CN104626607B - 一种轻型碳纤维车厢的整体成型工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种轻型碳纤维车厢的整体成型工艺，包括如下步骤：（1）模具的组合装配，（2）工艺铺层，（3）导流网、螺旋管的布设，（4）模具的密封，（5）导流工序。本发明采用碳纤维布和芳纶纤维布两种材料，通过混合铺层，不仅提高了车厢箱体的强度、刚度，同时具备良好的韧性，提高了抗冲击的性能，实现了功能性的互补；另外芯材轻木比重小、强度优异，进一步实现了箱体的轻量化；采了高强、低温固化的环氧树脂，缩短了成型时间，简化了工艺流程，改善了作业环境。
Description
技术领域
本发明涉及一种车厢成型工艺，具体涉及一种轻型碳纤维车厢的整体成型工艺。
背景技术
目前轻型复合材料车厢的整体成型工艺主要有热压罐成型、RTM、手糊工艺等。
1、热压罐工艺：通过制备预浸料、下料裁剪、铺叠、固化成型得到成品,主要用于航空、航天等高端产品上。
2、RTM成型：通过制备预成形体、装模、导入树脂、固化成型等得到成品，主要用于航空、航天、汽车与建筑行业中。
3、手糊成型：手工将增强纤维、树脂逐层涂敷在模具表面，直至达到所需的厚度（同时可以预埋骨架），然后固化成型、脱模得到所需制件。该工艺方法是目前最基本、应用最广泛的一种工艺方法。
对于长、宽、高尺寸较大的垂直壁厢体（模具尺寸5m×3.2m×2.3 m）的整体成型，上述工艺方法的缺陷主要有如下几点：
1、热压罐工艺受限于设备尺寸，能够满足中型厢体（4米）整体成型的热压罐体型大、运行能耗大、使用成本非常高；此外该工艺对模具的强度、刚度要求也非常高（通常为钢模），工艺过程复杂。一般该工艺主要应用航空、航天领域，对于地面机动装备其成本均难以承受；
2、RTM工艺受限于模具，一般需要对模（硬模和软模的组合），工艺过程较为复杂，成型件的树脂含量较高，重量较重；此外该工艺对模具的材质和密封性能要求高、成本也较大；
3、手糊工艺主要受限于产品质量的稳定性，制作出的成品存在纤维层间空隙率大、树脂含量高、表面不均匀等问题；此外该工艺方法作业环境较差，存在安全生产隐患。
目前采用上述工艺所制得的轻型碳纤维车厢综合性能欠佳。
发明内容
本发明克服了现有技术中的不足，在于提供一种综合性能好、重量轻、成本低的轻型碳纤维车厢的整体成型工艺。
本发明的具体技术方案如下：
一种轻型碳纤维车厢的整体成型工艺，包括如下步骤：
（1）模具的组合装配
所述模具包括底模、四个侧模，底模和四个侧模可拆卸的围成一个顶部开口的矩形空腔，依次将底模和四个侧模放好后锁定模具，模具角落交接处采用密封胶带密封；
（2）工艺铺层
先在模具的侧模的内侧壁上依次铺设表面毡、±45°碳纤维布、0/90°碳纤维布、±45°芳纶纤维布、0/90°芳纶纤维布、轻木、±45°芳纶纤维布、0/90°碳纤维布、脱模布、隔离膜，并在轻木上预留埋铁；
模具的侧模铺完后，将底模的表面清洁打蜡，自下而上依次铺设表面毡、±45°碳纤维布、0/90°碳纤维布、±45°芳纶纤维布、0/90°芳纶纤维布、轻木、±45°芳纶纤维布、0/90°碳纤维布、脱模布、隔离膜；
（3）导流网、螺旋管的布设
在侧模和底模的隔离膜上均铺设一层导流网，侧模上铺设导流网时，用密封胶带将导流网固定在模壁上；在导流网上铺设螺旋管，底模和各个侧模上均分别铺设3条平行的螺旋管，每个螺旋管上用脱模布包裹好作为内进胶管，然后在侧模内侧的四周铺设内抽气管；
（4）模具的密封
用真空袋从模具开口处将模具内侧及开口处整个包裹起来，内抽气管通过管道与真空泵相连，对连接处进行密封；然后进行抽真空，接着将内进胶管通过管道与树脂桶连接开始导流树脂胶；
（5）导流工序
