CN107498895A - 一种具有标识的纤维增强树脂基复合材料部件及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种具有标识的碳纤维复合材料部件及其制备方法，所述的具有标识的碳纤维复合材料部件包括按顺序排列并且互相粘合的碳纤维复合材料基底、信息层和保护层，所述的信息层是携带了信息编码的薄片，所述的保护层是玻璃纤维增强透明环氧树脂基复合材料。本发明的部件的优点在于：碳纤维复合材料制品中具有信息层标识，可以快速查看、识别部件的所有相关信息，更加方便、快捷、有效。本发明的方法的优点在于：制作方法简单、成本低、成品率高，与传统的制作标识的方法相比，省去了部件固化成型后的机械加工、刻蚀、涂装工序，部件无需二次加工，省时省力。

Description

一种具有标识的纤维增强树脂基复合材料部件及其制造方法
技术领域
本发明涉及工业控制技术领域，具体地涉及一种具有标识的纤维增强树脂基复合材料部件及其制造方法。
背景技术
1.碳纤维材料及碳纤维轮毂
碳纤维是含碳量高于90％的无机高分子纤维。其中含碳量高于99％的称石墨纤维。碳纤维的微观结构类似人造石墨，是乱层石墨结构。碳纤维各层面间的间距约为3.39到3.42A，各平行层面间的各个碳原子，排列不如石墨那样规整，层与层之间借范德华力连接在一起。碳纤维是一种的力学性能优异的新材料。碳纤维拉伸强度约为2到7GPa，拉伸模量约为200到700GPa。密度约为1.5到2.0克每立方厘米，这除与原丝结构有关外，主要决定于炭化处理的温度。一般经过高温3000℃石墨化处理，密度可达2.0克每立方厘米。
碳纤维材料具有很低的密度，其密度比铝还要轻，不到钢的1/4，比强度是铁的20倍。碳纤维的热膨胀系数与其它纤维不同，它有各向异性的特点。碳纤维的比热容一般为7.12。热导率随温度升高而下降平行于纤维方向是负值(0.72到0.90)，而垂直于纤维方向是正值(32到22)。碳纤维的比电阻与纤维的类型有关，在25℃时，高模量为775，高强度碳纤维为每厘米1500。这使得碳纤维在所有高性能纤维中具有最高的比强度和比模量。同钛、钢、铝等金属材料相比，碳纤维在物理性能上具有强度大、模量高、密度低、线膨胀系数小等特点，可以称为新材料之王。碳纤维除了具有一般碳素材料的特性外，其外形有显着的各向异性柔软，可加工成各种织物，又由于比重小，沿纤维轴方向表现出很高的强度，碳纤维增强环氧树脂复合材料，其比强度、比模量综合指标，在现有结构材料中是最高的。
碳纤维材料通过树脂粘合成型之后，具有机械强度高，密度低等优秀特性，常用于自行车车身、汽车车身、汽车轮毂等场合。当其用于制造碳纤维轮毂时，与铝合金轮毂相比，可以降低轮毂重量30％以上，具有广阔的减重前景。
2.产品表面标识
为了跟踪产品，实现产品质量可溯型，往往需要在产品上添加标识。常见的标识包括在铝合金车轮上通过打码器或者模具添加的字符。该字符可能标记了生产厂家、目标客户、生产班组、生产日期、质量检验人员编号等等。通过以上的编码和标记，可以实现质量的有效追溯。然而，该传统技术很难用于碳纤维复合材料部件的标记和编码。碳纤维复合材料部件通过机加工制作困难，成本高，对设备，刀具要求高，很难通过以上的方法来进行成型和标记。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种具有标识的纤维增强树脂基复合材料部件及其制造方法。
在本发明的一个方面，提供了一种具有标识的纤维增强树脂基复合材料部件，其特征在于，所述的复合材料部件包括按顺序排列并且互相粘合的纤维复合材料基底、信息层和保护层，所述的信息层是携带了信息编码的薄片，所述的保护层是厚度为0.05～0.2mm的玻璃纤维增强透明环氧树脂基复合材料。
