CN107856370B - 一种轻量化中空织物复合材料座椅靠背的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种轻量化中空织物复合材料座椅靠背的制备方法，座椅靠背包括两个支撑板和设在两个支撑板之间的支撑面，两个支撑板由纤维预制体制备而成，支撑面由三维中空织物制备而成。本发明轻量化中空织物复合材料座椅靠背的制备方法，以纤维预制体作为支撑板，解决了现有铺层存在的易错位问题，使座椅靠背的力学性能显著提高；进一步，采用预制体铺放及真空导流整体成型技术，实现了快速成型，并避免了弱界面等问题，满足了未来轨道车辆轻量化的要求，且使座椅靠背的力学性能得到更进一步的提高。

Description

一种轻量化中空织物复合材料座椅靠背的制备方法

技术领域

本发明涉及一种轻量化中空织物复合材料座椅靠背的制备方法，属于交通领域复合材料产品制备研发领域。

背景技术

复合材料因其比铝合金等金属材质具有较高的比强度和比刚度而被广泛应用在轨道交通车辆领域，通过应用复合材料部件可以降低车耗节约能源，同时可以大幅度提高车辆运行速度。

传统的座椅靠背的支撑板是通过直接在模具中铺层制备的，生产效率低，且铺层工艺难以保证纤维的铺放取向，并且在铺层的过程中，也易引起纤维的错位。且现有通过复合材料制备的座椅靠背存在力学性能差、舒适性差等缺陷。

发明内容

为了解决现有技术中座椅靠背制作中存在的效率低、易错位、力学性能差、舒适性差等缺陷，本发明提供一种轻量化中空织物复合材料座椅靠背的制备方法。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案如下：

一种轻量化中空织物复合材料座椅靠背的制备方法，座椅靠背包括两个支撑板和设在两个支撑板之间的支撑面，两个支撑板由纤维预制体制备而成，支撑面由三维中空织物制备而成。

纤维预制体由多层织物针刺而成。三维中空织物为中间层为绒经的的夹层结构。

为了进一步提高座椅靠背的结构强度，纤维预制体为实心玻璃纤维复合材料。

传统的支撑板通过直接在模具中单层铺层的方式制备而成，单层铺层效率低、纤维直线度较差，并且在铺层的过程易产生层和层之间的错位；而本申请采用预制体，避免了上述缺陷，此外，采用该预制体可以缩短操作时间，提高生产效率。

座椅靠背中间部位存在曲面结构，为避免在成型过程中出现褶皱现象，首先需要对三维中空织物面层进行裁剪处理，即在出现褶皱处进行裁剪，保证织物的圆滑过渡，然后通过将制备的纤维预制体和三维中空织物组装在一起，形成整体结构，实现整体铺放、整体成型的效果。

为了进一步提高座椅靠背的舒适性和结构强度，纤维预制体为碳纤维预制体、玻璃纤维预制体或碳纤维/玻璃纤维混编预制体，碳纤维/玻璃纤维混编预制体中“/”为和的意思；三维中空织物所用纤维为玻璃纤维、碳纤维或芳纶纤维中的至少一种。优选，三维中空织物的厚度为3-5mm。

上述轻量化中空织物复合材料座椅靠背的制备方法，包括如下步骤：

1)制备纤维预制体，并将其裁剪为座椅靠背支撑板的形状；

2)制备三维中空织物，并将其裁剪为座椅靠背支撑面的形状；

3)将步骤2)所得的一个三维中空织物和步骤1)所得的两个纤维预制体装配成座椅靠背；

4)将步骤3)所得座椅靠背在模具中真空导流整体成型，然后脱模，即得座椅靠背。

本发明首先制备纤维预制体和三维中空织物，之后再将其组装成整体复合材料结构，最后，将其整体铺放并成型。其中，纤维预制体和三维中空织物可以提前批量生产和组装。

本申请所制备的复合材料座椅靠背可具体应用到高铁、地铁等领域，通过采用该复合材料座椅靠背，在满足座椅靠背机械要求的前提下，又能进一步减轻车体重量。

为了进一步提高所得产品的力学性能，步骤1)中，将裁剪好的纤维预制体在温度为80±5℃的条件，加热2±0.2h。

为了提高制备的精准性，步骤2)中，将三维中空织物裁剪为座椅靠背支撑面的展开的形状。

为了提高座椅靠背整体的力学性能，步骤3)在模具中进行，装配时，将三维中空织物两端的绒经进行处理，使两个纤维预制体与三维中空织物通过绒经连接在一起。这样可实现整体预制体的铺放，提高座椅靠背的整体性能。上述对绒经处理的目的是保证三维中空织物与纤维预制体的连接性能，可进行裁剪处理等，使二者能紧密接触，纤维预制体的部分被包裹在三维中空织物的两面层之间。

