CN107584780A - 一种纤维增强复合材料半封闭件的成型方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种纤维增强复合材料半封闭件的成型方法，所述成型方法是在模具型腔内铺覆预浸料形成预成型体，并在预成型体上放置内真空袋膜，之后通过包覆模具外表面的外真空袋膜与内真空袋膜连接，最后经抽真空、加热固化成型和冷却后开模取件。本发明采用一套模具一次成型，减少模具数量，降低生产时间成本，提高产品尺寸精度与整体强度。

Description

一种纤维增强复合材料半封闭件的成型方法

技术领域

本发明属于纤维增强复合材料成型方法技术领域，具体涉及一种纤维增强复合材料半封闭件的成型方法。

背景技术

由于碳纤维复合材料具有较高的比强度与比模量，因此被广泛运用于制造要求有高强度与高耐用性的产品，例如体育用品，汽车用品，军工用品，航天用品等。

在制作汽车半封闭件时，目前技术中主要是单独制作2个零件后进行胶接、胶接+铆接或胶接+螺接的方式将2个零件组合成一个半封闭件。上述现在的制作方式无法一体成型出产品，必须将原有产品拆分为数个组件分别成型后再将其组合在一起，不但花费较多工时也会增加模具与工装成本且结构尺寸、强度上无法达到最佳。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提供一种纤维增强复合材料半封闭件的成型方法，目的是采用一套模具一次成型半封闭件，从而结构尺寸、强度上达到最佳。

为了实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种纤维增强复合材料半封闭件的成型方法，所述成型方法是在模具型腔内铺覆预浸料形成预成型体，并在预成型体上放置内真空袋膜，之后通过包覆模具外表面的外真空袋膜与内真空袋膜连接，最后经抽真空、加热固化成型和冷却后开模取件。

优选的，所述成型方法具体包括如下步骤：

步骤一、机加工制作成型所需的上、下模具；

步骤二、将预浸料铺覆于上、下模具型腔内以形成预成型体；

步骤三、将内真空袋膜置于下模具型腔内的预成型体上，内真空袋膜开口端穿过上模具预先设置的穿透式通道；

步骤四、将上、下模具进行合模；

步骤五、通过外真空袋膜包覆上述合模后的模具，且外真空袋膜与内真空袋膜连通，之后内、外真空袋膜进行封口、抽真空；

步骤六、经加热固化成型、冷却后开模取件。

所述下模具内的预成型体设有预搭接翻边，所述内真空袋膜通过抽真空带动预搭接翻边与上模具内的预成型体搭接。下模具内的预成型体设置翻边结构，便于上下模具内预成型体的搭接，更利于之后两者的加热固化成型。

所述穿透式通道为一个或多个穿透式洞口。便于实现内部真空袋膜与外部真空袋膜的连通。设置多个穿透式洞口，以便抽真空时可以使预浸料紧贴模具，更利于复杂型腔与较细长件内部抽真空时能达到成型条件要求。

所述预浸料为碳纤维复合材料、玻纤维复合材料或碳纤维与玻璃纤维的混合编织复合材料。

所述成型方法还包括对上、下模具的型腔及合模端面喷涂脱膜剂的步骤。

所述步骤二还包括对预浸料铺覆后的上下模具进行抽真空的步骤。铺覆预浸料后进行抽真空，能够保证预成型体的外观更加符合实际的需求，保证外观形体美观，不易出现瑕疵。在上模面上设置穿透式通道，通过真空泵装置与真空阀连接进行抽真空操作。或者，也可以在上、下模具侧面设置穿透式通道。

所述外真空袋膜设有真空阀。

优选的，所述真空阀为单向阀。

所述步骤五中封口是通过密封胶带密封。

所述步骤五中抽真空的过程中通过气体检测装置进行密封性检查。

所述加热固化成型是采用热压罐或烤箱进行加热固化成型。

所述上、下模具的材质为钢材料或铝材料。

所述上、下模具均为钢模，步骤六冷却温度至50-60℃。

所述上、下模具均为铝模，步骤六冷却温度至70-80℃。

本发明的有益效果：本发明只需采用一套成型模具，不需要后续胶接步骤，一次性成型出件。解决了需要制作两个单独部件然后进行胶接、胶接+铆接或胶接+螺接的方式的问题，能够减少了生产时间、减少模具、工装数量，降低设备成本，且在一定程度上能提高了产品的尺寸精度与强度。