在本发明优选的方面，所述的纤维复合材料基底是由碳纤维复合材料制成的，所述的信息层的薄片选自塑料、金属、纸张；所述的编码信息是条码或者二维码，并且所述的编码信息是通过打印、刻蚀或者涂装方法附加到薄片上的。
在本发明进一步优选的方面，所述的纤维增强树脂基复合材料基底是碳纤维增强树脂基复合材料，玻璃纤维增强树脂基复合材料，芳纶纤维增强树脂基复合材料，玄武岩纤维增强树脂基复合材料，信息层是纸张打印的文字，图案，条形码或者二维码，塑料或金属刻录的芯片或者涂装的文字、图案，以及保护层是30-150g/㎡玻璃纤维增强透明环氧树脂基复合材料。
在本发明进一步优选的方面，所述的基底是碳纤维增强树脂基复合材料，信息层选自：(1)纸张打印的二维码，保护层是100g/㎡玻璃纤维增强透明环氧树脂基复合材料；(2)碳纤维增强树脂基复合材料，信息层是塑料刻录的芯片，保护层是80g/㎡玻璃纤维增强透明环氧树脂基复合材料；(3)碳纤维增强树脂基复合材料，信息层是塑料涂装的图案，保护层是80g/㎡玻璃纤维增强透明环氧树脂基复合材料。
在本发明的其他方面，还提供了制造前文所述的部件的方法，其特征在于，该方法包括步骤：(1)获得碳纤维复合材料基底，所述的碳纤维复合材料基底是采T700级碳纤维预浸料，树脂基体为环氧树脂；(2)制备信息层，其具体步骤为首先电脑制作信息编码，然后通过打印机打印在薄片上，之后裁切到合适尺寸；(3)将信息层通过环氧树脂胶黏剂粘结到碳纤维复合材料基底表面；(4)保护层通过玻璃纤维增强透明环氧树脂预浸料低温铺贴到信息层上，之后通过加温加压使预浸料快速固化成型，将保护层粘结到信息层。
在本发明优选的方面，在步骤(1)中，所述的碳纤维复合材料基底是采用热压罐工艺在150℃、0.5Mpa下制作的。
在本发明优选的方面，在步骤(1)中，碳纤维复合材料基底是采用T700级碳纤维预浸料，树脂基体为环氧树脂，制备工艺采用热压罐工艺在150℃、0.5Mpa下制作的。
在本发明优选的方面，环氧树脂胶黏剂与碳纤维复合材料基底中的环氧树脂体系相同。
在本发明优选的方面，在步骤(4)中，保护层通过100g/㎡玻璃纤维增强透明环氧树脂预浸料低温铺贴到信息层上，之后通过加温加压使预浸料快速固化成型，将保护层粘结到信息层。
本发明的部件的优点在于：碳纤维复合材料制品中具有信息层标识，可以快速查看、识别部件的所有相关信息，更加方便、快捷、有效。
本发明的方法的优点在于：制作方法简单、成本低、成品率高，与传统的制作标识的方法相比，省去了部件固化成型后的机械加工、刻蚀、涂装工序，部件无需二次加工，省时省力。
附图说明
以下，结合附图来详细说明本发明的实施方案，其中：
图1：本发明实施例1的部件的结构示意图。
图中：1-信息层、2-保护层、3-基底。
具体实施方式
实施例1
按照以下的方法来制备本实施例的部件：
(1)获得纤维增强树脂基复合材料基底，所述的纤维增强树脂基复合材料基底是T700级碳纤维增强环氧树脂基体复合材料；(2)制备信息层，其具体步骤为首先电脑制作二维码，然后通过打印机打印在普通A4纸张上，之后裁切到合适尺寸；将信息层通过环氧树脂胶黏剂粘结到碳纤维复合材料基底表面；(3)保护层：通过100g/㎡玻璃纤维增强透明环氧树脂预浸料低温铺贴到信息层上，之后通过加温加压使预浸料快速固化成型，将保护层粘结到信息层。在步骤(1)中，碳纤维复合材料基底是采用T700级碳纤维预浸料，树脂基体为环氧树脂，制备工艺采用热压罐工艺在150℃、0.5Mpa下制作的。在步骤(2)中，使用的温度为160度，压力为0.5MPa。
通过上述方法，制备得到了厚度为3mm的部件。
通过微信软件来检验以上的部件，识别率和准确率为100％。
还对本方法制备的部件进行了湿热气候老化试验(依据标准PV 3930：2008)。具体地，将按照本方法处理后的部件在氙灯人工老化实验箱ATLAS Ci3000+中测试1600h。肉眼观察处理之后的部件，发现保护层完好无脱落，二维码边缘整齐，图案清晰。而后再通过微信软件来扫描该二维码，发现识别率为100％。
