CN103660313B - 碳纤维支架的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种碳纤维支架的制造方法，包括以下步骤：在风管上包覆形成内层和外层；内层、外层和风管形成碳纤维支架粗胚；将该碳纤维支架粗胚放入模具中按预设的成型条件加热固化成型，形成支架粗制品，该模具具有进气口，该进气口与风管连通；将支架粗制品进行结构精加工。本发明的碳纤维支架的制造方法，通过该方法生产制造出的碳纤维支架，它的材质为碳纤维环氧树脂复合材料，因此该碳纤维支架具有以下特性：比强度高、自重轻，利于显示设备的轻盈设计；比模量高、刚度大，抗摔性强；并且耐腐蚀性、耐高温性好，抗疲劳性能好，不易变形，经久耐用。

Description

碳纤维支架的制造方法

技术领域

本发明涉及到支架制造工艺，特别涉及到一种碳纤维支架的制造方法。

背景技术

随着科学技术的发展和市场竞争，显示设备（例如，电视机、电脑显示器等）不断的追求轻质化。但是，目前的显示设备的支架通常为金属、玻璃或塑料等材质，金属材质和玻璃材质的支架通常自重大，使得显示设备整体重量居高不下，搬运麻烦，不符合轻质化设计；而塑料材质的支架相较于金属材质或玻璃材质的支架，虽然自重要更小一些，但是其强度、刚度、耐疲劳和耐腐蚀性等性能较差。

发明内容

本发明的主要目的为提供一种碳纤维支架的制造方法，使得通过该方法可制造出一种自重小而且强度、刚度、耐疲劳和耐腐蚀性等各方面性能都更优的碳纤维支架。

本发明提出一种碳纤维支架的制造方法，包括以下步骤：

将单向碳纤维预浸料按第一预设角度交错排布形成内包覆原料，将所述内包覆原料包覆在风管上，形成内层；将碳纤维平纹布预浸料包覆在所述内层上，形成外层；所述内层、外层和所述风管形成碳纤维支架粗胚，所述风管内置有用于成型碳纤维支架的芯模；

将该碳纤维支架粗胚放入模具中按预设的成型条件加热固化成型，形成支架粗制品，该模具具有进气口，该进气口与风管连通；

将所述支架粗制品进行结构精加工。

优选地，所述将单向碳纤维预浸料按第一预设角度交错排布形成内包覆原料的步骤之前，还包括：

按预设的尺寸、形状裁剪所述单向碳纤维预浸料和碳纤维平纹布预浸料。

优选地，所述第一预设角度为90°，所述内层的交错排布的单向碳纤维原料与所述风管的轴线呈45°。

优选地，所述对所述支架粗制品进行结构精加工的步骤包括：

将所述支架粗制品切割去毛边并打磨表面至光滑；

将支架粗制品进行CNC加工；

对支架粗制品进行补土抛光。

优选地，所述对所述支架粗制品进行结构精加工的步骤之后还包括：

在支架粗制品的上喷涂底漆并晾干。

优选地，所述碳纤维支架粗胚包括分离的第一部分粗胚和第二部分粗胚。

优选地，所述将该碳纤维支架粗胚放入模具中按预设的成型条件加热固化成型，形成支架粗制品的步骤包括：

将所述第一部分粗胚和第二部分粗胚放入所述模具中，按预设的成型条件分别加热固化成型，形成第一部分粗制品和第二部分粗制品；

将所述第一部分粗制品和第二部分粗制品用胶黏剂连接；在所述第一部分粗制品与所述第二部分粗制品的连接处包覆碳纤维平纹布预浸料，并用OPP胶带缠绕绑定该连接处；

将连接后的第一部分粗制品和第二部分粗制品放入烤箱中加热固化成型，形成支架粗制品。

优选地，将连接后的所述第一部分粗制品和第二部分粗制品放入所述烤箱中后，所述烤箱中的温度大小、变化规律与所述预设的成型条件中的温度大小、变化规律完全相同。

优选地，所述将该碳纤维支架粗胚放入模具中按预设的成型条件加热固化成型的步骤具体包括：

对模具升温使模具的温度达到第一预设温度，将所述风管放入模具中并合模，对模具的进气口进行充气，将充气压力调节为第一预设气压，使模具合模后的温度在第一预设时间到达时达到第二预设温度，所述第二预设温度大于第一预设温度；

将充气压力调节到第二预设气压，控制模具在第二预设时间内维持第二预设气压，所述第二预设气压大于所述第一预设气压；

在第二预设时间到达时，将充气压力调节到第三预设气压，并在第三预设时间内对模具进行升温处理，使模具合模后的温度在第三预设时间到达时达到第三预设温度，所述第三预设气压大于所述第二预设气压，所述第三预设温度大于所述第二预设温度；