步骤4)中，真空导流后，待树脂固化后，自然降温到室温，即可脱模。这样既操作简单、又能保证所得座椅靠背整体的力学性能。

为了进一步提高座椅靠背整体的力学性能，步骤4)中，真空导流所用树脂粘度不高于300-350cps。本申请真空导流所用树脂可以是现有常用的各种树脂，优选为环氧树脂807A或环氧树脂910A，真空导流所用固化剂优选为固化剂807B或固化剂910B。

为实现织物和模具面良好的服帖效果，同时更进一步提高座椅靠背整体的力学性能，步骤4)为：将模具在温度为30±5℃、压力为30～50mbar的条件下，保温30±5min，然后在此条件下将消泡后的温度为30±5℃的环氧树脂和固化剂的混合灌注在步骤3)所得的座椅靠背上，再在50±5℃加热3±0.2h，60±5℃加热3±0.2h，90±5℃加热2±0.2h，自然冷却至室温，脱模，即得理座椅靠背。

本申请真空导流为在真空条件下，将树脂浸渍在转配好的座椅靠背上，树脂需要进行消泡处理。

本发明未提及的技术均参照现有技术。

本发明轻量化中空织物复合材料座椅靠背的制备方法，以纤维预制体作为支撑板，解决了现有铺层存在的易错位问题，使座椅靠背的力学性能显著提高；进一步，采用预制体铺放及真空导流整体成型技术，实现了快速成型，并避免了弱界面等问题，满足了未来轨道车辆轻量化的要求，且使座椅靠背的力学性能得到更进一步的提高。

附图说明

图1为实施例1所得的轻量化中空织物复合材料座椅靠背的结构示意图；

图中，1为支撑板，2为支撑面。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。

实施例1

一种轻量化中空织物复合材料座椅靠背的制备方法包括以下步骤：

1)清理模具：用毛刷或质软的抹布将模具表面的灰尘擦拭干净，至模具表面无灰尘，模具的清理对制品表面的平整性和脱模的难度有着很重要的影响，清理后的模具要求表面光滑，无灰尘、无凹坑等现象；

2)用洁净的抹布蘸少许NC-55脱模剂(汉高乐泰)均匀的擦拭模具表面，擦拭的过程中尽可能的使抹布朝一个方向均匀的涂刷，涂刷时不能有遗漏的现象，每次涂抹间隔15min，涂抹次数为5次；

3)采用泰山玻纤EW400纤维布制备纤维预制体，用3M喷胶将多层纤维布粘接为层合板结构，之后根据座椅靠背左右两端的形状进行裁剪处理，即得纤维预制体，并在80℃下烘干2h，待用；采用预制体可以避免直接在模具中铺层时的纤维局部移动和纤维错位，进而影响到座椅靠背的最终性能；

4)根据将座椅靠背展开的形状，对厚度为3mm三维中空织物进行裁剪和圆滑过渡处理；其中3mm三维中空织物的可在下表所示的规格中选择。

本实施例采用参数为：

5)上述工作完成后，将座椅靠背左右两端的纤维预制体和处理后的三维中空织物铺放在模具上，之后，将纤维预制体和三维中空织物接触区域的三维中空织物的绒经进行处理，使纤维预制体和三维中空织物的上下面层连接起来，形成一个整体；

6)之后，进入真空导流操作工艺流程并检查系统真空状态，保压状态为15min，真空测漏表变化50mbar即为合格；合格后，打开加热系统，加热温度设置为30℃，并保温半个小时；

7)分别称量环氧树脂807A 6kg和固化剂807B 1.2kg，并分别消泡半个小时；之后，将环氧树脂和固化剂均匀混合，并用消泡机消除树脂体系中的气泡，消泡时间为30min；在消泡的过程中，同时给树脂加热，加热温度为30℃；

8)上述工作完毕后，开始灌注，成型完毕后，50℃加热3h，60℃加热3h，90℃加热2h，加热过程结束后，系统自然冷却，脱模即得座椅靠背。

通过测试得出纤维预制体的力学性能为拉伸强度为：375MPa、测试标准GB/T1447-2005；弯曲强度360Mpa、测试标准GB/T1449-2005；三维中空织物平压5.1MPa、测试标准GB/T1453-2005。

实施例2

一种轻量化中空织物复合材料座椅靠背的制备方法包括以下步骤：

1)清理模具：用毛刷或质软的抹布将模具表面的灰尘擦拭干净，至模具表面无灰尘，模具的清理对制品表面的平整性和脱模的难度有着很重要的影响，清理后的模具要求表面光滑，无灰尘、无凹坑等现象；

