CN108582815A - 模具自带加热系统的碳纤维复合材料热压罐成型方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种模具自带加热系统的碳纤维复合材料热压罐成型方法，采用模具内部加热成型的方法，包括如下步骤：模具入罐；模具抽真空；热压罐加压；模具加热；脱模成型。本发明一种模具自带加热系统的碳纤维复合材料热压罐成型方法，其通过自身带有加热系统及加压系统的模具的设计，使待成型碳纤维复合材料直接通过模具加热，可显著提高加热效率，降低能耗，从而提高产品的生产效率。
Description
技术领域
本发明涉及碳纤维复合材料成型技术领域，特别是涉及一种模具自带加热系统的碳纤维复合材料热压罐成型方法。
背景技术
碳纤维具有高强度、高模量、耐高温、耐腐蚀、耐疲劳、抗蠕变、导电、传热、相对密度小和热膨胀系数小等优异性能，被广泛应用于航空航天、文体器材、医用器材、新能源、土木建筑、交通运输、电子电气和机械等众多领域。但这样广泛的应用领域，碳纤维却很少直接使用，它大多是经深加工制成中间产物或复合材料。
复合材料热压罐成型工艺是生产航空航天高质量的先进树脂基复合材料制品的主要方法，适合多种材料的生产，只要是固化周期、压力和温度在热压罐的极限范围之内的复合材料都能生产。另外一个优点是它对复合材料制件加压的灵活性强，既可加压又可抽真空，可满足除去溶剂等小分子、压实预浸料等要求。
碳纤维复合材料的成型工艺较多，不同的工艺产品之间的性能也有差别。热压罐成型工艺产品的质量较高，已用于碳纤维复合材料的成型。
但现有热压罐成型碳纤维复合材料的方法，仍采用传统的成型方式，即将复合材料坯件及模具放于真空袋中，通过热压罐进行加压加热成型，这种传统热压罐成型工艺的加热方法是采用空气传热，具有加热成型速度慢、生产效率低地缺点，能耗消耗较大。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是提供一种模具自带加热系统的碳纤维复合材料热压罐成型方法，能够解决现有热压罐成型工艺存在的上述不足之处。
为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种模具自带加热系统的碳纤维复合材料热压罐成型方法，采用模具内部加热成型的方法，包括如下步骤：
（1）模具入罐：将放置有待成型碳纤维复合材料的模具放入热压罐内的工作台上，使模具的管路或导线从所述热压罐内伸出；
（2）模具抽真空：通过抽真空阀对模具进行抽真空处理，使模具内达到一定的真空度，然后关闭热压罐；
（3）热压罐加压：向关闭的所述热压罐内冲压，使压力达到碳纤维复合材料的成型压力；
（4）模具加热：直接对模具加热，待模具内温度达到碳纤维复合材料的成型温度后，保温一段时间至固化成型；
（5）脱模成型：将热压罐卸压、模具冷却，最后产品脱模成型。
在本发明一个较佳实施例中，所述步骤（2）中，所述模具内的真空度≤-0.092MPa。
在本发明一个较佳实施例中，所述步骤（3）中，所述压力为0.5～1.0MPa。
在本发明一个较佳实施例中，所述步骤（4）中，所述加热方法为：将所述模具的管路与热压罐外部的热蒸汽源连通，使热蒸汽通过管路进入所述模具内加热并达到成型温度。
在本发明一个较佳实施例中，所述步骤（4）中，所述加热方法为：将所述模具的导线与热压罐外部的电箱连通，使模具内的热电偶通电加热，从而使所述模具加热并达到成型温度。
在本发明一个较佳实施例中，所述成型温度为150～180℃，保温时间为30～40min。
在本发明一个较佳实施例中，所述步骤（4）中，所述模具冷却的方法为：将所述模具的管路与冷却水进行冷却降温。
在本发明一个较佳实施例中，所述模具冷却的工艺条件为：通冷却水5～8min至温度降低至40～50℃。