在第四预设时间内，控制模具合模后的温度维持在第三预设温度和控制充气设备的压力维持第三预设气压；

在第四预设时间到达时，在第五预设时间内对模具进行降温处理和降压处理，使模具合模后的温度在第五预设时间到达时小于第四预设温度，并在第五预设时间到达时停止对模具的进气口充气，所述第四预设温度小于或等于所述第二预设温度；

对模具开模。

优选地，所述第一预设温度为80℃，所述第二预设温度为100℃，所述第三预设温度为140℃，所述第四预设温度为100℃，所述第一预设气压为6Kg，第二预设气压为10Kg，第三预设气压为20Kg，第一预设时间为2min，第二预设时间为2min，第三预设时间为5min，第四预设时间为10min，第五预设时间为8min。

本发明的碳纤维支架的制造方法，通过该制造方法生产制造出的碳纤维支架，它的材质为碳纤维环氧树脂复合材料，因此该碳纤维支架具有以下特性：比强度高、自重轻，利于显示设备的轻盈设计；比模量高、刚度大，抗摔性强；并且耐腐蚀性、耐高温性好，抗疲劳性能好，不易变形，经久耐用。

附图说明

图1是本发明碳纤维支架的制造方法第一实施例的流程图；

图2是本发明碳纤维支架的制造方法第二实施例的流程图。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，图1为本发明碳纤维支架的制造方法第一实施例的流程图。

该实施例提到的碳纤维支架的制造方法，包括：

步骤S10，将单向碳纤维预浸料按第一预设角度交错排布形成内包覆原料，将所述内包覆原料包覆在风管上，形成内层；将碳纤维平纹布预浸料包覆在所述内层上，形成外层；所述内层、外层和所述风管形成碳纤维支架粗胚，所述风管内置有用于成型碳纤维支架的芯模；

芯模的形状与碳纤维支架的图纸形状相同。

步骤S20，将该碳纤维支架粗胚放入模具中按预设的成型条件加热固化成型，形成支架粗制品，该模具具有进气口，该进气口与风管连通；

步骤S30，将所述支架粗制品进行结构精加工。

首先根据支架的力学性能要求设计排布结构，该结构包括包覆在风管上的内层和包覆在内层上的外层。其中，内层为单向碳纤维预浸料按第一预设角度交错排布形成的内包覆原料包覆在风管上形成，内层可以为包覆在风管上的一层内包覆原料形成，也可以由包覆在风管上的多层内包覆原料形成，内包覆原料的层数视具体实际性能要求而定。外层为包覆在内层上的碳纤维平纹布预浸料，外层作为外观面。本实施例中，第一预设角度优选采用90°，且内层的交错排布的单向碳纤维原料与风管的轴线呈45°。当然，本实施例也只是以上述两个角度（90°及45°）为例，第一预设角度还可以为其他大小的角度，内层交错排布的单向碳纤维预浸料与风管轴线的夹角也可以为其他大小的角度。包覆完成后，将风管内的与碳纤维支架形状相同的芯模移除。

风管为强度高且耐高温材质的气袋，模具上设有与风管连通的进气口，通过该进气口可对风管进行充气加压，使得风管内有气压对包覆在风管上的内层和外层作用，使得原料紧贴模具固化成型。通过使用风管，使得碳纤维支架为中空的支架，可以节省原料的使用。

本实施例中，单向碳纤维预浸料是指浸泡在热固性环氧树脂中单向碳纤维，该单向碳纤维预浸料通常在-18℃的冷库中保存。碳纤维平纹布预浸料也是指浸泡在热固性环氧树脂中的碳纤维平纹布。当然，本实施例只是以热固性环氧树脂为例，热固性环氧树脂还可以用其他的热固性树脂替换。

具体的，通过本实施例的碳纤维支架的制造方法生产出的碳纤维支架，通过以下测试：

测试1、安装于显示设备上，并将显示设备放置在高温60℃环境中储存96小时，显示设备整机无前倾或后仰，即碳纤维支架无变形。

普通的塑料或玻璃材质的支架在60℃高温下，尤其是承载了显示设备的重力情况下，容易变形。通过测试1，体现出碳纤维支架的耐高温和抗疲劳性优异。

测试2、盐雾测试：将碳纤维支架浸泡于乙酸盐雾（PH3.1～3.3，加适量冰乙酸配制）中，温度35±0.2℃，时间48小时，碳纤维支架表面防护无腐蚀、脱落、裂纹、氧化变色灯现象。

