折疊臂架、纖維增強樹脂基復合材料臂節及其制造方法
【專利摘要】本發明公開了一種折疊臂架、纖維增強樹脂基復合材料臂節及其制造方法，該制造方法包括以下步驟：第一，將內層加壓袋(2)包裹在內模芯(1)上，抽出所述內層加壓袋(2)內的氣體，以使所述內層加壓袋(2)貼附在所述內模芯(1)的表面并使所述內模芯(1)在所述內層加壓袋(2)外部氣壓的作用下收縮變形；第二，將纖維材料(3)鋪設在所述內層加壓袋(2)外側表面上；第三，向所述內層加壓袋(2)內通入氣體，以使所述內模芯(1)回彈膨脹，并使所述纖維材料(3)在膨脹力作用下伸展而具有張力；第四，使得所述纖維材料(3)固化在所述內層加壓袋(2)外側表面上，以形成含有所述內模芯(1)的纖維增強樹脂基復合材料臂節。
【專利說明】折疊臂架、纖維増強樹脂基復合材料臂節及其制造方法

【技術領域】
[0001]本發明涉及一種臂節制造方法，具體地，涉及一種纖維增強樹脂基復合材料臂節的制造方法。在此基礎上，本發明還涉及通過所述制造方法制成的纖維增強樹脂基復合材料臂節以及包括該臂節的折疊臂架。

【背景技術】
[0002]典型地，折疊臂架可以應用于混凝土泵車上，混凝土輸送管能夠支撐在折疊臂架上并隨之折轉，從而能夠在展開狀態下將混凝土輸送到指定位置，在折疊狀態下放置到支撐基礎(如回轉盤)上。傳統折疊臂架通常包括3-6節鋼質臂節，具有較大的剛度。
[0003]鋼質臂節由四塊鋼板焊接而成，為了滿足安全性和長臂化的要求，不斷增厚的鋼板不僅需要更精益的焊接技術，而且顯著增加了泵車重量，并對底盤及支腿提出了更高的要求。因此，具有質輕、強度高等優點的碳纖維復合材料臂架的發展日益受到人們的關注。
[0004]然而，現有碳纖維復合材料臂節通常設計為具有空心內腔，使得折疊臂架抗沖擊能力差、剛度低。另外，針對不同機型開發的成型模具在臂節成型后需要經脫模技術取出，增加了生產成本。因此，目前，碳纖維復合材料臂架僅在部分超長臂架上得到應用。
[0005]有鑒于此，有必要提供一種纖維增強的復合材料臂節的制造方法，以解決上述現有技術存在的缺陷。


【發明內容】

[0006]本發明所要解決的技術問題是提供一種纖維增強樹脂基復合材料臂節的制造方法，該制造方法能夠有效提高臂節的抗沖擊能力并提升剛度，并且該制造方法能夠節約生產成本。
[0007]為了實現上述目的，本發明提供一種纖維增強樹脂基復合材料臂節的制造方法，包括以下步驟:第一，將內層加壓袋包裹在內模芯上，抽出所述內層加壓袋內的氣體，以使所述內層加壓袋貼附在所述內模芯的表面并使所述內模芯在所述內層加壓袋外部氣壓的作用下收縮變形；第二，將纖維材料鋪設在所述內層加壓袋外側表面上；第三，向所述內層加壓袋內通入氣體，以使所述內模芯回彈膨脹，并使所述纖維材料在膨脹力作用下伸展而具有張力；第四，使得所述纖維材料固化在所述內層加壓袋外側表面上，以形成含有所述內模芯的纖維增強樹脂基復合材料臂節。
[0008]優選地，在所述第二步驟中，通過將所述纖維材料纏繞在所述內層加壓袋外側表面上，而鋪設所述纖維材料。
[0009]優選地，所述內模芯利用泡沫材料或強芯氈而制成。
[0010]優選地，在所述第二步驟中，所述纖維復合材料鋪設形成第一纖維層和第二纖維層，其中，所述第一纖維層的纖維方向平行于所述內模芯的長度方向，所述第二纖維層的纖維方向不平行于所述內模芯的長度方向。
[0011]優選地，所述第一纖維層的厚度大于所述第二纖維層的厚度。
[0012]優選地，所述纖維材料為纖維預浸料，其中所述第四步驟包括以下子步驟:首先，在所述纖維預浸料上依次鋪放脫模布、吸膠層、透氣氈并在該透氣氈上包裹外層加壓袋，然后抽出該外層加壓袋內的氣體，從而獲得纖維增強樹脂基復合材料臂節半成品；然后，對所述纖維增強樹脂基復合材料臂節半成品進行加壓、加熱，使所述纖維預浸料固化成型；最后，拆除所述外層加壓袋、透氣氈、吸膠層和脫模布。
