[发明专利]一种复合材料工字梁的整体成型制造方法

说明书

技术领域

本发明属于复合材料领域，具体涉及一种复合材料工字梁的整体成型制造方法。

背景技术

目前，复合材料工字梁的制造方法是先通过平板模压的方法，分别制备出其上、下板面（称为翼板）及中间的板面（称为腹板），然后通过螺栓或粘胶连接的方法，对翼板和腹板进行相互之间的组合连接，得到复合材料工字梁。由于这种工字梁的翼板和腹板是先分别制备，然后再连接在一起，翼板和腹板在结构形态上属于分体式结构，不是一个整体式结构。

复合材料工字梁的翼板和腹板通过螺栓连接的主要问题是：这种连接方式必然要在复合材料工字梁的翼板及腹板中打孔，而打孔工艺将破坏复合材料工字梁的强度。     

复合材料工字梁的翼板和腹板通过粘胶连接的主要问题是：在外加大的拉伸或剪切载荷作用下，由于复合材料的翼板及腹板之间存在明显的界面，而粘接强度往往不够，在翼板和腹板的粘接处（界面处）很容易发生断裂。

发明内容

本发明所要解决的技术问题就是提供一种复合材料工字梁的整体成型制造方法，它能克服现有的分体式结构复合材料工字梁因打孔连接造成的材料损伤、以及因粘胶连接造成的翼板与腹板之间连接强度低等缺陷，增强复合材料工字梁的强度。

本发明所要解决的技术问题是通过这样的技术方案实现的，它包括有以下步骤：

步骤1、模具的制备

模具由4块模具板组成，分别为上、下、左、右模具板；

步骤2、纤维布的剪裁、浸胶与叠层

复合材料纤维布按2种尺寸剪裁，将剪裁后的纤维布充分浸蘸树脂后，根据复合材料工字梁受载方向，进行纤维布叠层，得到浸蘸了树脂、湿态下的4个纤维布叠层；

步骤3、纤维布叠层在模具中放置

在对上、下、左、右模具板涂抹脱模剂后，将4个湿态下的纤维布叠层分别放置在模具对应的位置；

步骤4、通过热压机和模具对纤维布叠层进行热压固化。

步骤5、开模

在经步骤4后，退去上、下、左、右模具板，便得到整体成型的复合材料工字梁。

由于采用了上述技术方案，该工字梁的上、下复合材料纤维板（即翼板）和工字梁中间的复合材料纤维板（即腹板）是一个整体式结构，即工字梁的翼板和腹板之间没有界面。从工字梁纤维特征来看，复合材料工字梁的翼板与腹板之间的纤维是连续的，这使得复合材料工字梁的强度高于由现有复合材料工字梁制造方法所获得的分体式结构的工字梁的强度。

本发明具有如下的优点：由于复合材料工字梁整体成型，不需要打孔或粘接，避免了现有制造方法得到的分体式复合材料工字梁翼板和腹板组合连接时，因打孔连接造成的材料损伤、以及因粘胶连接造成的翼板与腹板之间连接强度低，提高了复合材料工字梁的整体强度。

附图说明

本发明的附图说明如下：

图1为本发明的全部模具结构及复合材料工字梁成型示意图；

图中：1.上模具板；2.下模具板；3.左模具板；4.右模具板；5.纤维布叠层。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

本发明包括以下步骤：

步骤1、模具的制备

如图1所示，模具由4块模具板组成，分别为上模具板1、下模具板2、左模具板3和右模具板4；

步骤2、纤维布的剪裁、浸胶与叠层

复合材料纤维布按2种尺寸剪裁，一种尺寸规格为翼板的纤维布，另一种尺寸规格为腹板的纤维布；将剪裁后的纤维布充分浸蘸树脂后，根据复合材料工字梁受载方向，进行纤维布叠层，得到浸蘸了树脂、湿态下的4个纤维布叠层；

步骤3、纤维布叠层放置在模具中

如图1所示，对上模具板1、下模具板2、左模具板3及右模具板4涂抹脱模剂后，将4个湿态下的纤维布叠层5分别放置在模具对应的位置；

步骤4、通过热压机和模具对纤维布叠层进行热压固化；

在热压固化过程中，成型压力为110MPa，成型温度为120℃，保压及固化时间为12小时；

步骤5、开模

在经步骤4后，退去上、下、左、右模具板，便得到整体成型的复合材料工字梁。

本方法发明中，工字梁的翼板和腹板在工字梁模压成型过程中同时制成，得到的复合材料工字梁的翼板和腹板是一个整体式结构，翼板与腹板之间的纤维是连续的。并且，此工字梁制备模具的左、右模具板的上、下棱边可以设计为不同大小的倒角，使得到的工字梁的翼板与腹板之间有不同大小的过渡圆角。一般来说，此过渡圆角越大，翼板与腹板过渡处的应力集中越小，相应的工字梁的强度越高。