CN108972986A - 提高碳纤维复合材料薄壁件树脂传递模塑成型质量的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种提高碳纤维复合材料薄壁件树脂传递模塑成型质量的方法，步骤为：1)在模具设备中铺好碳纤维布；2)树脂压力溢流阀调整至低阈值(1～2MPa)，采用低压泵站对模具充入低压树脂，达到溢流压力后在溢流阀溢出；3)调整溢流阀至高阈值(100～200MPa)，关闭树脂低压泵站，通过加热装置对模具进行加热；4)打开高压泵站，通过超高压增压器施加压力，并经过压力阀对模具中的过量树脂施加100～200MPa的准静态超高压，保温保压，树脂材料固化成型；5)打开模具取出成型的碳纤维构件，本发明能够降低孔隙率、提高表面光洁度、促进树脂填充零件小尺寸特征，显著提高构件RTM成型质量。

Description

提高碳纤维复合材料薄壁件树脂传递模塑成型质量的方法
技术领域
本发明属于碳纤维增强树脂基复合材料成型的技术领域，尤其涉及一种提高碳纤维复合材料薄壁件树脂传递模塑成型质量的方法。
背景技术
碳纤维增强复合材料是一种先进的轻量化材料，具有密度低、强度高、耐腐蚀、耐冲击等特点，近年来在大飞机、轮船以及高机动越野车上得到了广泛应用。碳纤维复合材料薄壁构件的成型方法之一为树脂传递模塑成型，简称RTM成型。其工艺步骤为通过抽真空、加压等方式将树脂注入高温模具中，树脂在流动过程中完成对预成型基体的浸润，经过保温、保压以及固化成型得到碳纤维复合材料薄壁曲面件。
然而，碳纤维复合材料薄壁构件采用传统RTM成型后，还存在二点不足：1、薄壁曲面件存在小尺寸特征和复杂结构，填充压力较低时，树脂与模具接触不充分，树脂填充效果差，可能会产生褶皱、孔洞等缺陷，影响成型试件的表面光洁度；2、由于注入速度快以及构件结构复杂，低压注射时树脂材料中残留小体积气泡无法排出，影响构件的成型质量，进一步降低构件的强度和使用寿命。
有学者提出高压RTM成型方法(HP-RTM)解决该问题，但采用HP-RTM成型时，其压力约为2-30MPa，高压注入过程中，碳纤维受到高速流动的树脂材料作用容易发生偏转、缠结、非均匀分布，所得构件成型质量较差，无法满足使用要求。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述存在的问题，提供一种提高碳纤维复合材料薄壁件树脂传递模塑成型质量的方法，有效减少碳纤维制品中的孔隙率、提高构件表面光洁度，从而显著提高碳纤维复合材料构件成型质量。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：提高碳纤维复合材料薄壁件
树脂传递模塑成型质量的方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1)设备安装：将上模和下模对称安装，上模的弧形凸面与下模的弧形凹面形成树脂成型腔，在树脂成型腔中铺设碳纤维布，树脂成型腔两端头分别设有密封装置，上模和下模连接加热装置，下模中设有树脂进孔，上模中设有树脂出孔，树脂进孔和树脂出孔均与树脂成型腔相贯通，树脂进孔通过进液管及增压管分别与树脂低压泵站及增压系统相连，增压系统包括沿增压管依次设置的压力控制阀、超高压增压器和高压泵站，树脂出孔通过出液管与树脂回收箱相连，出液管上设有溢流阀；
S2)低压注入树脂：将溢流阀设定在低压力阈值，树脂低压泵站对树脂成型腔充入树脂，树脂压力超过低压力阈值后溢流流出；
S3)调整阈值并加热模具：将溢流阀设定在高压力阈值，关闭树脂低压泵站，通过加热装置对模具进行加热；
S4)固化成型，启动高压泵站，通过超高压增压器产生100～200MPa的准静态超高压，并通过压力控制阀将油压1:1转换为树脂压力，此时树脂材料在超高压下通过溢流阀溢流流出，高温高压下模具中树脂逐渐固化成型；
S5)脱模取件：打开模具取出最终成型的碳纤维复合材料构件。
按上述方案，所述步骤S1)中密封装置为五层耐高压V型密封圈，加热装置为电阻丝。
按上述方案，所述步骤S2)中低压力阈值为1～2MPa，所述充入过程应为混合好固化剂的耐高压环氧树脂，所述步骤S3)中高压力阈值为100～200MPa。
本发明的有益效果是：提出一种提高碳纤维复合材料薄壁件树脂传递模塑成型质量的方法，环氧树脂在较低压力(1～2MPa)注入，避免碳纤维受到高速流体冲击导致偏转、缠结与非均匀分布。完成注入后，通过超高压增压器和压力阀，对注入后的树脂施加100～200MPa的准静态超高压，通过超高压对过量树脂进行压实处理，极大减少成品中的残留气泡、降低孔隙率、提高碳纤维复合材料构件表面光洁度，从而显著提高构件RTM成型质量，降低废品率。
附图说明
图1为本发明一个实施例的设备分布图。
其中：1-树脂回收箱、2-溢流阀、3-耐高压V型密封圈、4-上模、5-下模、6-树脂低压泵站、7-压力控制阀、8-超高压增压器、9-高压泵站。
具体实施方式
为更好地理解本发明，下面结合附图和实施例对本发明作进一步的描述。
如图1所示，提高碳纤维复合材料薄壁件树脂传递模塑成型质量的方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1)设备安装：将上模4和下模5对称安装，上模的弧形凸面与下模的弧形凹面形成树脂成型腔，在树脂成型腔中铺设碳纤维布，树脂成型腔两端头分别设有密封装置，上模和下模连接加热装置，下模中设有树脂进孔，上模中设有树脂出孔，树脂进孔和树脂出孔均与树脂成型腔相贯通，树脂进孔通过进液管及增压管分别与树脂低压泵站6及增压系统相连，增压系统包括沿增压管依次设置的压力控制阀7、超高压增压器8和高压泵站9，树脂出孔通过出液管与树脂回收箱1相连，出液管上设有溢流阀2，溢流阀为溢流压力阈值可调的溢流阀，可满足不同压力工况下的溢流要求；
S2)低压注入树脂：将溢流阀设定在低压力阈值，树脂低压泵站对树脂成型腔充入树脂，树脂压力超过低压力阈值后溢流流出；
S3)调整阈值并加热模具：将溢流阀设定在高压力阈值，关闭树脂低压泵站，通过加热装置对模具进行加热；
S4)固化成型，启动高压泵站，通过超高压增压器产生准静态100～200MPa的准静态超高压，并通过压力控制阀将油压1:1转换为树脂压力，此时树脂材料在超高压下通过溢流阀溢流流出，高温高压下模具中树脂逐渐固化成型；
S5)脱模取件：打开模具取出最终成型的碳纤维复合材料构件。
步骤S1)中密封装置为五层耐高压V型密封圈3，可以重复使用，加热装置为电阻丝。
步骤S2)中低压力阈值为1～2MPa，所述充入过程应为混合好固化剂的耐高压环氧树脂，所述步骤S3)中高压力阈值为100～200MPa。超高压应不低于100MPa、不高于200MPa，以减少树脂中的气泡、降低孔隙率、提高表面光洁度、促进树脂材料填充模具小尺寸特征，改善零件成型质量。
实施例一
现以汽车碳纤维复合材料前引擎盖产品为例来进一步阐述本发明。
步骤S1中使用的碳纤维材料，为多层碳纤维布，按照(0，90)、(±45)、(0，90)、(±45)、(0，90)的方式排布。其密度为350g/m2，经过激光切割处理，以满足成型要求。
步骤S1中使用的模具分上下模，在注入树脂前，先对模具进行80±5℃的预热。
步骤S2中使用的树脂体系为605环氧树脂，固化剂选用T31固化剂，树脂与固化剂按1：1的比例混合，树脂材料含量(重量百分比)为50～55％，碳纤维材料含量45～50％。
步骤S2中注入的过量树脂比例为1.05～1.10。
步骤S2中使用树脂低压泵站注入树脂，注入压力为1～2MPa。
步骤S2和S3中使用的树脂压力溢流阀可独立调节控制，其溢流压力可调范围为1～200MPa。
步骤S3中通过电阻丝对模具加热，模具温度位于120～140℃之间。
步骤S4中使用可独立拆卸的压力控制阀与超高压增压器，均可重复使用与更换。
步骤S4中维持25min的150MPa的准静态超高压，并进行保压。
步骤S5脱模取件。
上面结合本发明进行了示例性描述，但是本发明并不受限于上述方式，只要采用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直接应用于其他场合的，均落在本发明的保护范围内。

