CN108858940A - 一种碳纤维锻造料轻量化法兰的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种碳纤维锻造料轻量化法兰的制备方法，包括备料、填料、成型、加工等步骤，以碳纤维锻造料为原材料，通过模压的工艺，经过加热、加压一定时间，然后快速成型得轻量化法兰毛坯件，再经过法兰机加工各种孔位得到最终成品法兰结构件；本发明重量轻，能明显减少转子重量，进而降低由于后期胶合时由于法兰与轴管微小不同心导致的不平衡量较大的问题，该法兰由于基本组成材质与高端碳纤维传动轴轴管材质一样，不存在电偶腐蚀及热膨胀系数不一样的问题，胶结时连接的牢固程度及稳定性更好，还克服了传统金属法兰耐腐蚀性差的缺点，可以进一步减轻传动轴的重量，便于安装及运输。

Description

一种碳纤维锻造料轻量化法兰的制备方法

技术领域

本发明涉及复合材料技术领域，具体涉及一种碳纤维锻造料轻量化法兰的制备方法。

背景技术

碳纤维复合材料是一种综合性能优异的轻量化结构材料，广泛应用于航空航天、军工和工业等领域，相对与传统钢铁和铝合金等金属材料具有优异的综合性能，一直受到世界各发达国的重视。目前碳纤维已经广泛应用于传动轴等关键结构部位中，而与之胶合的传统金属法兰的耐腐蚀性差，增加传动轴重量较高，不便于安装及运输，所以急需使用一种新型轻量化材料来制备法兰，提升综合性能，实现节能减排。

发明内容

针对上述存在的问题，本发明提出了一种碳纤维锻造料轻量化法兰的制备方法，有效解决了解决传统金属法兰的耐腐蚀性差、增加传动轴重量较高、不便于安装及运输等问题。

为了实现上述的目的，本发明采用以下的技术方案：

一种碳纤维锻造料轻量化法兰的制备方法，该法兰以碳纤维锻造料为原材料，通过模压的工艺，经过加热、加压一定时间，然后快速成型得轻量化法兰毛坯件，再经过法兰机加工各种孔位得到最终成品法兰结构件；具体步骤如下：

1)备料：采用快速固化的复合树脂基体，与碳纤维按比例在捏合机中混合均匀，得碳纤维锻造料备用；

2)填料：按照法兰结构件的体积，计算出碳纤维锻造料的用量，并填充到模具中，保证型腔填满；

3)成型：采用模压固化成型工艺，模压压力值为0.1-100MPa,加热温度为80-180℃，加热时间为10-90min，得轻量化法兰毛坯件；

4)加工：将法兰毛坯件依次经过打磨、补平工序，再用法兰机加工各种孔位，涂装即得成品法兰结构件。

优选的，所述碳纤维采用PAN基碳纤维，碳纤维长度为1-100mm。

优选的，所述PAN基碳纤维选自T300、T700、T800、T1000、M30、M40中的一种或两种及以上的组合物。

优选的，所述树脂基体采用热潜伏性环氧树脂组合物。具体可以双氰胺为固化剂，液态环氧树脂混合物为基体，再配合增韧剂，增稠剂，消泡剂，偶联剂等助剂。

优选的，所述树脂基体在室温20-30℃条件下，贮存期大于20天。

优选的，所述碳纤维锻造料中碳纤维所占质量百分比为20-80％。

优选的，所述碳纤维锻造料的用量为型腔容积的1-2.5倍。

由于采用上述的技术方案，本发明的有益效果是：本发明重量轻，能明显减少转子重量，进而降低由于后期胶合时由于法兰与轴管微小不同心导致的不平衡量较大的问题，该法兰由于基本组成材质与高端碳纤维传动轴轴管材质一样，不存在电偶腐蚀及热膨胀系数不一样的问题，胶结时连接的牢固程度及稳定性更好，还克服了传统金属法兰耐腐蚀性差的缺点，可以进一步减轻传动轴的重量，便于安装及运输。

与目前传统的金属法兰相比，新的锻造制造技术有着相同的机械强度，它完全可以胜任法兰结构件，而且该制备方法的用料可以使用各种碳纤维边角料等废料，也可以是碳纤维复合材料经焚烧等方法获取的回收料，或从连续纤维加工获取，是碳纤维废料及回收料的很好再利用方式，能够实现节能减排。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1：