通过内进胶管先将树脂胶导流至底模，底模先导流中间，再导流两侧，导流完后导流侧模；当底模中间内进胶管中的树脂胶要浸没到两侧内进胶管脱模布的边缘时，关闭中间内进胶管口，导流两侧内进胶管，当底模浸透完全时，关闭底模上的所有内进胶管口；侧模的内进胶管要从下、中、上依次导流，当树脂胶浸透整个侧模时，停止导流；然后于50℃下固化4-6小时，接着于80℃下固化8-12小时，冷却，脱模，得到轻型碳纤维厢体。
步骤（1）中，所述底模和其中一个侧模固定连接形成定模，其余三个侧模为动模；当三块动模打开后，则产品可从模具中脱离。
在模具的四个侧模内壁上依次铺设表面毡、、±45°碳纤维布、0/90°碳纤维布、±45°芳纶纤维布、0/90°芳纶纤维布、轻木、±45°芳纶纤维布、0/90°碳纤维布时，侧模四周下边缘每层都要错位搭接5cm，门和孔口处铺到模具台阶上3cm。
步骤（4）中， 抽真空到-0.090 MPa、5min压力下降不超过10%时，开始导流树脂胶。
所述树脂胶可以采用本领域内常用的树脂胶，优选的所述树脂胶由上海派信复合材料有限公司的NiroCell ML3564与上海派信复合材料有限公司的NiroCell ML 3962按质量比为4:1组成。采了上述高强、低温固化的环氧树脂，缩短了成型时间，简化了工艺流程，改善了作业环境。
本发明和现有技术相比具有如下优点：
（1）采用碳纤维布和芳纶纤维布两种材料，通过混合铺层，不仅提高了车厢箱体的强度、刚度，同时具备良好的韧性，提高了抗冲击的性能，实现了功能性的互补；另外芯材轻木比重小、强度优异，进一步实现了箱体的轻量化；
（2）采用多轴向（0/90°和±45°）铺层设计进一步避免了双轴向纤维铺层设计在力学性能上的不足，同时纤维更加紧实以及层状结构给树脂胶的浸透提供了良好的流动路径，提高了纤维的含量；
（3）采用多种手段（采用密封胶带密封，外边缘接缝处、连接处密封，真空袋密封）提高模具密封性能，使得树脂在大模具中能够快速均匀的分散；
（4）合理的导流网、螺旋管布设和导流工序避免了舱体四周和底部结合处的空隙，使得树脂胶在模具的侧模上自下而上逐层浸透，管口两端的缓冲区域使得胶水从纤维增强层的纵向逐级浸透，这样可以避免铺层中形成短路，防止产生“干斑”或未浸透的现象，降低了材料层中的空隙率，进一步保障了舱体的整体刚强度。
具体实施方式
以下结合实施例进一步说明本发明。
实施例中使用的树脂胶由上海派信复合材料有限公司的NiroCell ML3564与上海派信复合材料有限公司的NiroCell ML 3962按质量比为4:1组成。
实施例1
一种轻型碳纤维车厢的整体成型工艺，包括如下步骤：
（1）模具的组合装配
所述模具包括底模、四个侧模，底模和四个侧模可拆卸的围成一个顶部开口的矩形空腔，依次将底模和四个侧模放好后锁定模具，模具角落交接处采用密封胶带密封；
（2）工艺铺层
先在模具的侧模的内侧壁上依次铺设表面毡、±45°碳纤维布、0/90°碳纤维布、±45°芳纶纤维布、0/90°芳纶纤维布、轻木、±45°芳纶纤维布、0/90°碳纤维布、脱模布、隔离膜，并在轻木上预留埋铁；
模具的侧模铺完后，将底模的表面清洁打蜡，自下而上依次铺设表面毡、±45°碳纤维布、0/90°碳纤维布、±45°芳纶纤维布、0/90°芳纶纤维布、轻木、±45°芳纶纤维布、0/90°碳纤维布、脱模布、隔离膜；
（3）导流网、螺旋管的布设
在侧模和底模的隔离膜上均铺设一层导流网，侧模上铺设导流网时，用密封胶带将导流网固定在模壁上；在导流网上铺设螺旋管，底模和各个侧模上均分别铺设3条平行的螺旋管，每个螺旋管上喷3M喷胶并用脱模布包裹好作为内进胶管，然后在侧模内侧的四周铺设内抽气管，并用3M喷胶固定；
（4）模具的密封
用真空袋从模具开口处将模具内侧及开口处整个包裹起来，内抽气管通过管道与真空泵相连，对连接处进行密封；然后进行抽真空，抽真空到-0.090 MPa、5min压力下降不超过10%时，采用内进胶管开始导流树脂胶；
