CN102166825A

CN102166825A - 一种碳纤维增强树脂基复合材料制作汽车发动机盖的工艺

Info

Publication number: CN102166825A
Application number: CN2010106210344A
Authority: CN
Inventors: 丁江平; 范欣愉
Original assignee: Ningbo Institute of Material Technology and Engineering of CAS
Current assignee: Ningbo Institute of Material Technology and Engineering of CAS
Priority date: 2010-12-24
Filing date: 2010-12-24
Publication date: 2011-08-31

Abstract

本发明公开了一种碳纤维增强树脂基复合材料制作汽车发动机盖的工艺，依次包含如下步骤：模具清理及准备、涂封孔剂、黏贴密封胶带、涂脱模剂、剪裁碳纤维织物与泡沫芯材、铺覆碳纤维织物与泡沫芯材、铺覆辅材、封真空、吸注树脂以及固化、脱模与修边。该制作工艺加工周期短、人力成本要求低、有利于环境保护和人体健康，制得的连续碳纤维增强树脂基复合材料汽车发动机盖相比现有的金属结构汽车发动机盖，在等刚度条件下，重量轻、质量稳定并且表面效果好。

Description

一种碳纤维增强树脂基复合材料制作汽车发动机盖的工艺

技术领域

本发明涉及一种汽车发动机盖的制作工艺，尤其涉及一种碳纤维增强树脂基复合材料制作汽车发动机盖的工艺。

背景技术

汽车工业的快速发展导致了汽车保有量的急剧增加，同时也给社会带来了三大问题：能源匮乏、环境污染、安全问题。汽车节能、环保、安全既是国际汽车技术的发展方向，也是我国汽车产业政策的要求。减少燃料消耗和降低对环境的污染已成为汽车工业发展和社会可持续发展急需解决的关键问题。

汽车实现轻量化，是节省能源的最有效的途径之一，也是国际先进汽车制造商所追求的目标。一般来讲，汽车制造和使用的能耗比为1∶10，汽车轻量化能够使总的能耗大大降低。据资料介绍，汽车自重减轻100公斤，行驶100公里，可节油0.3公斤；自重减轻10％，燃油经济性可提高10％。采用复合材料制造汽车车身壳体及其他相关部件，是使汽车轻量化最有效的途径之一。复合材料在大幅减轻汽车质量，提高燃油经济性的同时也可以导致较小的功率需求、小的驱动引擎和悬挂装置，以及由于动能的减少而降低冲击危险，这种螺旋式的结果将使车身质量进一步减轻，行驶性能进一步提高。

传统的连续纤维复合材料汽车制件通过手糊工艺制备，其加工速度慢、劳动密集型操作、产品质量不稳定、力学性能低下，而且该类工艺会产生大量的VOC排放，对环境和工人健康产生不利影响。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种碳纤维增强树脂基复合材料制作汽车发动机盖的工艺，该制作工艺加工周期短、人力成本要求低、有利于环境保护和人体健康，制得的发动机盖重量轻、质量稳定、表面效果好。

本发明一种碳纤维增强树脂基复合材料制作汽车发动机盖的工艺包括以下步骤：

1、模具清理及准备：用砂纸将汽车发动机盖的模具表面打磨光滑，然后用酒精或丙酮将模具表面擦拭干净；

2、涂封孔剂：待模具表面的酒精或丙酮挥发完全后，在模具表面均匀涂覆封孔剂，然后静置10分钟～30分钟，重复该操作1次～5次；

3、黏贴密封胶带：在模具表面的四周、距离制件边缘至少15厘米处黏贴密封胶带；

4、涂脱模剂：在模具表面、密封胶带内均匀涂覆脱模剂，然后静置10分钟～30分钟，重复该操作3次～8次；

5、剪切增强材料：按照模具表面尺寸剪切碳纤维织物与泡沫芯材，将碳纤维织物在烘箱中烘干，泡沫芯材形状与模具形状相似并将其边缘裁割成锥型；

6、铺覆增强材料：在模具表面以碳纤维织物、泡沫芯材、碳纤维织物的铺层顺序铺覆增强材料；

7、铺覆辅材：在铺好的织物表面依次铺覆脱模布、导流网、第一树脂管和第二树脂管；

8、封真空：用真空袋覆盖整个密封胶带内区域，真空袋周边与密封胶带密封粘结，使密封胶带内区域密封不透气，通过第一树脂管与第二树脂管与外界连通，夹紧第二树脂管使其不透气，通过第一树脂管对密封胶带内区域进行抽真空；

