CN103753830A - 碳纤维复合材料环形拉杆的成型工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种碳纤维复合材料环形拉杆的成型工艺，属于复合材料的成型工艺领域。本发明采用碳纤维预浸带进行缠带、模压、固化，制成碳纤维复合材料环形拉杆。本发明提供的成型工艺能严格控制产品的树脂含量、降低孔隙率，制件尺寸稳定性好，承载能力强，耐低温性能好，能在-55℃的环境下长期使用。本工艺发明使用T700级碳纤维环氧树脂基预浸料，其热膨胀系数是玻璃纤维复合材料的0.046~0.10倍，由该材料制作的环形拉杆，具有较高承载能力和尺寸稳定性。

Description

碳纤维复合材料环形拉杆的成型工艺
  
技术领域
    本发明属于复合材料的成型工艺领域，具体涉及一种碳纤维复合材料环形拉杆的成型工艺。 
背景技术
目前市场上的承重拉杆，通常以金属为原材料。国内金属材料技术积累丰富，制造工艺成熟，产品性能优异，因此被广泛应用于各个行业。但是，对于那些低温承重环境，金属材料往往不能承担此重任。因此，人们就将目光投向复合材料。 
为满足在低温下吊装重物的需求，目前市面上主流产品是用玻纤湿法缠绕成型工艺：将玻璃纤维集束浸胶后，在张力控制下直接缠绕在芯模上。但此法仍有许多缺点：制品的树脂含量不容易控制，孔隙率较高，作业环境差，树脂溶剂易挥发产生危害性气体，在成型后制件表面质量差，后期加工处理复杂。 
发明内容
为解决上述问题，本发明提供一种碳纤维复合材料环形拉杆的成型工艺，具有树脂含量可控、孔隙率低、作业环境好、尺寸稳定性好、表面质量好、承载能力强、耐低温性好、无需后期加工的优点。 
此成型工艺采用如下技术方案： 
    一种碳纤维复合材料环形拉杆的成型工艺，其特征在于包括以下步骤：
a. 制备单向碳纤维预浸带；
b. 在芯模表面涂抹脱模剂；
c. 缠绕：将步骤a中所述预浸带沿步骤b中所述的芯模进行环向缠绕，缠绕过程中进行压实操作；
d. 封装：将步骤c中缠绕到指定厚度的制件毛坯用模具进行封装；
e. 固化：对步骤d中封装好的制件毛坯进行固化处理；
f. 脱模：经过步骤e固化处理后，进行脱模处理，即得所述的碳纤维复合材料环形拉杆。
    优选地，步骤b中所述脱模剂为油酸、石蜡、硬脂酸、硅脂脱模剂、有机硅油脱模剂、硬脂酸锌、硅脂、硅橡胶中的一种或者多种的组合。 
    优选地，步骤c中所述压实操作包括以下内容：在用预浸带沿芯模缠绕时，每缠绕2-3mm则进行一次压实操作。 
    优选地，所述压实操作为通过真空袋密封抽真空压实操作。 
    优选地，步骤d中所述模具为不溢式模具。 
优选地，步骤e中所述固化包括以下内容：通过对模具进行加温加压达到对制件毛坯进行固化处理的目的，所述的固化温度为120℃~135℃，压力为0.6~1.5Mpa。 
本发明提供一种根据上述成型工艺制备而成的碳纤维复合材料环形拉杆。 
本发明效益如下： 
1. 传统工艺中环形拉杆的制备采用湿法缠绕成型，存在以下缺点：树脂浪费大、操作环境差、含胶量及成品质量不易控制、可供湿法缠绕的高性能树脂品种较少、在成型后需要后期加工处理。而本发明采用预浸带进行缠带、压实、模压、固化而成，此法可以对树脂含量进行严格控制，没有树脂溶剂挥发造成的危害性气体，成型后制件外观平整、光滑，无需后期加工。
2. 传统工艺中用湿法缠绕成型采用玻璃纤维增强材料，而本发明提供一种以碳纤维为增强材料的环氧树脂预浸料为原材料，采用缠带模压固化而成。碳纤维在低温下有很好的尺寸稳定性，选取耐低温环氧树脂基预浸料，制备出的环形拉杆具有很好的耐低温性，能在-55℃的环境下长期使用。 
3. 环形拉杆作为承重拉杆，其工作状态主要是考验其拉伸性能，而影响拉伸性能的主要因数是拉杆的孔隙率和纤维体积含量。传统的湿法缠绕成型工艺不能对此进行有效的控制，导致承重能力差；而本发明提供的成型工艺采用预浸带作为原材料，制作过程中可以对纤维含量、树脂分布均匀度进行严格控制，制得的环形拉杆孔隙率低、承载能力强。 
4. 本发明提供的成型工艺中，预浸带在沿芯模缠绕时增加抽真空压实操作，可以有效的减少层间空气量，降低孔隙率，提高产品质量稳定性；而传统操作中，一般采用碾压轮或刮板进行手工压实，产品的质量受到操作工技能水平的影响，容易造成不同批次间存在较大差异。 
5. 本发明提供的成型工艺中，采用碳纤维复合材料的热膨胀系数为0.12×10-6~0.7×10-6，而玻璃纤维复合材料的热膨胀系数为2.7×10-6~7.4×10-6，膨胀系数越低其尺寸稳定性越好。 
6. 本发明提供的环形拉杆成型工艺，缠绕时采用预浸带为材料进行缠绕成型，可以脱离缠绕设备的限制，减少设备投资成本。 
7. 本发明提供的环形拉杆成型工艺，采用模具为不溢式模具，通过对模具进行加温加压达到对制件毛坯进行固化处理的目的，成型后制件外观平整、光滑，仅需去除飞边，无需复杂的后期加工。 
附图说明
图1为阴模、阳模组合封装示意图，其中1表示阴模；2表示阳模；3表示芯模；4表示缠绕在芯模上的预浸带； 
图2为碳纤维复合材料环形拉杆成品示意图，其中5表示碳纤维复合材料环形拉杆成品。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。 
实施例
一种碳纤维复合材料环形拉杆，通过以下步骤制得： 
a. 制备单向碳纤维预浸带，按照实际需要对单向预浸带进行分切
预浸带宽度由环形拉杆的尺寸和压缩量确定，一般压缩量要控制在12%-20%之间，以15mm宽的环形拉杆为例，采用含胶量为35%的预浸带，其宽度应控制在17~18.5mm之间。预浸带的长度根据预浸料的单层压厚、环形拉杆厚度、体积等相关参数计算。
   b. 在芯模表面涂抹脱模剂，可选脱模剂为：油酸、石蜡、硬脂酸、硅脂脱模剂、有机硅油脱模剂、硬脂酸锌、硅脂、硅橡胶。 
    c. 缠绕：将制备好的预浸带沿芯模进行环向缠绕、每缠绕2-3mm左右进行一次抽真空压实。 
    d. 封装：缠绕达到设计层数时，用不溢式模具进行封装，所用模具是根据产品的外形尺寸要求自行设计，本实施例中采用图1所示的模具，预浸带4缠绕在芯模3上，先用阴模2组合封装后，再用配合的阳模1进行组合封装。 
    e. 固化：对封装好的模具进行加温、加压、固化处理。固化温度和压力根据选取的预浸带成型工艺确定，例如选用我公司生产的E202-2系列中温环氧树脂预浸料，采用的固化温度为120~130℃，压力为0.6~1.5Mpa。 
f. 脱模：经过固化成型后，进行脱模处理，即得所述的碳纤维复合材料环形拉杆，去除飞边后，即得成品5（如图2所示）。 
由上面步骤制得的碳纤维环形拉杆，外观平整、光滑、孔隙率低、承载能力强，尺寸稳定性好，耐低温性能好。使用T700级碳纤维环氧树脂预浸料制作110×555mm规格的环形拉杆（如图2所示），其截面尺寸为10×15mm，能承载300KN，与其它材料相比能大幅度提高产品的承载能力；一般玻璃纤维根据型号不同其热膨胀系数在2.7×10-6~7.4×10-6之间，碳纤维复合材料的热膨胀系数在0.12×10-6~0.7×10-6之间，膨胀系数是玻璃纤维的0.046~0.1倍，采用碳纤维复合材料具有较好的尺寸稳定性；选用耐低温环氧树脂预浸料制作的产品能在-55℃的环境下长期使用。 