还对本方法制备的部件进行了成本核算。具体地，制备了1000片的该部件，其二维码面积为4cm2，其保护层的面积为16cm2。平均制备成本为0.967元/片。
还对本方法制备的部件进行了模拟碎石冲击试验(依据标准ISO 20567-1：2007)。具体地，将按照本方法制备的部件在砾石试验机上在10s内进行500g砾石的冲击，肉眼观察处理之后的部件，发现保护层无脱落现象，砾石未击穿保护层。而后再通过微信软件来扫描该二维码，发现识别率为100％。
实施例2
(1)获得纤维增强树脂基复合材料基底，所述的纤维增强树脂基复合材料基底是T700级碳纤维增强环氧树脂基体复合材料；(2)制备信息层，塑料刻录的芯片；将信息层通过环氧树脂胶黏剂粘结到碳纤维复合材料基底表面；(3)保护层通过80g/㎡玻璃纤维增强透明环氧树脂预浸料低温铺贴到信息层上，之后通过加温加压使预浸料快速固化成型，将保护层粘结到信息层。在步骤(1)中，碳纤维复合材料基底是采用T700级碳纤维预浸料，树脂基体为环氧树脂，制备工艺采用热压罐工艺在150℃、0.5Mpa下制作的。在步骤(2)中，使用的温度为160度，压力为0.5MPa。
通过上述方法，制备得到了厚度为3mm的部件。
通过微信软件来检验以上的部件，识别率和准确率为100％。
还对本方法制备的部件进行了湿热气候老化试验(依据标准PV 3930：2008)。具体地，将按照本方法处理后的部件在氙灯人工老化实验箱ATLAS Ci3000+中测试1600h。肉眼观察处理之后的部件，发现保护层完好无脱落，二维码边缘整齐，图案清晰。而后再通过微信软件来扫描该二维码，发现识别率为100％。
还对本方法制备的部件进行了成本核算。具体地，制备了1000片的该部件，其二维码面积为4cm2，其保护层的面积为16cm2。平均制备成本为1.213元/片。
还对本方法制备的部件进行了模拟碎石冲击试验(依据标准ISO 20567-1：2007)。具体地，将按照本方法制备的部件在砾石试验机上在10s内进行500g砾石的冲击，肉眼观察处理之后的部件，发现保护层无脱落现象，砾石未击穿保护层。而后再通过微信软件来扫描该二维码，发现识别率为100％。
实施例3
(1)获得纤维增强树脂基复合材料基底，所述的纤维增强树脂基复合材料基底是T700级碳纤维增强环氧树脂基体复合材料；(2)制备信息层，首先将图案涂装到塑料板上；将信息层通过环氧树脂胶黏剂粘结到碳纤维复合材料基底表面；(3)保护层通过80g/㎡玻璃纤维增强透明环氧树脂预浸料低温铺贴到信息层上，之后通过加温加压使预浸料快速固化成型，将保护层粘结到信息层。在步骤(1)中，碳纤维复合材料基底是采用T700级碳纤维预浸料，树脂基体为环氧树脂，制备工艺采用热压罐工艺在150℃、0.5Mpa下制作的。在步骤(2)中，使用的温度为160度，压力为0.5MPa。
通过上述方法，制备得到了厚度为4mm的部件。
通过目视的方法来检验以上的部件，图案轮廓分明，色彩艳丽，真实有效。
还对本方法制备的部件进行了湿热气候老化试验(依据标准PV 3930：2008)。具体地，将按照本方法处理后的部件在氙灯人工老化实验箱ATLAS Ci3000+中测试1600h。肉眼观察处理之后的部件，发现图案轮廓分明，色彩变淡，略有褪色。
还对本方法制备的部件进行了成本核算。具体地，制备了1000片的该部件，其二维码面积为4cm2，其保护层的面积为16cm2。平均制备成本为1.744元/片。
还对本方法制备的部件进行了模拟碎石冲击试验(依据标准ISO 20567-1：2007)。具体地，将按照本方法制备的部件在砾石试验机上在10s内进行500g砾石的冲击，肉眼观察处理之后的部件，发现保护层无脱落现象，砾石未击穿保护层。
实施例4：
本发明人还进行了以下的对比试验。
