[发明专利]一种多轴向复合材料弯管及制备方法

说明书

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。

技术领域

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

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。

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。

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

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。

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：(5～20)：(1～3)。

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10～30％的液态增塑化合物和聚乙烯醇树脂质量30～50％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；

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。

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。

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。