡物由同样的颗粒状高分子材料发泡而成；
s6、模具预热及抽真空：合模前模具将模具预热至50摄氏度，合模后抽真空并将模腔设定加热至90摄氏度；真空度应达5torr以下，抽真空时间不少于10分钟，以确定抽去模具内空气和绝大部分的水汽；
s7、注入树脂与颗粒混合物：在模具合模时，注入树脂与颗粒混合物，且保证注满时间应少于颗粒开始的发泡时间，保证在树脂仍可自由流动期间内完成注射；
s8、保压：模具合模后完成注塑的过程中须置于特定压力的压机内进行保压处理，且该压机的压力必须大于每平方米100吨的压力值；
s9、固化脱模：固化完成后即可脱模。
进一步，在步骤s3中的颗粒状高分子材料需要具备以下几种特性：
（1）须能够与使用的树脂如环氧树脂紧密结合；
（2）受热发泡并且无需其他配合条件如水蒸气；
（3）至少可达到聚氨酯硬发泡所能达到的结构性强度和耐压性；
（4）发泡过程环保，材料无毒性。比如：pet。
进一步，在步骤s5中的撑挡物的高度需要与模具模腔的空间相同，且所述撑挡物的体积和布放密度以不妨碍树脂注入模具后的流动为原则，并根据实际试做结果调整。
进一步，在步骤s5中的撑挡物的高度需要与模具模腔的空间相同，且所述撑挡物的布放密度以不妨碍树脂注入模具后的流动为原则，并根据实际要求调整。
在本发明中还需要考虑材料选用与模温设计：选用树酯和调配固化剂时需兼顾树脂在特定温度下树脂开始固化的时间及发泡材在该温度下开始泡的时间；理想的起泡时间应在树脂开始固化之前，此时树脂尚具有充分流动性，易为发泡材挤压至外围铺设的纤维层中，而有足够时间将纤维浸润包覆，树脂固化起点早于芯材发泡将增加树脂流动的阻力，而这样的选用方法可以根据实际情况下不同树脂的温度要求而定，可通过多次试验获取，故此步骤具体描述。
本发明通过将现有的方法改为用一套模具（本模具本申请人已经申请专利，故此步骤具体描述）即可将芯材与复合材料一次成形；本发明的主体工艺仍为rtm(树脂转注)工艺，与现有的包覆芯材方式不同之处在于本发明需要先将纤维布铺设在模腔的上下两面，合模抽真空后在模具已预热并受压情况下注入树脂；与现有的直接用树脂不同处为树脂中已先行均匀混入一种遇热可发泡的细小高分子颗粒即为颗粒状高分子材料；此颗粒在遇热发泡过程中不断地将树脂向外挤压进入贴在模腔面的多层纤维之间的空隙，将其完全填满，发泡后的颗粒互相挤压在内部形成一密实度均匀而连续的实体，外围则被填满树脂的连续纤维（复合材料）完整包覆；固化后脱模去毛边即完成此工艺；
综言之，使用本发明所陈述的工艺用于复合材料的成形，可以消除芯材成形专用模具的需求，制作及搬运芯材的工时和技术人力等多项成本，对于推广复合材料的应用有极大的价值，可广泛运用；尤其对于造型复杂，厚度不均的部件或产品，本发明可进一步促成零部件集成化，减少成形部件数量，全面性的降低成本，实为夹心式复合材料行业中应用价值最高的新工艺；且整个过程工艺简单、制备成本低。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
1.一种夹心式复合材料的加工成形方法，其特征在于具体包括以下步骤：
s1、先制作模具：制备适用于标准rtm工艺的模具，保证制备模具的注射压力达10大气压，同时模具本身自带加热装置，能够将上下模均匀加热至90摄氏度以上，其中该模具包含有相互配合的上模和下模，上模和下模之间的空腔构成模腔，上下模具间有密封设计，合模后模腔呈密封状态；
s2、树脂注射机的选择：树脂注射机的灌注压力需达到10bar以上，同时保证满足树脂注射机的出液量能够在4-5分钟将步骤s1制备的模具中密封的模腔内灌满的要求；
s3、备料：将树脂与固化剂混合时添加一种可发泡且直径为180-200微米的颗粒状高分子材料，所述颗粒状高分子材料与树脂与固化剂材料混合比例依据预期需要发泡后的体积膨胀比例计算，并根据实际操作时进行微调获得；
s4、铺纤维布：选用玻纤或碳纤，然后按预先设计的纤维布种类和层数，对称布放在步骤s1制备的模具模腔的上下两面，并保证其中一面的纤维布在模具边缘应超出模具模腔20mm-25mm，以保证能够与另一面的纤维布重叠；
s5、合模方式：在铺设于模具上模的纤维布的表面应以喷胶方式固定，使上模翻转与下模结合过程中纤维布不致掉落；在模具下模的纤维上均匀布放撑挡物，在合模后可发挥支撑上模纤维的效果，且撑挡物由同样的颗粒状高分子材料发泡而成；
s6、模具预热及抽真空：合模前模具将模具预热至50摄氏度，合模后抽真空并将模腔设定加热至90摄氏度；真空度应达5torr以下，抽真空时间不少于10分钟，以确定抽去模具内空气和绝大部分的水汽；
s7、注入树脂与颗粒混合物：在模具合模时，注入树脂与颗粒混合物，且保证注满时间应少于颗粒开始的发泡时间，保证在树脂仍可自由流动期间内完成注射；
s8、保压：模具合模后完成注塑的过程中须置于特定压力的压机内进行保压处理，且该压机的压力必须大于每平方米100吨的压力值；
s9、固化脱模：固化完成后即可脱模。
2.根据权利要求1所述的一种夹心式复合材料的加工成形方法，其特征在于，在步骤s3中的颗粒状高分子材料需要具备以下几种特性：
（1）须能够与使用的树脂如环氧树脂紧密结合；
（2）受热发泡并且无需其他配合条件如水蒸气；
（3）至少可达到聚氨酯硬发泡所能达到的结构性强度和耐压性；
（4）发泡过程环保，材料无毒性。
3.根据权利要求1所述的一种夹心式复合材料的加工成形方法，其特征在于，在步骤s5中的撑挡物的高度需要与模具模腔的空间相同，且所述撑挡物的体积和布放密度以不妨碍树脂注入模具后的流动为原则，并根据实际试做结果调整。
技术总结