对比试验1：与实施例1相同，区别在于将纤维增强树脂基复合材料基底替换为不锈钢片。
对比试验2：与实施例1相同，区别在于将纤维增强树脂基复合材料基底替换为铝合金片。
对比试验3：与实施例1相同，区别在于将100g/㎡玻璃纤维增强透明环氧树脂预浸料低温铺贴片替换为聚甲基丙烯酸甲酯透明漆。
将对比试验组1-3制备的部件进行了湿热气候老化试验(依据标准PV 3930：2008)。具体地，将按照本方法处理后的部件在氙灯人工老化实验箱ATLAS Ci3000+中测试1600h。结果显示，对比试验1-2表现出轻度的表面涂层的剥离，进而使得二维码识别出现困难。对比试验3表现出严重的表面涂层的剥离，二维码部分发生脱落。
还将对比试验组1-3制备的部件进行了模拟碎石冲击试验(依据标准ISO 20567-1：2007)。具体地，将按照本方法制备的部件在砾石试验机上在10s内进行500g砾石的冲击，肉眼观察处理之后的部件。对比试验1-3均出现严重的表面保护层的剥离，内部的信息层发生严重的破坏。

Claims (8)

1.一种具有标识的纤维增强树脂基复合材料部件，其特征在于，所述的复合材料部件包括按顺序排列并且互相粘合的纤维复合材料基底、信息层和保护层，所述的信息层是携带了信息编码的薄片，所述的保护层是厚度为0.05～0.2mm的玻璃纤维增强透明环氧树脂基复合材料。
2.根据权利要求1所述的部件，其特征在于，所述的纤维复合材料基底是由碳纤维复合材料制成的，所述的信息层的薄片选自塑料、金属、纸张；所述的编码信息是条码或者二维码，并且所述的编码信息是通过打印、刻蚀或者涂装方法附加到薄片上的。
3.根据权利要求1所述的部件，其特征在于，所述的纤维增强树脂基复合材料基底是碳纤维增强树脂基复合材料，玻璃纤维增强树脂基复合材料，芳纶纤维增强树脂基复合材料，玄武岩纤维增强树脂基复合材料，信息层是纸张打印的文字，图案，条形码或者二维码，塑料或金属刻录的芯片或者涂装的文字、图案，以及保护层是30-150g/㎡玻璃纤维增强透明环氧树脂基复合材料。
4.根据权利要求1所述的部件，其特征在于，所述的基底是碳纤维增强树脂基复合材料，信息层选自：(1)纸张打印的二维码，保护层是100g/㎡玻璃纤维增强透明环氧树脂基复合材料；(2)碳纤维增强树脂基复合材料，信息层是塑料刻录的芯片，保护层是80g/㎡玻璃纤维增强透明环氧树脂基复合材料；(3)碳纤维增强树脂基复合材料，信息层是塑料涂装的图案，保护层是80g/㎡玻璃纤维增强透明环氧树脂基复合材料。
5.制备权利要求1-4中任一项所述的部件的方法，其特征在于，该方法包括步骤：(1)获得碳纤维复合材料基底，所述的碳纤维复合材料基底是采T700级碳纤维预浸料，树脂基体为环氧树脂；(2)制备信息层，其具体步骤为首先电脑制作信息编码，然后通过打印机打印在薄片上，之后裁切到合适尺寸；(3)将信息层通过环氧树脂胶黏剂粘结到碳纤维复合材料基底表面；(4)保护层通过玻璃纤维增强透明环氧树脂预浸料低温铺贴到信息层上，之后通过加温加压使预浸料快速固化成型，将保护层粘结到信息层。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在步骤(1)中，所述的碳纤维复合材料基底是采用热压罐工艺在150℃、0.5Mpa下制作的。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在步骤(1)中，碳纤维复合材料基底是采用T700级碳纤维预浸料，树脂基体为环氧树脂，制备工艺采用热压罐工艺在150℃、0.5Mpa下制作的。
8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，环氧树脂胶黏剂与碳纤维复合材料基底中的环氧树脂体系相同。
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