[0013]優選地，將所述纖維增強樹脂基復合材料臂節半成品放到熱壓罐內加壓至0.6MPa-l.2MPa 并加熱至 120。。-180。。。
[0014]優選地，所述纖維材料為纖維非預浸料，所述第四步驟包括以下子步驟:首先，在所述纖維非預浸料上依次鋪放脫模布、吸膠層、透氣氈并在該透氣氈上包裹外層加壓袋，然后抽出該外層加壓袋內的氣體，進而通過真空導入將樹脂粘結劑灌注到所述纖維非預浸料中，從而獲得纖維增強樹脂基復合材料臂節半成品；然后，對所述纖維增強樹脂基復合材料臂節半成品進行加壓、加熱，使灌注有所述樹脂粘結劑的所述纖維非預浸料固化成型；最后，拆除所述外層加壓袋、透氣氈、吸膠層和脫模布。
[0015]優選地，將所述纖維增強樹脂基復合材料臂節半成品放到熱壓罐內加壓至0.6MPa-l.2MPa 并加熱至 120。。-180。。。
[0016]優選地，所述纖維材料為碳纖維復合材料。
[0017]優選地，在所述第一步驟中，將硅膠涂覆在所述內模芯的表面，所述硅膠固化以形成包裹在所述內模芯上的所述內層加壓袋。
[0018]在此基礎上，本發明提供一種通過上述制造方法制成的纖維增強樹脂基復合材料臂節。
[0019]此外，本發明還提供一種包括上述纖維增強樹脂基復合材料臂節的折疊臂架。
[0020]通過本發明的上述技術方案，形成的纖維增強樹脂基復合材料臂節內含本來用作內模芯的填充材料，從而提高了抗沖擊能力和剛度。本發明的制造方法無需脫模工藝，即免去了去除內模芯的步驟，因此能夠節約生產成本。此外，本發明提供的制造方法中，通過在壓縮變形的內模芯上鋪設纖維材料，從而在內模芯回彈膨脹過程中使得纖維材料在膨脹力作用下伸展而具有適當張力，能夠使固化成型后的臂節充分發揮纖維材料的性能。
[0021]本發明的其它特征和優點將在隨后的【具體實施方式】部分予以詳細說明。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]附圖是用來提供對本發明的進一步理解，并且構成說明書的一部分，與下面的【具體實施方式】一起用于解釋本發明，但并不構成對本發明的限制。在附圖中:
[0023]圖1是根據本發明一種【具體實施方式】的纖維增強樹脂基復合材料臂節的制造方法流程圖；
[0024]圖2是圖1所示的制造方法制造臂節的中間狀態的剖視結構示意圖；
[0025]圖3是根據圖1所示的制造方法制成的臂節的剖面結構示意圖。
[0026]附圖標記說明
[0027]I內模芯 2內層加壓袋
[0028]3纖維材料 31第一纖維層
[0029]32第二纖維層4脫模布
[0030]5吸膠層6透氣氈
[0031]7外層加壓袋

【具體實施方式】
[0032]以下結合附圖對本發明的【具體實施方式】進行詳細說明。應當理解的是，此處所描述的【具體實施方式】僅用于說明和解釋本發明，并不用于限制本發明。
[0033]在本發明中，在未作相反說明的情況下，使用的方位詞如“上、下、左、右”通常是指參考附圖所示的上、下、左、右；“內、外”是指相對于各部件本身的輪廓的內、外。
[0034]參照圖1至圖3，根據本發明一種【具體實施方式】的纖維增強樹脂基復合材料臂節的制造方法，包括以下步驟:第一，將內層加壓袋2包裹在內模芯I上，抽出所述內層加壓袋2內的氣體，以使所述內層加壓袋2貼附在所述內模芯I的表面并使所述內模芯I在所述內層加壓袋2外部氣壓的作用下收縮變形；第二，將纖維材料3 (如碳纖維預浸料)鋪設在所述內層加壓袋2外側表面上；第三，向所述內層加壓袋2內通入氣體，以使所述內模芯I回彈膨脹，并使所述纖維材料3在膨脹力作用下伸展而具有張力；第四，使得所述纖維材料3固化在所述內層加壓袋2外側表面上，以形成含有所述內模芯I的纖維增強樹脂基復合材料臂節。