Claims (3)

1.提高碳纤维复合材料薄壁件树脂传递模塑成型质量的方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1)设备安装：将上模和下模对称安装，上模的弧形凸面与下模的弧形凹面形成树脂成型腔，在树脂成型腔中铺设碳纤维布，树脂成型腔两端头分别设有密封装置，上模和下模连接加热装置，下模中设有树脂进孔，上模中设有树脂出孔，树脂进孔和树脂出孔均与树脂成型腔相贯通，树脂进孔通过进液管及增压管分别与树脂低压泵站及增压系统相连，增压系统包括沿增压管依次设置的压力控制阀、超高压增压器和高压泵站，树脂出孔通过出液管与树脂回收箱相连，出液管上设有溢流阀；
S2)低压注入树脂：将溢流阀设定在低压力阈值，树脂低压泵站对树脂成型腔充入树脂，树脂压力超过低压力阈值后溢流流出；
S3)调整阈值并加热模具：将溢流阀设定在高压力阈值，关闭树脂低压泵站，通过加热装置对模具进行加热；
S4)固化成型，启动高压泵站，通过超高压增压器产生100～200MPa的准静态超高压，并通过压力控制阀将油压1:1转换为树脂压力，此时树脂材料在超高压下通过溢流阀溢流流出，高温高压下模具中树脂逐渐固化成型；
S5)脱模取件：打开模具取出最终成型的碳纤维复合材料构件。
2.根据上述权利要求1所述的提高碳纤维复合材料薄壁件树脂传递模塑成型质量的方法，其特征在于，所述步骤S1)中密封装置为五层耐高压V型密封圈，加热装置为电阻丝。
3.根据上述权利要求1所述的提高碳纤维复合材料薄壁件树脂传递模塑成型质量的方法，其特征在于，所述步骤S2)中低压力阈值为1～2MPa，所述充入过程应为混合好固化剂的耐高压环氧树脂，所述步骤S3)中高压力阈值为100～200MPa。
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