CN109648939A - 一种碳纤维复合材料泡沫夹层结构及其成型工艺方法 - Google Patents

一种碳纤维复合材料泡沫夹层结构及其成型工艺方法 Download PDF

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Abstract

一种碳纤维复合材料泡沫夹层结构及其成型工艺方法。该方法采用具有矩阵排列的增强孔的PVC泡沫作为芯材，将碳纤维表皮和PVC泡沫芯材用增强纤维和环氧树脂胶粘粘到一起，再使用热压机层压工艺加热加压，能够很好地将增强材料与芯材融为一体，提高夹层结构的层间剪切性能。同时，PVC泡沫上的增强孔在成型完成后，孔内完全注入环氧树脂，达到了阵列承重孔的效果，起到一个支撑效果，并在使用螺栓进行机械连接其他物件时可大幅提高夹层板的压缩强度，加大了局部区域的刚性，提高了夹层结构板的整体性能。

Description

一种碳纤维复合材料泡沫夹层结构及其成型工艺方法
技术领域
本发明属于复合材料技术领域，涉及一种碳纤维复合材料泡沫夹层结构及其成型工艺方法。
背景技术
近年来，材料及工艺技术更新换代，在重量控制上实现了质的飞跃。夹层结构复合材料的成功应用更是轻质高强复合材料发展史上的一个里程碑，在建筑、汽车、飞机、高铁及室内外地板及装饰材料上得到了广泛的应用。
目前，常使用的为单一碳纤维复合材料，其存在的缺点为采用准各向同性铺层的等效刚度偏弱，不足以发挥碳纤维丝束的优点，同时其断裂伸长率低，在遭受冲击后容易引起损伤，并引起复合材料力学性能大幅度地降低，尤其是冲击后的剩余压缩强度明显降低。碳纤维夹层结构既充分利用了纤维材料强度高、重量轻的优势，又巧妙地借助轻质芯材所获得的截面惯性矩，可以达到理想的结构性能。与此同时，中间夹心的压缩强度较低，普通的螺栓容易将夹层板压塌，无法满足传统的接口需求。
因此，如何解决上述问题，是本领域技术人员着重要研究的内容。
发明内容
为克服上述现有技术中的不足，本发明目的在于提供碳纤维复合材料泡沫夹层结构及其成型工艺方法。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种碳纤维复合材料泡沫夹层结构，包括芯层、上表层和下表层；所述芯层设置在所述上表层和下表层之间；所述芯层为PVC泡沫，所述PVC泡沫上设有矩阵排列的增强孔；所述上表层包括沿芯层上表面向上依次设置的增强纤维布层和碳纤维表皮层；所述下表层包括沿芯层下表面向下依次设置的增强纤维布层和碳纤维表皮层；所述增强纤维布层与所述芯层之间经环氧树脂胶黏压合；所述碳纤维表皮层与所述增强纤维布层之间也经环氧树脂胶黏压合。
本发明还提供一种碳纤维复合材料泡沫夹层结构的成型工艺方法，包括以下步骤：
A、加工PVC泡沫上的增强孔：使用机床或人工在PVC泡沫上加工直径为2-4mm的通孔，这些通孔之间呈间距为10～20mm的矩阵排列；
B、PVC泡沫的清洁：使用蘸有无水乙醇的脱脂纱布擦拭步骤A中的PVC泡沫表面，再用风枪清洁所述PVC泡沫表面；
C、碳纤维表皮预处理、清洁：压制碳纤维表皮层时，在其一侧铺设100g/m2密度的带细孔网格尼龙布，待表皮层固化成型后，去除该尼龙布，使其表面形成致密的网格，增大胶接面；使用80目的砂纸以水平和竖直两个方向分别打磨碳纤维表皮需胶结的一面；再使用蘸有无水乙醇的脱脂纱布擦拭被打磨后的碳纤维表皮，去除打磨残余的灰尘和渣滓，晾干后再用风枪清理碳纤维表皮；