在本发明一个较佳实施例中，所述模具包括产品腔室和加热腔室，所述产品腔室嵌入在所述加热腔室内；其中，所述产品腔室内安装有抽真空阀；所述加热腔室内固定连通有导管，所述导管的一端与所述加热腔室连通，其另一端为自由端，并伸出所述热压罐外；其中，所述管路有两根，分别为进水管和出水管。
在本发明一个较佳实施例中，所述模具还安装有热电偶，所述热电偶内置在所述加热腔室的侧壁面内，并通过导电与所述热压罐外的电箱连接。
本发明的有益效果是：本发明一种模具自带加热系统的碳纤维复合材料热压罐成型方法，其通过自身带有加热系统及加压系统的模具的设计，使待成型碳纤维复合材料直接通过模具加热，可显著提高加热效率，降低能耗，从而提高产品的生产效率。
附图说明
图1是本发明一种模具自带加热系统的碳纤维复合材料热压罐成型方法实施例1的原理结构示意图；
图2是本发明一种模具自带加热系统的碳纤维复合材料热压罐成型方法实施例2的原理结构示意图；
附图中各部件的标记如下：1.模具，11.产品腔室，12.加热腔室，21.进水管，22.出水管，3.待成型碳纤维复合材料，4.热压罐，5.工作台，6.热蒸汽源，7.热电偶，8.导线，9.电箱。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
请参阅图1和图2，本发明实施例包括：
实施例1
本发明揭示了一种模具自带加热系统的碳纤维复合材料热压罐成型方法，采用模具内部加热成型的方法。
所使用的模具1包括产品腔室11和加热腔室12，所述产品腔室11嵌入在所述加热腔室12内；其中，所述产品腔室11内安装有抽真空阀（未显示）；所述加热腔室12内固定连通有2根导管，分别为进水管21和出水管22，所述进水管21和出水管22的一端与所述加热腔室12连通，其另一端为自由端，可根据需要连通热源或冷却水。
利用上述模具进行碳纤维复合材料热压罐成型方法，包括如下步骤：
（1）模具入罐：将待成型碳纤维复合材料3放入模具1的产品腔室11内，并将模具1放入热压罐4内的工作台5上，使模具1的进水管21和出水管22从所述热压罐内伸出；
（2）模具抽真空：通过抽真空阀对模具进行抽真空处理，使其产品腔室11内的真空度≤-0.092MPa，然后关闭热压罐4；
（3）热压罐加压：向关闭的所述热压罐4内冲压，使压力达到碳纤维复合材料的成型压力0.5～1.0MPa；
（4）模具加热：将所述模具1的进水管21和出水管22分别与热压罐4外部的热蒸汽源6连通，使热蒸汽通过进水管21进入所述模具1的加热腔室12内，实现直接对模具加热，待模具内温度达到碳纤维复合材料的成型温度150～180℃后，保温30～40min至固化成型；
（5）脱模成型：将热压罐4卸压，然后将所述模具1的进水管21与冷却水连通，使冷却水通过进水管流入加热腔室内，再从出水管流出，从而使模具进行冷却降温，具体地，通冷却水5～8min后，模具温度降低至40～50℃，此时将热压成型的碳纤维复合材料产品脱模成型。
实施例2
本发明揭示了一种模具自带加热系统的碳纤维复合材料热压罐成型方法，采用模具内部加热成型的方法。
所使用的模具1包括产品腔室11和加热腔室12，所述产品腔室11嵌入在所述加热腔室12内；其中，所述产品腔室11内安装有抽真空阀（未显示）；所述加热腔室2内固定连通有2根导管，分别为进水管21和出水管22，所述进水管21和出水管22的一端与所述加热腔室12连通，其另一端为自由端，可根据需要连通热源或冷却水。所述模具的加热腔室的侧壁面内还安装有热电偶7，热电偶7的电极端通过导线8与所述热压罐4外的电箱9连接。
利用上述模具进行碳纤维复合材料热压罐成型方法，包括如下步骤：
（1）模具入罐：将待成型碳纤维复合材料3放入模具1的产品腔室11内，并将模具1放入热压罐4内的工作台5上，使模具1的进水管21和出水管22从所述热压罐内伸出；