9、吸注树脂：树脂体系经真空烘箱抽真空或超声振荡进行脱泡处理后，通过第二树脂管向密封胶带内区域导入树脂体系；

10、固化、脱模与修边：在树脂体系所需固化工艺下室温或加热固化，固化后冷却到室温，然后进行脱模、修边、打磨，得到发动机盖制件。

碳纤维织物优选用平纹织物、斜纹织物、缎纹织物、单向织物、多轴向经编织物等中的一种或多种，其中多轴向经编织物也称为缝编织物、直接定向结构织物或无屈曲织物。

树脂体系优选不饱和聚酯类树脂体系或者双酚A型、双酚F型环氧树脂和胺类、酸酐类固化剂组成的树脂体系。

泡沫芯材的目的是增加发动机盖制件的刚度，由于发动机盖为曲面，因此泡沫芯材优选可变形的轮廓板，可以是PVC泡沫也可以是PU泡沫。泡沫芯材需裁切为与模具形状相似的形状，泡沫芯材的整体尺寸小于发动机盖制件尺寸，并且泡沫芯材的的边缘离发动机盖制件的边缘为3厘米～8厘米。为防止泡沫芯材边缘因出现纤维架桥而引起富树脂区，将泡沫芯材的边缘加工成锥型以实现泡沫芯材和纤维层的平滑过渡，其锥型角度优选为30°～45°。

步骤7中，优选还铺覆透气毡，所述的透气毡在密封胶带以内碳纤维织物的两侧，并且距离碳纤维织物一定间隔。

第一树脂管优选连通第一导流管，有利于快速均匀地对密封胶带内区域进行抽真空，第二树脂管优选连通第二导流管，有利于快速均匀地向密封胶带内区域吸注树脂体系。

封孔剂采用AXEL S-19C半永久性模具封孔剂；脱模剂采用

700-NC或AXELX-807；脱模布采用尼龙66类材料；导流网、导流管和树脂管采用聚酯类材料；真空袋采用尼龙6类材料；透气毡采用无纺聚酯类材料；

与现有技术相比，本发明的制作工艺加工周期短、人力成本要求低、有利于环境保护和人体健康，制得的连续碳纤维增强树脂基复合材料汽车发动机盖的碳纤维体积含量可达50％以上，等刚度计算后，相比原先的金属结构汽车发动机盖，质量减轻60％以上，并且产品表面质量达到A级。

附图说明

图1是实施例1碳纤维增强树脂基复合材料制作汽车发动机盖的工艺结构示意图；

图2是实施例1中碳纤维增强材料铺层示意图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

图1和图2是实施例1的制作工艺结构示意图。

其中的附图标记为：碳纤维织物1、泡沫芯材2、泡沫芯材的锥型边缘角3、模具4、真空袋5、导流网6、脱模布7、透气毡8、密封胶带9、脱模剂10、封孔剂11、第一树脂管12、第二树脂管13、注胶口14、抽真空口15、第一导流管16、第二导流管17。

实施例1：

本实施例一种碳纤维增强树脂基复合材料制作汽车发动机盖的工艺包括以下步骤，其工艺结构如图1所示：

1、模具清理及准备：模具4的表面尺寸为160×110平方厘米，用1000目砂纸将模具4表面打磨光滑，然后用酒精将模具4表面擦拭干净；

2、涂封孔剂：待模具4表面的酒精挥发完全后，在模具4表面均匀涂覆封孔剂11，然后静置30分钟，重复该操作1次；

3、黏贴密封胶带：在模具4表面的四周、距离制件边缘15厘米处黏贴密封胶带9；

4、涂脱模剂：在模具4表面、密封胶带9内均匀涂覆脱模剂10，然后静置20分钟，重复该操作6次；

5、剪裁增强材料：按照模具4的尺寸剪裁东丽T700-12K碳纤维织物1，该碳纤维织物1为碳纤维斜纹织物，尺寸为150×100平方厘米，共剪裁6块，将剪裁好的碳纤维斜纹织物1在烘箱中100℃烘干30分钟；裁切出与模具4形状相似的泡沫芯材2，该泡沫芯材2是PVC泡沫，表面尺寸为140×90平方厘米，将该泡沫芯材2的边缘裁割成锥型，如图2所示，该锥型角度为30°；

6、铺覆增强材料：在模具4表面铺覆增强材料，如图2所示，铺层顺序从上到下依次为三层碳纤维织物1、泡沫芯材2、三层碳纤维织物1；

7、铺覆辅材：在铺好的碳纤维织物1表面依次铺覆脱模布7、导流网6、第一导流管16和第二导流管17，第一导流管16连通用于抽真空的第一树脂管12，第二导流管17连通用于吸注树脂体系的第二树脂管13，第一树脂管12在抽真空口15处连通真空泵，第二树脂管13在注胶口14处与外界相连；另外，在模具4表面密封胶带9内、碳纤维织物1两侧且距离碳纤维织物1一定间隔处还放置透气毡8；

8、封真空：用真空袋5与密封胶带9密封粘结，使密封胶带9内整个区域密封不透气，通过第一树脂管12的抽真空口15对整个密封区域进行抽真空，同时检查封装系统的密封性，确保无漏气，该过程对碳纤维织物1进行压实，尤其是倒角处；

9、吸注树脂：根据制件尺寸计算树脂体系质量，根据树脂体系组分和质量比配备不饱和聚酯树脂体系，其组分中不饱和聚酯、固化剂、促进剂三者的质量比为100∶1.5∶0.5，配好的树脂体系经真空烘箱抽真空脱泡处理，确保封装系统无漏气后，通过第二树脂管13的注胶口15利用真空袋5内真空负压导入配制的经脱泡处理的树脂体系；