附图说明

本说明书包括以下附图，所示内容分别是：

图1是本发明的结构示意图。

图中标记为：

1、预浸料，2、上模具，3、下模具，4、内真空袋膜，5、外真空袋膜，6、真空阀，7、密封胶带。

具体实施方式

下面对照附图，通过对实施例的描述，对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，目的是帮助本领域的技术人员对本发明的构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解，并有助于其实施。

本发明中的名词“预浸料”是指重量含量为58％-67％的纤维材料与重量含量为33％-42％的树脂材料混合浸润形成的预浸料，其中纤维包括但不限于碳纤维、玻璃纤维等一种或多种纤维组合铺覆；树脂包括但不限于环氧树脂、酚醛树脂等。

一种纤维增强复合材料半封闭件的成型方法，该成型方法是在模具型腔内铺覆预浸料1形成预成型体，并在预成型体上放置内真空袋膜，之后通过包覆模具外表面的外真空袋膜5与内真空袋膜4连接，最后经抽真空、加热固化成型和冷却后开模取件。该成型方法只需采用一套成型模具，不需要后续胶接步骤，一次性成型出件。内、外真空袋膜的设置，在抽真空时，通过真空袋膜的贴紧挤压作用，使得上下模具内的预成型体更好的接触结合，便于对预成型体形成挤压成型力，便于之后的加热固化成型。

预浸料1可为碳纤维、玻璃纤维等一种或多种纤维材料组合进行铺覆，但不同材料的树脂系统需尽量统一，提高兼容性保证成型后产品质量。

如图1所示，作为一种较优选的实施方案，便于两个零件组合成一个半封闭件，上述成型方法具体包括如下步骤：

步骤一、机加工制作成型所需的上模具2、下模具3。

步骤二、将预浸料铺覆于上模具2型腔和下模具3型腔内以形成预成型体。

步骤三、将内真空袋膜4置于下模具型腔内的预成型体上，内真空袋膜开口端穿过上模具2预先设置的穿透式通道，用于内外真空袋膜的联通；具体而言，预成型体具有一定的粘接力，内真空袋膜通过此粘接力置于下模具内的预成型体上，内真空袋膜的开口端从上模具型腔预先设置的穿透式通道穿入，之后从上模具表面穿出，通过此种结构的设置，保证上下模具内外真空袋膜的联通，便于之后抽真空及上下预成型体的固化成型。在下模具内的预成型体上最好设有预搭接翻边，内真空袋膜4通过抽真空带动预搭接翻边与上模具内的预成型体搭接。将下模具内的预成型体设置翻边结构，便于之后抽真空时上下模具内预成型体的搭接，有利于之后两者的加热固化成型。

步骤四、将上、下模具进行合模；合模过程中内真空袋膜开口端穿过上模具的穿透式通道，并且从上模具的另一端面延伸而出。

步骤五、通过外真空袋膜5包覆上述合模后的模具，且外真空袋膜5与内真空袋膜4连通，之后外真空袋膜5进行封口、抽真空；

步骤六、经加热固化成型、冷却后开模取件。

上模具和下模具材质可为钢材或铝材，具体选择上需综合考虑产品生产数量、模具重量、成本等因素，其选择方式属于本领域技术人员的公知技术手段，这里不在过多螯述。内、外真空袋膜可为耐高温、高断裂延伸率的尼龙或尼龙聚酯类材质制成。

为了实现内真空袋膜与外真空袋膜的连通，设置一个或多个穿透式通道，多个穿透式通道更利于复杂型腔与较细长件内部抽真空时能达到成型条件要求。穿透式洞口尽可能与半封闭件上未封闭位置重合，洞口周边需设有较大的倒角防止刺穿真空袋膜。采用该结构的内真空袋膜与外真空袋膜连通及结构设置，能做出满足汽车零部件A级表面要求的纤维复合材料半封闭件产品且达到性能提升、成本降低的效果。

为了便于脱膜，上述成型方法还包括对上、下模具的型腔及合模端面喷涂脱膜剂的步骤。具体实施时，在预浸料铺覆前对上、下模具型腔及合模端面喷涂脱膜剂，之后等脱模剂挥发完成后可进行预浸料铺覆。预浸料铺覆完成后在下模具预浸料上放置内真空袋膜4，封闭件内部形状各部分变化较大的需按内部形状定制内真空袋膜。定制内真空袋膜需预留封口区，封口区位置与模具上穿透洞口位置一致，便于内真空袋膜封口区穿过上模具的穿过式洞口。封口区优选做成漏斗形状，减少成型时破袋。