[0035]在上述實施方式中，可以通過多種方式實施各個工藝步驟，這將在以下結合本發明的優選實施方式詳細說明。通過上述技術方案形成的纖維增強樹脂基復合材料臂節內含本來用作內模芯I的填充材料，從而使抗沖擊能力和剛度得到提高。本發明的制造方法無需脫模工藝，即免去了去除內模芯的步驟，因而能夠節約生產成本。此外，本發明提供的制造方法中，通過在壓縮變形的內模芯I上鋪設纖維材料3，從而在內模芯I回彈膨脹過程中可以使得纖維材料3在膨脹力作用下完全伸展且具有適當張力，以使固化成型后的臂節在使用過程中能夠直接承載，充分發揮纖維的性能，避免由于局部纖維屈曲而無法直接承載。優選地，本發明采用碳纖維復合材料作為上述纖維材料3。
[0036]在本發明提供的纖維增強樹脂基復合材料臂節的制造方法中，所使用的內模芯I可以由多種能夠彈性變形的材料形成。由于本發明的內模芯I需要保留在臂節中，為了不顯著增加臂節的重量，形成內模芯I的材料優選具有低密度的特點，因此，內模芯I優選為通過利用泡沫材料或強芯氈而制成。此處所述泡沫材料是指通過發泡工藝而形成的具有一定孔隙度的材料。泡沫材料易于加工成型，采用機械加工(如車、銑、刨、打磨)等工序即可獲得所需尺寸的內模芯I。本發明優選實施方式的形成內模芯I的泡沫材料可以為聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚氨酯、聚甲基丙烯酰胺、聚醚酰亞胺或苯乙烯丙烯腈，其密度范圍優選為40kg/m3-200kg/m3。強芯氈是由聚酯纖維、微粒小球與膠粘劑壓制而成的具有一定厚度的氈布，多層疊加后再進行機加工也可以獲得所需的內模芯I。
[0037]內模芯I形成后，需要在該內模芯I上包裹內層加壓袋2，以便于抽出其中所含的氣體。此處，內層加壓袋2可以有多種選擇，只要其能夠密封形成壓縮內模芯I的空間，例如可以使用塑料薄膜等。另外，在所述第一步驟中，還可以將硅膠涂覆在內模芯I的表面上，待硅膠固化后形成為包裹在內模芯I上的內層加壓袋2。該實施方案的好處在于，避免了使用其他密封材料而存在的難以完整密封形成壓縮內模芯I的空間的問題。具體來講，如果使用塑料薄膜等其他密封材料形成內層加壓袋2，則需要對塑料薄膜裁切和粘接，以形成能包裹在內模芯I上的合適形狀。而若使用涂覆硅膠的方式，則可以在已然成型的內模芯I上形成形狀與該內模芯I恰好匹配的內層加壓袋2，且不存在明顯接口，有助于提升產品質量。
[0038]然后，在第二步驟中，需要將纖維材料3鋪設在內層加壓袋2的外側表面上，為了提高形成的臂節的強度，纖維材料3優選為纏繞在內層加壓袋2的外側表面上。另外，參照圖3所示，在所述第二步驟中，還可以使所述纖維材料鋪設形成第一纖維層31和第二纖維層32，其中，所述第一纖維層31的纖維方向平行于所述內模芯I的長度方向，所述第二纖維層32的纖維方向不平行于所述內模芯I的長度方向。由于臂節在實際作業中主要承受沿長度方向的拉壓應力，可以使第一纖維層31的厚度大于第二纖維層32的厚度。
[0039]重要地，在纖維材料3鋪設完成后，需要向內層加壓袋2內通入氣體，以使壓縮變形的內模芯I回彈膨脹，以使纖維材料3在膨脹力作用下伸展而具有張力，從而在形成臂節后能夠充分發揮纖維的性能。需要補充說明的是，為了在上述第一步驟中抽出氣體和該第三步驟中通入氣體，通常可以在內層加壓袋2上設置有通氣孔以用于氣體的抽出或通入。具體地，可以利用真空泵抽取內模芯I中存在的空氣，以使內模芯I在外側大氣壓力作用下而收縮變形，進而密封通氣孔，使得內模芯I保持該收縮變形狀態；然后，在第三步驟中，打開通氣孔，使空氣自然進入內模芯I的孔隙。相比于利用其它方式使內模芯I收縮和回彈，該實施方式有利于內模芯I的變形更加均勻，提高臂節質量。