一种碳纤维锻造料轻量化法兰的制备方法，以碳纤维锻造料为原材料，通过模压的工艺，经过加热、加压到一定时间快速成型成轻量化法兰毛坯件，再经过法兰机加工各种孔位得到最终成品法兰。具体步骤如下：

1)备料：采用自己制备的快速固化树脂基体，与碳纤维按比例在捏合机中混合均匀，得碳纤维锻造料备用；其中，碳纤维种类为T300、T1000、M30三种PAN基碳纤维的组合物，碳纤维的长度范围在1-100mm之间；树脂基体为热潜伏性环氧树脂组合物，在室温20-30℃之间具有20天以上的贮存期；碳纤维锻造料中组成物碳纤维所占质量百分含量为50％；

2)填料：按照法兰结构件的体积，计算出锻造料的用量，填充到模具中，保证型腔填满，锻造料的用量按照其密度乘以模具型腔体积来计算，实际用量为此值的1.8倍；

3)成型：采用模压固化成型工艺，模压压力值为20MPa,锻造料加热温度为180℃，加热时间为60min，得轻量化法兰毛坯件；

4)加工：法兰毛坯件先经过打磨、补平工序后，再用法兰机加工各种孔位，涂装得到成品法兰结构件。

实施例2：

一种碳纤维锻造料轻量化法兰的制备方法，以碳纤维锻造料为原材料，通过模压的工艺，经过加热、加压到一定时间快速成型成轻量化法兰毛坯件，再经过法兰机加工各种孔位得到最终成品法兰。具体步骤如下：

3)备料：采用自己制备的快速固化树脂基体，与碳纤维按比例在捏合机中混合均匀，得碳纤维锻造料备用；其中，碳纤维种类为T700、M40两种PAN基碳纤维的组合物，碳纤维的长度范围在1-100mm之间；树脂基体为热潜伏性环氧树脂组合物，在室温20-30℃之间具有20天以上的贮存期；碳纤维锻造料中组成物碳纤维所占质量百分含量为60％；

4)填料：按照法兰结构件的体积，计算出锻造料的用量，填充到模具中，保证型腔填满，锻造料的用量按照其密度乘以模具型腔体积来计算，实际用量为此值的2.2倍；

3)成型：采用模压固化成型工艺，模压压力值为50MPa,锻造料加热温度为150℃，加热时间为40min，得轻量化法兰毛坯件；

4)加工：法兰毛坯件先经过打磨、补平工序后，再用法兰机加工各种孔位，涂装得到成品法兰结构件。

实施例3：

一种碳纤维锻造料轻量化法兰的制备方法，以碳纤维锻造料为原材料，通过模压的工艺，经过加热、加压到一定时间快速成型成轻量化法兰毛坯件，再经过法兰机加工各种孔位得到最终成品法兰。具体步骤如下：

5)备料：采用自己制备的快速固化树脂基体，与碳纤维按比例在捏合机中混合均匀，得碳纤维锻造料备用；其中，碳纤维种类为T1000、M30两种PAN基碳纤维的组合物，碳纤维的长度范围在1-100mm之间；树脂基体为热潜伏性环氧树脂组合物，在室温20-30℃之间具有20天以上的贮存期；碳纤维锻造料中组成物碳纤维所占质量百分含量为20％；

6)填料：按照法兰结构件的体积，计算出锻造料的用量，填充到模具中，保证型腔填满，锻造料的用量按照其密度乘以模具型腔体积来计算，实际用量为此值的1.2倍；

3)成型：采用模压固化成型工艺，模压压力值为80MPa,锻造料加热温度为120℃，加热时间为50min，得轻量化法兰毛坯件；

4)加工：法兰毛坯件先经过打磨、补平工序后，再用法兰机加工各种孔位，涂装得到成品法兰结构件。

实施例4：

一种碳纤维锻造料轻量化法兰的制备方法，以碳纤维锻造料为原材料，通过模压的工艺，经过加热、加压到一定时间快速成型成轻量化法兰毛坯件，再经过法兰机加工各种孔位得到最终成品法兰。具体步骤如下：

7)备料：采用自己制备的快速固化树脂基体，与碳纤维按比例在捏合机中混合均匀，得碳纤维锻造料备用；其中，碳纤维种类为M30 PAN基碳纤维，碳纤维的长度范围在1-100mm之间；树脂基体为热潜伏性环氧树脂组合物，在室温20-30℃之间具有20天以上的贮存期；碳纤维锻造料中组成物碳纤维所占质量百分含量为80％；