金属支架的遇酸性物质极易腐蚀，通过测试2体现出碳纤维支架的耐腐蚀性非常优异。

通过本实施例的碳纤维支架的制造方法生产制造出的碳纤维支架，它的材质为碳纤维环氧树脂复合材料，因此该碳纤维支架具有环氧树脂复合材料的特性：比强度高、自重轻，利于显示设备的轻盈设计；比模量高、刚度大，抗摔性强；并且耐腐蚀性、耐高温性好，抗疲劳性能好，不易变形，经久耐用。

进一步地，在步骤S10之前，还包括：

步骤S40，按预设的尺寸、形状裁剪所述单向碳纤维预浸料和碳纤维平纹布预浸料。

按预设的尺寸、形状裁剪原料，使得固化成型后的碳纤维支架达到预设的规格尺寸要求。由于固化成型后得到的是支架粗制品，还需要进行精加工，所以预设的尺寸可以适当比理论的规格尺寸大一点，以保证碳纤维支架固化成型的原料足够。

具体的，对支架粗制品进行结构精加工包括：

将所述支架粗制品切割去毛边，并打磨（采用砂纸）支架粗制品表面至光滑；

在将支架粗制品进行CNC（数控车床）加工，根据具体的需求在支架上加工出螺钉孔、安装孔等；

对支架粗制品进行补土抛光，通过用透明腻子填补支架粗制品表面的孔洞，打磨抛光使支架粗制品不留孔洞。

在结构精加工后，在支架粗制品上喷涂上底漆并晾干，即形成碳纤维支架成品。

进一步地，参照图2，在步骤S20中，将该碳纤维支架粗胚放入模具中按预设的成型条件固化成型具体包括：

步骤S21，对模具升温使模具的温度达到第一预设温度，将所述碳纤维支架粗胚放入模具中并合模，对模具的进气口进行充气，将充气压力调节为第一预设气压，使模具合模后的温度在第一预设时间到达时达到第二预设温度，所述第二预设温度大于第一预设温度；

步骤S22，将充气压力调节到第二预设气压，控制模具在第二预设时间内维持第二预设气压，所述第二预设气压大于所述第一预设气压；

步骤S23，在第二预设时间到达时，将充气压力调节到第三预设气压，并在第三预设时间内对模具进行升温处理，使模具合模后的温度在第三预设时间到达时达到第三预设温度，所述第三预设气压大于所述第二预设气压，所述第三预设温度大于所述第二预设温度；

步骤S24，在第四预设时间内，控制模具合模后的温度维持在第三预设温度和控制充气设备的压力维持第三预设气压；

步骤S25，在第四预设时间到达时，在第五预设时间内对模具进行降温处理和降压处理，使模具合模后的温度在第五预设时间到达时小于第四预设温度，并在第五预设时间到达时停止对模具的进气口充气，所述第四预设温度小于或等于所述第二预设温度；

步骤S26，对模具开模。模具开模得到支架粗制品。

具体的，所述第一预设时间、所述第二预设时间、所述第三预设时间、所述第四预设时间和所述第五预设时间可以全部相同，也可以部分相同，还可以全部不相同。本实施例中，所述第一预设温度为80℃，所述第二预设温度为100℃，所述第三预设温度为140℃，所述第四预设温度为100℃，所述第一预设气压为6Kg，第二预设气压为10Kg，第三预设气压为20Kg，第一预设时间为2min，第二预设时间为2min，第三预设时间为5min，第四预设时间为10min，第五预设时间为8min。可以理解，本实施例中，只是以上述具体数值为例，并不用以限定上述参数（包括时间参数、温度参数和气压参数）的范围，上述参数还可为其他数值。

由于有一些支架的形状结构比较复杂，不能做到一次成型，可以采用将碳纤维支架分为两部分分别单独成型后再连接起来。即碳纤维支架粗胚包括分离的第一部分粗胚和第二部分粗胚。

则将碳纤维支架粗胚放入模具中按预设的成型条件加热固化成型，形成支架粗制品的步骤包括：

首先，将第一部分粗胚和第二部分粗胚放入所述模具中，按预设的成型条件分别加热固化成型，形成第一部分粗制品和第二部分粗制品。

然后，将第一部分粗制品和第二部分粗制品用胶黏剂连接；在所述第一部分粗制品与所述第二部分粗制品的连接处包覆碳纤维平纹布预浸料，并用OPP（定向聚丙烯）胶带缠绕绑定该连接处。第一部分粗制品根据碳纤维支架的图纸上的结构连接在第二部分粗制品的相应位置。

