[发明专利]一种复合材料模具及其制造方法

说明书

本发明涉及一种复合材料模具及其制造方法。所述方法包括：(i)在母模上铺覆纤维表面毡；(ii)在纤维表面毡上铺覆纤维机织物层；(iii)在所述纤维机织物层上铺覆缝编织物层，从而得到铺层预制体；(iv)通过真空灌注方式将灌注树脂导入到铺层预制体中并固化、后处理、脱模，得到所述复合材料模具。本发明还提供了所述方法制得的复合材料模具。本发明方法具有成本低、加工难度小、生产周期短等优点，所制得的复合材料模具具有良好耐温性、高模具精度和轻质等优点，克服了传统复合材料模具的表面裂纹和形变等问题，在航空器和车辆制造等领域具有巨大的潜在市场。

技术领域

本发明涉及复合材料模具制造领域，尤其涉及复合材料模具及其制造方法。

背景技术

近年来，航空航天、兵器、船舶、高铁等行业迅猛发展，轻量化与低碳高效是时代发展的主题，复合材料替代传统金属材料是军转民及军民融合的一个重要发展方向。大型复杂复合材料构件在研制时存在一些难以逾越的技术鸿沟，研制周期长也是其开疆拓土的刚性障碍，居高不下的模具制造成本等都严重影响了复合材料的广泛应用。

近年来，在风电叶片的浪潮逐渐退去的同时，其衍生出来的复合材料材质模具(后文有时简称复材模具)技术得到了长足的发展与继承。与传统的金属材质模具(后续简称金属模具)技术相比，复合材料模具技术在研制大尺寸复杂型面制件领域具有压倒性的优势。首先，在成型复合材料制件时，由于模具与制件材质相近，热膨胀系数差几乎为零，因而制件在固化后尺寸精度高；其次，复合材料模具加工难度低，效率高，刀具损耗小，周期短；再者，复合材料模具加工成本相对较低，更适用于批量化生产。

普遍认为，复合材料模具为制造大型平面、曲面及复杂型面结构制件提供了崭新的模具思路，克服了传统金属模具加工成本高、周期长、效率低、尺寸精度低等一系列问题，在航空航天、船舶、轨道交通、电子系统等领域具备巨大的应用潜力。

但是，现有技术制得的复合材料模具还存在如下问题：母模耐温等级不足，容易在真空灌注过程中发生塌陷；复合材料模具的表面不美观，成本高；因此铺层材料发生变形导致难以铺层；因材料问题导致的树脂灌注不充分；行程模具的不同材料的膨胀系数差异造成的内应力引起尺寸发生偏差、表面产生裂纹、模具受损等。

发明内容

为了解决现有技术存在的一个或者多个问题，本发明在第一方面提供了一种复合材料模具的制造方法，所述方法包括如下步骤：

(i)在母模上铺覆纤维表面毡；

(ii)在纤维表面毡上铺覆纤维机织物层；

(iii)在所述纤维机织物层上铺覆缝编织物层，从而得到铺层预制体；

(iv)通过真空灌注方式将灌注树脂导入到铺层预制体中并固化、后处理(例如在110℃至200℃处理3至7小时)、脱模，得到所述复合材料模具。

本发明在第二方面还提供了由本发明第一方面所述的方法制得的复合材料模具。

本发明的有益效果包括:

(1)本发明方法降低了大尺寸、大厚度复合材料模具成型难度：本发明首次采用真空灌注工艺成型大尺寸复合材料模具。在一些优选的实施方式中，本发明采用碳纤维作为复合材料模具的主要原料，由于碳纤维渗透率较玻璃纤维低一个数量级，从而导致大尺寸、大厚度复合材料模具成型难度增加，本发明克服了这一困难，填补了该方面的技术空白。

(2)具有良好的耐温性：传统复合材料模具使用温度一般在80℃以下，本发明的复合材料模具长期使用温度可以达到140℃左右。本发明在树脂工艺性能和耐温性能等方面的突破是关键。