[0040]在內模芯I回彈完成后，則需進行第四步驟，即固化工藝。針對不同形式的纖維材料3，該固化工藝略有不同。以下將結合圖2對以纖維預浸料作為纖維材料3的制造固化工藝的優選實施方式進行說明。
[0041]首先，在鋪設在內層加壓袋2外側表面上的纖維預浸料(優選為碳纖維預浸料)上依次鋪放脫模布4、吸膠層5、透氣氈6并在該透氣氈6上包裹外層加壓袋7，然后抽出該外層加壓袋7內的氣體，從而獲得纖維增強樹脂基復合材料臂節半成品；然后，由于纖維預浸料自身浸透有粘結劑(如環氧樹脂)，可以對纖維增強樹脂基復合材料臂節半成品直接進行加壓、加熱而使纖維預浸料固化成型；最后，拆除所述外層加壓袋7、透氣氈6、吸膠層5和脫模布4。在上述固化工藝中，脫模布4能夠便于使外側的吸膠層5等脫落；吸膠層5用于在固化過程中吸收纖維預浸料中多余的樹脂粘結劑；透氣氈6便于抽出外層加壓袋7內的氣體，因此，吸膠層5和透氣氈6可以由多孔材料形成。此外，纖維增強樹脂基復合材料半成品可以在熱壓罐內加壓并加熱，加壓壓力優選為0.6MPa-1.2MPa，加熱溫度優選為120°C _180°C。與內模芯I的收縮變形原理相似地，這種固化工藝能夠通過作用在外層加壓袋7上的均勻的氣壓而獲得分布均勻的樹脂粘結劑，從而提升制成的臂節的質量。
[0042]另外，還可以采用纖維非預浸料(優選為碳纖維非預浸料)作為鋪設在內層加壓袋2上的纖維材料3，且其固化工藝與采用纖維預浸料基本相同。不同之處在于，在加壓、加熱之前需向纖維非預浸料滲透樹脂粘結劑，以能夠將其固化在內層加壓袋2的外側表面上。具體地，在鋪放脫模布4、吸膠層5等之后，抽出外層加壓袋7內的氣體，進而通過真空導入將樹脂粘結劑灌注到所述纖維非預浸料中，以獲得纖維增強樹脂基復合材料臂節半成品。然后進行加壓、加熱以及拆除外層材料等工藝，即可得到纖維增強樹脂基復合材料臂節的成品。
[0043]此外，本發明還提供通過本發明提供的上述方法制成的纖維增強樹脂基復合材料臂節和包括該纖維增強樹脂基復合材料臂節的折疊臂架。
[0044]本發明提供的纖維增強樹脂基復合材料臂節制造方法利用內模芯I的回彈膨脹而使纖維材料3具有適當張力，從而在固化成型后的臂節能夠直接承載，充分發揮纖維的強度特性。此外，由于內模芯I保留在成型的臂節內，免去了脫模工藝，因而節約生產成本。同時，能夠提高臂節的承載能力、減振緩沖能力和抗沖擊性能。
[0045]以上結合附圖詳細描述了本發明的優選實施方式，但是，本發明并不限于上述實施方式中的具體細節，在本發明的技術構思范圍內，可以對本發明的技術方案進行多種簡單變型，這些簡單變型均屬于本發明的保護范圍。例如，可以通過其他方式在內模芯I上施加均勻的外力，以使內模芯I收縮變形。
[0046]另外需要說明的是，在上述【具體實施方式】中所描述的各個具體技術特征，在不矛盾的情況下，可以通過任何合適的方式進行組合。為了避免不必要的重復，本發明對各種可能的組合方式不再另行說明。
[0047]此外，本發明的各種不同的實施方式之間也可以進行任意組合，只要其不違背本發明的思想，其同樣應當視為本發明所公開的內容。
【權利要求】
1.一種纖維增強樹脂基復合材料臂節的制造方法，其特征在于，包括以下步驟: 第一，將內層加壓袋(2)包裹在內模芯(I)上，抽出所述內層加壓袋(2)內的氣體，以使所述內層加壓袋(2)貼附在所述內模芯(I)的表面并使所述內模芯(I)在所述內層加壓袋(2)外部氣壓的作用下收縮變形； 第二，將纖維材料(3)鋪設在所述內層加壓袋(2)外側表面上； 第三，向所述內層加壓袋(2)內通入氣體，以使所述內模芯(I)回彈膨脹，并使所述纖維材料(3)在膨脹力作用下伸展而具有張力； 第四，使得所述纖維材料(3)固化在所述內層加壓袋(2)外側表面上，以形成含有所述內模芯(I)的纖維增強樹脂基復合材料臂節。