8)填料：按照法兰结构件的体积，计算出锻造料的用量，填充到模具中，保证型腔填满，锻造料的用量按照其密度乘以模具型腔体积来计算，实际用量为此值的2.5倍；

3)成型：采用模压固化成型工艺，模压压力值为25MPa,锻造料加热温度为100℃，加热时间为90min，得轻量化法兰毛坯件；

4)加工：法兰毛坯件先经过打磨、补平工序后，再用法兰机加工各种孔位，涂装得到成品法兰结构件。

实施例5：

一种碳纤维锻造料轻量化法兰的制备方法，以碳纤维锻造料为原材料，通过模压的工艺，经过加热、加压到一定时间快速成型成轻量化法兰毛坯件，再经过法兰机加工各种孔位得到最终成品法兰。具体步骤如下：

9)备料：采用自己制备的快速固化树脂基体，与碳纤维按比例在捏合机中混合均匀，得碳纤维锻造料备用；其中，碳纤维种类为T300、T1000两种PAN基碳纤维的组合物，碳纤维的长度范围在1-100mm之间；树脂基体为热潜伏性环氧树脂组合物，在室温20-30℃之间具有20天以上的贮存期；碳纤维锻造料中组成物碳纤维所占质量百分含量为50％；

10)填料：按照法兰结构件的体积，计算出锻造料的用量，填充到模具中，保证型腔填满，锻造料的用量按照其密度乘以模具型腔体积来计算，实际用量为此值的1.6倍；

3)成型：采用模压固化成型工艺，模压压力值为60MPa,锻造料加热温度为180℃，加热时间为30min，得轻量化法兰毛坯件；

4)加工：法兰毛坯件先经过打磨、补平工序后，再用法兰机加工各种孔位，涂装得到成品法兰结构件。

本发明制得的法兰重量轻，能明显减少转子重量，进而降低由于后期胶合时由于法兰与轴管微小不同心导致的不平衡量较大的问题。该法兰由于基本组成材质与高端碳纤维传动轴轴管材质一样，不存在电偶腐蚀及热膨胀系数不一样的问题，胶结时连接的牢固程度及稳定性更好，还克服了传统金属法兰耐腐蚀性差的缺点，可以进一步减轻传动轴的重量，便于安装及运输。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种碳纤维锻造料轻量化法兰的制备方法，其特征在于：该法兰以碳纤维锻造料为原材料，通过模压的工艺，经过加热、加压一定时间，然后快速成型得轻量化法兰毛坯件，再经过法兰机加工各种孔位得到最终成品法兰结构件；具体步骤如下：

1)备料：采用快速固化的复合树脂基体，与碳纤维按比例在捏合机中混合均匀，得碳纤维锻造料备用；

2)填料：按照法兰结构件的体积，计算出碳纤维锻造料的用量，并填充到模具中，保证型腔填满；

3)成型：采用模压固化成型工艺，模压压力值为0.1-100MPa,加热温度为80-180℃，加热时间为10-90min，得轻量化法兰毛坯件；

4)加工：将法兰毛坯件依次经过打磨、补平工序，再用法兰机加工各种孔位，涂装即得成品法兰结构件。

2.根据权利要求1所述的碳纤维锻造料轻量化法兰的制备方法，其特征在于：所述碳纤维采用PAN基碳纤维，碳纤维长度为1-100mm。

3.根据权利要求2所述的碳纤维锻造料轻量化法兰的制备方法，其特征在于：所述PAN基碳纤维选自T300、T700、T800、T1000、M30、M40中的一种或两种及以上的组合物。

4.根据权利要求1所述的碳纤维锻造料轻量化法兰的制备方法，其特征在于：所述复合树脂基体采用热潜伏性环氧树脂组合物。

5.根据权利要求4所述的碳纤维锻造料轻量化法兰的制备方法，其特征在于：所述复合树脂基体在室温20-30℃条件下，贮存期大于20天。

6.根据权利要求1所述的碳纤维锻造料轻量化法兰的制备方法，其特征在于：所述碳纤维锻造料中碳纤维所占质量百分比为20-80％。

7.根据权利要求1所述的碳纤维锻造料轻量化法兰的制备方法，其特征在于：所述碳纤维锻造料的用量为型腔容积的1-2.5倍。