Claims (7)

1. 一种碳纤维复合材料环形拉杆的成型工艺，其特征在于包括以下步骤：
a. 制备单向碳纤维预浸带；
b. 在芯模表面涂抹脱模剂；
c. 缠绕：将步骤a中所述的预浸带沿步骤b中所述的芯模进行环向缠绕，缠绕过程中进行压实操作；
d. 封装：将步骤c中缠绕到指定厚度的制件毛坯用模具进行封装；
e. 固化：对步骤d中封装好的制件毛坯进行固化处理；
f. 脱模：经过步骤e固化处理后，进行脱模处理，即得所述的碳纤维复合材料环形拉杆。
2. 根据权利要求1所述碳纤维复合材料环形拉杆的成型工艺，其特征在于步骤b中所述脱模剂为油酸、石蜡、硬脂酸、硅脂脱模剂、有机硅油脱模剂、硬脂酸锌、硅脂、硅橡胶中的一种或者多种的组合。
3. 根据权利要求1所述碳纤维复合材料环形拉杆的成型工艺，其特征在于步骤c中所述压实操作包括以下内容：在用预浸带沿芯模缠绕时，每缠绕2-3mm则进行一次压实操作。
4. 根据权利要求3所述碳纤维复合材料环形拉杆的成型工艺，其特征在于所述压实操作为通过真空袋抽真空压实的操作。
5. 根据权利要求1所述碳纤维复合材料环形拉杆的成型工艺，其特征在于步骤d中所述的模具为不溢式模具。
6. 根据权利要求1所述碳纤维复合材料环形拉杆的成型工艺，其特征在于步骤e中所述的固化包括以下内容：通过对模具加温加压达到对制件毛坯进行固化处理的目的，所述固化温度为120℃~135℃，压力为0.6~1.5Mpa。
7. 一种根据权利要求1-6任意一项项所述成型工艺制备而成的碳纤维复合材料环形拉杆。
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