[发明专利]气体膨胀成型方法

说明书

本发明提供了一种气体膨胀成型方法，包括：根据产品形状在模具的模腔内设置推板，推板将模腔分为包括第一腔体和第二腔体，第一腔体上设有开口；在模具内设置原材料；制备膨胀材料流体，通过将包括反应物、硬化组分和水的原料混合得到；将膨胀材料流体快速灌注到第一腔体中并充满，密封第一腔体的开口以形成封闭的第一腔体，通过膨胀材料流体中的反应物进行化学反应产生气体使得硬化组分与水反应生成的基体膨胀进而推动推板对原材料施加压力并成型，且成型结束后，膨胀材料流体形成可破坏芯模；打开第一腔体，破坏芯模，然后脱模。该方法解决现有技术中采用橡胶模具制备产品时不利于降低复合材料的制造成本以及采用溶芯模具时应用条件和环境受限问题。

技术领域

本发明涉及复合材料制造技术领域，尤其涉及一种气体膨胀成型方法，用于复合材料的制造。

背景技术

纤维增强热固性复合材料是一种航天航空领域常用的材料，用量多少已经成为衡量是否设计制造先进、是否具有高技术含量及全系统是否具有优势的一个标准，已成为设计师争相采用的先进材料之一。然而，随着结构轻量化、低成本化的进程，要求设计师把各个部件集成或整体一次成型，以降低紧固件、胶接件的用量及缩短后续的加工工序和装配工序，这致使复合材料构件的结构更复杂、技术要求更高、制造难度更大。

在诸多结构件中，有一类是半封闭腔体结构，属于树脂基复合材料难以制备的结构。通常情况下，使用的工艺是橡胶模或溶芯模辅助成型，其中：

1)采用橡胶模具：橡胶模具作为芯材料，是一种常用的方法，其基本流程是将橡胶浇注到专有模具内硫化成一橡胶模芯，在橡胶模具上铺放预浸料，而后随着温度的升高，橡胶膨胀后给预制件一个成型压力。该方法需要专门的模具和专有的步骤成型橡胶模具，不利于降低复合材料的制造成本。

2)采用溶芯模具：溶芯模具是将可溶性材料成型坯料，而后将坯料机械加工成预想的形状，再用作芯材铺放预制件。然而该芯材不能实现膨胀功能，仅起到一个维形、易脱模的作用，不能实现侧向加压的功能，应用条件和环境受到限制。

发明内容

本发明提供了一种气体膨胀成型方法，能够解决现有技术中采用橡胶模具制备产品时不利于降低复合材料的制造成本以及采用溶芯模具时应用条件和环境受限等技术问题。

本发明技术解决方案：

本发明提供一种气体膨胀成型方法，通过以下步骤实现：

根据产品形状在模具的模腔内设置推板，其中，推板将所述模腔分为包括第一腔体和第二腔体，第一腔体上设有开口；

在模具内设置原材料；

制备膨胀材料流体，通过将包括反应物和硬化组分的原料以及水混合得到；

将膨胀材料流体快速灌注到第一腔体中并充满整个第一腔体，然后密封第一腔体的开口以形成封闭的第一腔体，通过膨胀材料流体中的反应物进行化学反应产生气体使得硬化组分与水反应生成的基体膨胀进而推动推板对原材料施加压力并成型，且成型结束后，膨胀材料流体形成可破坏芯模；

打开第一腔体，破坏所述芯模，然后脱模。

进一步地，所述的反应物为轻金属和酸；所述的硬化组分为石膏，且所述的石膏在水的作用下发生水和硬化生成所述的基体。

进一步地，所述的轻金属选自颗粒状的铝、镁、锌中的任意一种，且其粒径不超过0.5mm；

进一步地，所述的酸可以是弱酸或稀释后的强酸溶液。

进一步地，所述的酸为质量分数不高于50％的硫酸溶液或质量分数不高于15％的盐酸溶液或质量分数不高于15％的乙酸。

进一步地，所述在模具内设置原材料具体为：采用树脂基预浸料为原材料并将所述树脂基预浸料在模具内进行铺放，或采用树脂和纤维为原材料并采用手糊、缠绕或喷射成型方式将其设置在所述模具内。