（5）导流工序
通过内进胶管先将树脂胶导流至底模，底模先导流中间，再导流两侧，导流完后导流侧模；当底模中间内进胶管中的树脂胶要浸没到两侧内进胶管脱模布的边缘时，关闭中间内进胶管口，导流两侧内进胶管，当底模浸透完全时，关闭底模上的所有内进胶管口；侧模的内进胶管要从下、中、上依次导流，当树脂胶浸透整个侧模时，停止导流；然后于50℃下固化4-6小时，接着于80℃下固化8-12小时，冷却，脱模，得到轻型碳纤维厢体。
步骤（1）中，所述底模和其中一个侧模固定连接形成定模，其余三个侧模为动模。
在模具的四个侧模内壁上依次铺设表面毡、±45°碳纤维布、0/90°碳纤维布、±45°芳纶纤维布、0/90°芳纶纤维布、轻木、±45°芳纶纤维布、0/90°碳纤维布时，侧模四周下边缘每层都要错位搭接5cm，门和孔口处铺到模具台阶上3cm。
Claims (5)
1.一种轻型碳纤维车厢的整体成型工艺，其特征在于包括如下步骤：
（1）模具的组合装配
所述模具包括底模、四个侧模，底模和四个侧模可拆卸的围成一个顶部开口的矩形空腔，依次将底模和四个侧模放好后锁定模具，模具角落交接处采用密封胶带密封；
（2）工艺铺层
先在模具的侧模的内侧壁上依次铺设表面毡、±45°碳纤维布、0/90°碳纤维布、±45°芳纶纤维布、0/90°芳纶纤维布、轻木、±45°芳纶纤维布、0/90°碳纤维布、脱模布、隔离膜，并在轻木上预留埋铁；
模具的侧模铺完后，将底模的表面清洁打蜡，自下而上依次铺设表面毡、±45°碳纤维布、0/90°碳纤维布、±45°芳纶纤维布、0/90°芳纶纤维布、轻木、±45°芳纶纤维布、0/90°碳纤维布、脱模布、隔离膜；
（3）导流网、螺旋管的布设
在侧模和底模的隔离膜上均铺设一层导流网，侧模上铺设导流网时，用密封胶带将导流网固定在模壁上；在导流网上铺设螺旋管，底模和各个侧模上均分别铺设3条平行的螺旋管，每个螺旋管上用脱模布包裹好作为内进胶管，然后在侧模内侧的四周铺设内抽气管；
（4）模具的密封
用真空袋从模具开口处将模具内侧及开口处整个包裹起来，内抽气管通过管道与真空泵相连，对连接处进行密封；然后进行抽真空，接着采用内进胶管开始导流树脂胶；
（5）导流工序
通过内进胶管先将树脂胶导流至底模，底模先导流中间，再导流两侧，导流完后导流侧模；当底模中间内进胶管中的树脂胶要浸没到两侧内进胶管脱模布的边缘时，关闭中间内进胶管口，导流两侧内进胶管，当底模浸透完全时，关闭底模上的所有内进胶管口；侧模的内进胶管要从下、中、上依次导流，当树脂胶浸透整个侧模时，停止导流；然后于50℃下固化4-6小时，接着于80℃下固化8-12小时，冷却，脱模，得到轻型碳纤维厢体。
2.根据权利要求书1所述的整体成型工艺，其特征在于步骤（1）中，所述底模和其中一个侧模固定连接形成定模，其余三个侧模为动模。
3.根据权利要求书1或2所述的整体成型工艺，其特征在于先在模具的四个侧模内壁上依次铺设表面毡、±45°碳纤维布、0/90°碳纤维布、±45°芳纶纤维布、0/90°芳纶纤维布、轻木、±45°芳纶纤维布、0/90°碳纤维布时，侧模四周下边缘每层都要错位搭接5cm，门和孔口处铺到模具台阶上3cm。
4.根据权利要求书1或2所述的整体成型工艺，其特征在于在步骤（4）中， 抽真空到-0.090 MPa、5min压力下降不超过10%时，开始导流树脂胶。
5.根据权利要求书1或2所述的整体成型工艺，其特征在于所述树脂胶由上海派信复合材料有限公司的NiroCell ML3564与上海派信复合材料有限公司的NiroCell ML 3962按质量比为4:1组成。
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