最后，将连接后的第一部分粗制品和第二部分粗制品放入烤箱中加热固化成型，形成支架粗制品。将连接后的所述第一部分粗制品和第二部分粗制品放入所述烤箱中后，烤箱中的温度大小、变化规律与上述预设的成型条件中的温度大小、变化规律完全相同，即与步骤S20中的温度大小和温度变化规律相同。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (9)

1.一种碳纤维支架的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：

将单向碳纤维预浸料按第一预设角度交错排布形成内包覆原料，将所述内包覆原料包覆在风管上，形成内层；将碳纤维平纹布预浸料包覆在所述内层上，形成外层；所述内层、外层和所述风管形成碳纤维支架粗胚，所述风管内置有用于成型碳纤维支架的芯模；

将该碳纤维支架粗胚放入模具中按预设的成型条件加热固化成型，形成支架粗制品，该模具具有进气口，该进气口与风管连通，所述将该碳纤维支架粗胚放入模具中按预设的成型条件加热固化成型的步骤具体包括对模具升温使模具的温度达到第一预设温度，将该碳纤维支架粗胚放入模具中并合模，对模具的进气口进行充气，将充气压力调节为第一预设气压，使模具合模后的温度在第一预设时间到达时达到第二预设温度，所述第二预设温度大于第一预设温度；将充气压力调节到第二预设气压，控制模具在第二预设时间内维持第二预设气压，所述第二预设气压大于所述第一预设气压；在第二预设时间到达时，将充气压力调节到第三预设气压，并在第三预设时间内对模具进行升温处理，使模具合模后的温度在第三预设时间到达时达到第三预设温度，所述第三预设气压大于所述第二预设气压，所述第三预设温度大于所述第二预设温度；在第四预设时间内，控制模具合模后的温度维持在第三预设温度和控制充气设备的压力维持第三预设气压；在第四预设时间到达时，在第五预设时间内对模具进行降温处理和降压处理，使模具合模后的温度在第五预设时间到达时小于第四预设温度，并在第五预设时间到达时停止对模具的进气口充气，所述第四预设温度小于或等于所述第二预设温度；对模具开模；

将所述支架粗制品进行结构精加工。

2.根据权利要求1所述的碳纤维支架的制造方法，其特征在于，所述第一预设温度为80℃，所述第二预设温度为100℃，所述第三预设温度为140℃，所述第四预设温度为100℃，所述第一预设气压为6Kg，第二预设气压为10Kg，第三预设气压为20Kg，第一预设时间为2min，第二预设时间为2min，第三预设时间为5min，第四预设时间为10min，第五预设时间为8min。

3.根据权利要求1所述的碳纤维支架的制造方法，其特征在于，所述将单向碳纤维预浸料按第一预设角度交错排布形成内包覆原料的步骤之前，还包括：

按预设的尺寸、形状裁剪所述单向碳纤维预浸料和碳纤维平纹布预浸料。

4.根据权利要求1所述的碳纤维支架的制造方法，其特征在于，所述第一预设角度为90°，所述内层的交错排布的单向碳纤维原料与所述风管的轴线呈45°。

5.根据权利要求1所述的碳纤维支架的制造方法，其特征在于，所述对所述支架粗制品进行结构精加工的步骤包括：

将所述支架粗制品切割去毛边并打磨表面至光滑；

将支架粗制品进行CNC加工；

对支架粗制品进行补土抛光。

6.根据权利要求1所述的碳纤维支架的制造方法，其特征在于，所述对所述支架粗制品进行结构精加工的步骤之后还包括：

在支架粗制品的上喷涂底漆并晾干。

7.根据权利要求1所述的碳纤维支架的制造方法，其特征在于，所述碳纤维支架粗胚包括分离的第一部分粗胚和第二部分粗胚。

8.根据权利要求7所述的碳纤维支架的制造方法，其特征在于，所述将该碳纤维支架粗胚放入模具中按预设的成型条件加热固化成型，形成支架粗制品的步骤包括：

将所述第一部分粗胚和第二部分粗胚放入所述模具中，按预设的成型条件分别加热固化成型，形成第一部分粗制品和第二部分粗制品；

将所述第一部分粗制品和第二部分粗制品用胶黏剂连接；在所述第一部分粗制品与所述第二部分粗制品的连接处包覆碳纤维平纹布预浸料，并用OPP胶带缠绕绑定该连接处；

将连接后的第一部分粗制品和第二部分粗制品放入烤箱中加热固化成型，形成支架粗制品。

9.根据权利要求8所述的碳纤维支架的制造方法，其特征在于，将连接后的所述第一部分粗制品和第二部分粗制品放入所述烤箱中后，所述烤箱中的温度大小、变化规律与所述预设的成型条件中的温度大小、变化规律完全相同。