2)用洁净的抹布蘸少许NC-55脱模剂(汉高乐泰)均匀的擦拭模具表面，擦拭的过程中尽可能的使抹布朝一个方向均匀的涂刷，涂刷时不能有遗漏的现象，每次涂抹间隔10min，涂抹次数为3次；

3)采用泰山玻纤EW400纤维布制备纤维预制体，用3M喷胶将多层纤维布粘接为层合板结构，之后根据座椅靠背左右两端的形状进行裁剪处理，即得纤维预制体，并在80℃下烘干2h，待用；采用预制体可以避免纤维局部移动和造成纤维错位，进而影响到座椅靠背的最终性能；

4)根据将座椅靠背展开的形状，对厚度为3mm三维中空织物进行裁剪和圆滑过渡处理；其中3mm三维中空织物的可在下表所示的规格中选择。

本实施例采用的参数为：

5)上述工作完成后，将座椅靠背左右两端的纤维预制体和处理后的三维中空织物铺放在模具上，之后，将纤维预制体和三维中空织物接触区域的三维中空织物的绒经进行处理，使纤维预制体和三维中空织物的上下面层连接起来，形成一个整体；

6)之后，进入真空导流操作工艺流程并检查系统真空状态，保压状态为15min，真空测漏表变化30mbar即为合格；合格后，打开加热系统，加热温度设置为30℃，并保温半个小时；

7)分别称量环氧树脂910A 7kg和固化剂910B 1.4kg，并分别消泡半个小时；之后，将环氧树脂和固化剂均匀混合，并用消泡机消除树脂体系中的气泡，消泡时间为30min；在消泡的过程中，同时给树脂加热，加热温度为30℃。

8)上述工作完毕后，开始灌注，成型完毕后，50℃加热3h，60℃加热3h，90℃加热2h，加热过程结束后，系统自然冷却，脱模即得座椅靠背。

通过测试得出纤维预制体的力学性能为拉伸强度381MPa、测试标准GB/T1447-2005；弯曲强度370Mpa、测试标准GB/T1449-2005；三维中空织物平压6MPa、测试标准GB/T1453-2005。

实施例3

与实施例2基本相同，所不同的是：步骤8)中灌注结束后，在温度为60℃的条件下加热8h，加热过程结束后，系统自然冷却，脱模即得座椅靠背。

通过测试得出纤维预制体的力学性能为拉伸强度302MPa、测试标准GB/T1447-2005；弯曲强度310Mpa、测试标准GB/T1449-2005；三维中空织物平压3MPa、测试标准GB/T1453-2005。

Claims (6)

1.一种轻量化中空织物复合材料座椅靠背的制备方法，其特征在于：座椅靠背包括两个支撑板和设在两个支撑板之间的支撑面，两个支撑板由纤维预制体制备而成，支撑面由三维中空织物制备而成，包括如下步骤：

1）制备纤维预制体，用3M喷胶将多层纤维布粘接为层合板结构，之后根据座椅靠背左右两端的形状进行裁剪处理，即得纤维预制体；

2）制备三维中空织物，并将其裁剪为座椅靠背支撑面的形状；

3）将步骤2）所得的一个三维中空织物和步骤1）所得的两个纤维预制体装配成座椅靠背；装配时，将三维中空织物两端的绒经进行处理，使两个纤维预制体与三维中空织物连接在一起；

4）将步骤3）所得座椅靠背在模具中真空导流整体成型，然后脱模，即得座椅靠背；真空导流所用树脂为粘度不高于300-350cps的环氧树脂；

在步骤4）中：将模具在温度为30±5℃、压力为30~50mbar的条件下，保温30±5min，然后在此条件下将消泡后的温度为30±5℃的环氧树脂和固化剂的混合灌注在步骤3）所得的座椅靠背上，再在50±5℃加热3±0.2h，60±5℃加热3±0.2h，90±5℃加热2±0.2h，自然冷却至室温，脱模，即得座椅靠背。

2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：纤维预制体为实心玻璃纤维复合材料。

3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：纤维预制体为碳纤维预制体、玻璃纤维预制体或碳纤维/玻璃纤维混编预制体；三维中空织物所用纤维为玻璃纤维、碳纤维或芳纶纤维中的至少一种；三维中空织物的厚度为3-5mm。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤1）中，将裁剪好的纤维预制体在温度为80±5℃的条件，加热2±0.2h；步骤2）中，将三维中空织物裁剪为座椅靠背支撑面的展开的形状。

5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤4）中，真空导流后，待树脂固化后，自然降温到室温，即可脱模。

6.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：真空导流所用树脂为环氧树脂807A、所用固化剂为807B，或者真空导流所用树脂为环氧树脂910A、所用固化剂为910B。