（2）模具抽真空：通过抽真空阀对模具进行抽真空处理，使其产品腔室11内的真空度≤-0.092MPa，然后关闭热压罐4；
（3）热压罐加压：向关闭的所述热压罐4内冲压，使压力达到碳纤维复合材料的成型压力0.5～1.0MPa；
（4）模具加热：将所述模具1的热电偶7通过导线8与热压罐4外部的电箱9连通供电，热电偶7直接给模具1加热，使模具自身温度升高至碳纤维复合材料的成型温度150～180℃后，保温30～40min至固化成型；
（5）脱模成型：将热压罐4卸压，然后将所述模具1的进水管21与冷却水连通，使冷却水通过进水管流入加热腔室内，再从出水管流出，从而使模具进行冷却降温，具体地，通冷却水5～8min后，模具温度降低至40～50℃，此时将热压成型的碳纤维复合材料产品脱模成型。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种模具自带加热系统的碳纤维复合材料热压罐成型方法，其特征在于，采用模具内部加热成型的方法，包括如下步骤：
（1）模具入罐：将放置有待成型碳纤维复合材料的模具放入热压罐内的工作台上，使模具的管路或导线从所述热压罐内伸出；
（2）模具抽真空：通过抽真空阀对模具进行抽真空处理，使模具内达到一定的真空度，然后关闭热压罐；
（3）热压罐加压：向关闭的所述热压罐内冲压，使压力达到碳纤维复合材料的成型压力；
（4）模具加热：直接对模具加热，待模具内温度达到碳纤维复合材料的成型温度后，保温一段时间至固化成型；
（5）脱模成型：将热压罐卸压、模具冷却，最后产品脱模成型。
2.根据权利要求1所述的模具自带加热系统的碳纤维复合材料热压罐成型方法，其特征在于，所述步骤（2）中，所述模具内的真空度≤-0.092MPa。
3.根据权利要求1所述的模具自带加热系统的碳纤维复合材料热压罐成型方法，其特征在于，所述步骤（3）中，所述压力为0.5～1.0MPa。
4.根据权利要求1所述的模具自带加热系统的碳纤维复合材料热压罐成型方法，其特征在于，所述步骤（4）中，所述加热方法为：将所述模具的管路与热压罐外部的热蒸汽源连通，使热蒸汽通过管路进入所述模具内加热并达到成型温度。
5.根据权利要求1所述的模具自带加热系统的碳纤维复合材料热压罐成型方法，其特征在于，所述步骤（4）中，所述加热方法为：将所述模具的导线与热压罐外部的电箱连通，使模具内的热电偶通电加热，从而使所述模具加热并达到成型温度。
6.根据权利要求4或5所述的模具自带加热系统的碳纤维复合材料热压罐成型方法，其特征在于，所述成型温度为150～180℃，保温时间为30～40min。
7.根据权利要求1所述的模具自带加热系统的碳纤维复合材料热压罐成型方法，其特征在于，所述步骤（4）中，所述模具冷却的方法为：将所述模具的管路与冷却水进行冷却降温。
8.根据权利要求5所述的模具自带加热系统的碳纤维复合材料热压罐成型方法，其特征在于，所述模具冷却的工艺条件为：通冷却水5～8min至温度降低至40～50℃。
9.根据权利要求1至5任一项所述的模具自带加热系统的碳纤维复合材料热压罐成型方法，其特征在于，所述模具包括产品腔室和加热腔室，所述产品腔室嵌入在所述加热腔室内；其中，所述产品腔室内安装有抽真空阀；所述加热腔室内固定连通有导管，所述导管的一端与所述加热腔室连通，其另一端为自由端，并伸出所述热压罐外；其中，所述管路有两根，分别为进水管和出水管。
10.根据权利要求9所述的模具自带加热系统的碳纤维复合材料热压罐成型方法，其特征在于，所述模具还安装有热电偶，所述热电偶内置在所述加热腔室的侧壁面内，并通过导电与所述热压罐外的电箱连接。
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