10、固化、脱模与修边：通过树脂体系所需固化工艺在室温固化3小时，为提高生产效率，缩短固化时间，可略微加热；固化后冷却到室温，然后进行脱模、修边、打磨，得到发动机盖制件。

实施例2：

步骤1、2、3、4与实施例1中的步骤1、2、3、4相同；

5、剪裁增强材料：按照模具4尺寸剪裁东丽T700-12K碳纤维织物1，该碳纤维织物1为碳纤维斜纹织物和四轴向经编织物，尺寸为150×100平方厘米，各剪裁2块，将剪裁好的碳纤维斜纹织物1在烘箱中100℃烘干30分钟；裁切出与模具4形状相似的泡沫芯材2，该泡沫芯材2是PVC泡沫，表面尺寸为140×90平方厘米，将该泡沫芯材2的边缘裁割成锥型，该锥型角度为45°；

6、铺覆增强材料：在模具4表面铺覆增强材料，铺层顺序从上到下依次为一层斜纹织物、一层四轴向经编织物、泡沫芯材、一层四轴向经编织物、一层斜纹织物；

步骤7、8与实施例1中的步骤7、8相同；

9、吸注树脂：根据制件尺寸计算树脂体系质量，根据树脂体系组分和质量比配备环氧树脂体系，其组分为双酚A型环氧树脂与固化剂，二者质量比为2∶1，配好的树脂体系经超声振荡脱泡处理，确保封装系统无漏气后，通过第二树脂管13的注胶口15利用真空袋5内真空负压导入配制的经脱泡处理的树脂体系；

10、固化、脱模与修边：通过树脂体系所需固化工艺在40℃固化2小时，然后在80℃固化2小时，固化后冷却到室温，然后进行脱模、修边、打磨，得到发动机盖制件。

Claims

1.一种碳纤维增强树脂基复合材料制作汽车发动机盖的工艺，其特征是：包括以下步骤：

1)模具清理及准备：用砂纸将汽车发动机盖的模具表面打磨光滑，然后用酒精或丙酮将模具表面擦拭干净；

2)涂封孔剂：待模具表面的酒精或丙酮挥发完全后，在模具表面均匀涂覆封孔剂，然后静置10分钟～30分钟，重复该操作1次～5次；

3)黏贴密封胶带：在模具表面的四周、距离制件边缘至少15厘米处黏贴密封胶条；

4)涂脱模剂：在模具表面、密封胶带内均匀涂覆脱模剂，然后静置10分钟～30分钟，重复该操作3次～8次；

5)剪切增强材料：按照模具表面尺寸剪切碳纤维织物与泡沫芯材，将碳纤维织物在烘箱中烘干，泡沫芯材形状与模具形状相似并将其边缘裁割成锥型；

6)铺覆增强材料：在模具表面以碳纤维织物、泡沫芯材、碳纤维织物的铺层顺序铺覆增强材料；

7)铺覆辅材：在铺好的织物表面依次铺覆脱模布、导流网、第一树脂管和第二树脂管；

8)封真空：用真空袋覆盖整个密封胶带内区域，真空袋周边与密封胶带密封粘结，使密封胶带内区域密封不透气，通过第一树脂管与第二树脂管与外界连通，然后夹紧第二树脂管使其不透气，通过第一树脂管对密封胶带内区域进行抽真空；

9)吸注树脂：树脂体系经真空烘箱抽真空或超声振荡进行脱泡处理后，通过第二树脂管向密封胶带内区域导入树脂体系；

10)固化、脱模与修边：利用树脂体系所需固化工艺进行固化，固化后冷却到室温，然后进行脱模、修边、打磨，得到发动机盖制件。

2.根据权利要求1所述的一种碳纤维增强树脂基复合材料制作汽车发动机盖的工艺，其特征是：所述的碳纤维织物为平纹织物、斜纹织物、缎纹织物、单向织物、多轴向经编织物中的一种或几种。

3.根据权利要求1所述的一种碳纤维增强树脂基复合材料制作汽车发动机盖的工艺，其特征是：所述的泡沫芯材是可变形的轮廓板。

4.根据权利要求1所述的一种碳纤维增强树脂基复合材料制作汽车发动机盖的工艺，其特征是：所述的树脂体系是不饱和聚酯类树脂体系或者双酚A型、双酚F型环氧树脂和胺类、酸酐类固化剂组成的树脂体系。

5.根据权利要求1所述的一种碳纤维增强树脂基复合材料制作汽车发动机盖的工艺，其特征是：所述的步骤5中的锥型角度为30°～45°。

6.根据权利要求1所述的一种碳纤维增强树脂基复合材料制作汽车发动机盖的工艺，其特征是：所述的步骤7中还铺覆透气毡，所述的透气毡在密封胶带以内碳纤维织物的两侧，并且距离碳纤维织物一定间隔。

7.根据权利要求1所述的一种碳纤维增强树脂基复合材料制作汽车发动机盖的工艺，其特征是：所述的第一树脂管连通第一导流管，所述的第二树脂管连通第二导流管。