2.根據權利要求1所述的制造方法，其特征在于，在所述第二步驟中，通過將所述纖維材料(3)纏繞在所述內層加壓袋(2)外側表面上，而鋪設所述纖維材料(3)。
3.根據權利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述內模芯(I)利用泡沫材料或強芯氈而制成。
4.根據權利要求1所述的制造方法，其特征在于，在所述第二步驟中，所述纖維材料(3)鋪設形成第一纖維層(31)和第二纖維層(32)，其中，所述第一纖維層(31)的纖維方向平行于所述內模芯(I)的長度方向，所述第二纖維層(32)的纖維方向不平行于所述內模芯(I)的長度方向。
5.根據權利要求4所述的制造方法，其特征在于，所述第一纖維層(31)的厚度大于所述第二纖維層(32)的厚度。
6.根據權利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述纖維材料(3)為纖維預浸料，其中所述第四步驟包括以下子步驟: 首先，在所述纖維預浸料上依次鋪放脫模布(4)、吸膠層(5)、透氣氈(6)并在該透氣氈(6)上包裹外層加壓袋(7)，然后抽出該外層加壓袋(7)內的氣體，從而獲得纖維增強樹脂基復合材料臂節半成品； 然后，對所述纖維增強樹脂基復合材料臂節半成品進行加壓、加熱，使所述纖維預浸料固化成型； 最后，拆除所述外層加壓袋(7)、透氣氈￠)、吸膠層(5)和脫模布(4)。
7.根據權利要求6所述的制造方法，其特征在于，將所述纖維增強樹脂基復合材料臂節半成品放到熱壓罐內加壓至0.6MPa-l.2MPa并加熱至120°C _180°C。
8.根據權利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述纖維材料(3)為纖維非預浸料，所述第四步驟包括以下子步驟:首先，在所述纖維非預浸料上依次鋪放脫模布(4)、吸膠層(5)、透氣氈(6)并在該透氣氈(6)上包裹外層加壓袋(7)，然后抽出該外層加壓袋(7)內的氣體，進而通過真空導入將樹脂粘結劑灌注到所述纖維非預浸料中，從而獲得纖維增強樹脂基復合材料臂節半成品；然后，對所述纖維增強樹脂基復合材料臂節半成品進行加壓、加熱，使灌注有所述樹脂粘結劑的所述纖維非預浸料固化成型； 最后，拆除所述外層加壓袋(7)、透氣氈￠)、吸膠層(5)和脫模布(4)。
9.根據權利要求8所述的制造方法，其特征在于，將所述纖維增強樹脂基復合材料臂節半成品放到熱壓罐內加壓至0.6MPa-l.2MPa并加熱至120°C _180°C。
10.根據權利要求1至9中任意一項所述的制造方法，其特征在于，所述纖維材料(3)為碳纖維復合材料。
11.根據權利要求1至9中任意一項所述的制造方法，其特征在于，在所述第一步驟中，將硅膠涂覆在所述內模芯(I)的表面，所述硅膠固化以形成包裹在所述內模芯(I)上的所述內層加壓袋(2)。
12.—種纖維增強樹脂基復合材料臂節，其特征在于，該纖維增強樹脂基復合材料臂節通過根據權利要求1至11中任意一項所述的制造方法制成。
13.一種折疊臂架，其特征在于，包括根據權利要求12所述的纖維增強樹脂基復合材料臂節。
【文檔編號】B29C70/54GK104494160SQ201410687414
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2014年11月25日 優先權日:2014年11月25日
【發明者】劉延斌, 郭倫文, 任會禮 申請人:中聯重科股份有限公司