作为进一步的改进，预浸料铺覆后的上下模具还包括进行抽真空的步骤。铺覆预浸料后进行抽真空，能够保证预成型体的外观更加符合实际的需求，保证外观形体美观，不易出现瑕疵。在上模具表面设置穿透式通道，通过放置在模具表面的真空阀连接真空泵抽真空装置进行抽真空操作。或者，根据实际产品需要在上下模具侧面设置穿透式通道。抽真空的时间为15-30min，抽真空还可改善后续预浸料铺覆操作性及外观达到A级表面要求。

外真空袋膜需开口，以放置真空阀6，便于控制抽真空操作。真空阀6优选为单向阀。单向阀阀体需带螺牙。另需配套有硅胶圈、锁紧螺母进行密封。合模后在真空阀下方可以放置抽真空辅助材料，便于抽真空操作。另外，在真空阀下放置透气毡，便于真空袋膜内空气抽离达到成型真空度要求。

步骤五中封口是优选通过密封胶带7密封。密封胶带可为耐高温，密封性良好的材料。具体而言，密封胶带7需能耐(100-400)℃左右高温，高温成型过程中密封性良好，成型后密封胶带不存在熔融状。

步骤五中抽真空的过程中通过气体检测装置进行密封性检查。气体检测装置可为真空表或检漏仪。真空表检漏时，关闭气路，真空度需在(-0.1～-0.95)MPa以内，且10分钟内真空度下降不多于0.01MPa，则可视为不漏气。

加热固化成型是采用热压罐或烤箱进行加热固化成型。采用热压罐时，热压罐需具有温度调控与监控装置，内部可设有冷却水循环系统，可使用保护性气体如氮气进行加压到(0.5-1.2)MPa。

钢模或铝模冷却方式可为风冷或水冷，水冷需在不拆真空袋的条件下进行。若上、下模具均为钢模，步骤六冷却温度至50-60℃。若上、下模具均为铝模，步骤六冷却温度至70-80℃。

本发明的纤维增强复合材料半封闭件成型工艺采用一套模具一次成型，减少模具数量，降低生产时间成本，提高产品尺寸精度与整体强度。

以上结合附图对本发明进行了示例性描述。显然，本发明具体实现并不受上述方式的限制。只要是采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进；或未经改进，将本发明的上述构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种纤维增强复合材料半封闭件的成型方法，其特征在于，所述成型方法是在模具型腔内铺覆预浸料形成预成型体，并在预成型体上放置内真空袋膜，之后通过包覆模具外表面的外真空袋膜与内真空袋膜连接，最后经抽真空、加热固化成型和冷却后开模取件。

2.根据权利要求1所述纤维增强复合材料半封闭件的成型方法，其特征在于，所述成型方法具体包括如下步骤：

步骤一、机加工制作成型所需的上、下模具；

步骤二、将预浸料铺覆于上、下模具型腔内以形成预成型体；

步骤三、将内真空袋膜置于下模具型腔内的预成型体上，内真空袋膜开口端穿过上模具预先设置的穿透式通道；

步骤四、将上、下模具进行合模；

步骤五、通过外真空袋膜包覆上述合模后的模具，且外真空袋膜与内真空袋膜连通，之后内、外真空袋膜进行封口、抽真空；

步骤六、经加热固化成型、冷却后开模取件。

3.根据权利要求2所述纤维增强复合材料半封闭件的成型方法，其特征在于，所述下模具内的预成型体设有预搭接翻边，所述内真空袋膜通过抽真空带动预搭接翻边与上模具内的预成型体搭接。

4.根据权利要求2所述纤维增强复合材料半封闭件的成型方法，其特征在于，所述穿透式通道为一个或多个穿透式洞口。

5.根据权利要求2所述纤维增强复合材料半封闭件的成型方法，其特征在于，所述预浸料为碳纤维复合材料、玻纤维复合材料或碳纤维与玻璃纤维的混合编织复合材料。

6.根据权利要求2所述纤维增强复合材料半封闭件的成型方法，其特征在于，所述成型方法还包括对上、下模具的型腔及合模端面喷涂脱膜剂的步骤。

7.根据权利要求2所述纤维增强复合材料半封闭件的成型方法，其特征在于，所述步骤二还包括对预浸料铺覆后的上下模具进行抽真空的步骤。

8.根据权利要求2所述纤维增强复合材料半封闭件的成型方法，其特征在于，所述外真空袋膜设有真空阀。

9.根据权利要求2所述纤维增强复合材料半封闭件的成型方法，其特征在于，所述步骤五中封口是通过密封胶带密封。

10.根据权利要求2所述纤维增强复合材料半封闭件的成型方法，其特征在于，所述步骤五中抽真空的过程中通过气体检测装置进行密封性检查。