D、裁剪增强纤维布：裁剪出与步骤A中所述PVC泡沫同样大小的增强纤维布；
E、铺设、胶结：先将经步骤C处理后的碳纤维表层固定在钢化玻璃上，并逐层铺设步骤D处理后的增强纤维布、步骤B清洁后的PVC泡沫、步骤D处理后的增强纤维布、及步骤C处理后的碳纤维表皮；且在每两层之间均涂刷环氧树脂胶；
F、压合、固化：将铺设好的多层PVC泡沫、增强纤维布及碳纤维表皮，以钢化玻璃为底，整体放入热压机中，设置压力为0.25兆帕、以3℃/min的速度升温至60℃，且保温90分钟，压合、固化；固化完成后，脱模即得产品。
上述方案中，有关内容解释如下：
1、上述方案中，在步骤B中，用使用蘸有无水乙醇的脱脂纱布擦拭步骤A中的PVC泡沫表面，以去除可能存在的油污，再用风枪清洁PVC泡沫表面，不允许有多余物。
2、上述方案中，在步骤E中，钢化玻璃采用光洁的一块，并在钢化玻璃铺设一层单硅膜，再将碳纤维表皮用胶带初步固定在单硅膜上，这样，在胶带的保护下，可以让多余的环氧树脂胶不会渗到碳纤维表皮的外表面上，从而使得复合板成型后的表面更干净，有效解决了复合板在胶结过程中表面有斑驳的胶层这一缺陷。
由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有的有益效果是：
本发明采用具有矩阵排列的增强孔的PVC泡沫作为芯材，将碳纤维表皮和PVC泡沫芯材用增强纤维和环氧树脂胶粘粘到一起，再使用平板硫化机层压工艺加热加压，能够很好地将增强材料与芯材融为一体，提高夹层结构的层间剪切性能。同时，PVC泡沫上的增强孔在成型完成后，孔内完全注入环氧树脂胶，达到了一个承重墙的效果，起到一个支撑效果，并在使用螺丝进行机械连接其他物件时可大量提高复合板的抗变形强度，加大了每个点的刚性，提高了复合板夹层结构的整体性能。通过该方法获得的复合材料夹层结构具有良好的整体性能，较高的剥离强度以及较高的成型精度。本发明具有突出的实质性特点和显著的进步。
附图说明
图1、本发明碳纤维复合材料泡沫夹层结构示意图。
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。
实施例：
如图1所示，一种碳纤维复合材料泡沫夹层结构，包括芯层1、上表层和下表层；所述芯层设置在所述上表层和下表层之间；所述芯层1为PVC泡沫，所述PVC泡沫上设有矩阵排列的增强孔(图中未示出)；所述上表层包括沿芯层1上表面向上依次设置的增强纤维布层3和碳纤维表皮层4；所述下表层包括沿芯层1下表面向下依次设置的增强纤维布层3和碳纤维表皮层4；所述增强纤维布层3与所述芯层1之间经环氧树脂胶5黏压合；所述碳纤维表皮层4与所述增强纤维布层3之间也经环氧树脂胶5黏压合。
本发明还提供一种碳纤维复合材料泡沫夹层结构的成型工艺方法，包括以下步骤：
A、加工PVC泡沫上的增强孔：使用机床或人工在PVC泡沫上加工直径为2-4mm的通孔，这些通孔之间呈间距为10～20mm的矩阵排列；
B、PVC泡沫的清洁：使用蘸有无水乙醇的脱脂纱布擦拭步骤A中的PVC泡沫表面，再用风枪清洁所述PVC泡沫表面；
C、碳纤维表皮预处理、清洁：压制碳纤维表皮层时，在其一侧铺设100g/m2密度的带细孔网格尼龙布，待表皮层固化成型后，去除该尼龙布，使其表面形成致密的网格，增大胶接面；使用80目的砂纸以水平和竖直两个方向分别打磨碳纤维表皮需胶结的一面；再使用蘸有无水乙醇的脱脂纱布擦拭被打磨后的碳纤维表皮，去除打磨残余的灰尘和渣滓，晾干后再用风枪清理碳纤维表皮；
D、裁剪增强纤维布：裁剪出与步骤A中所述PVC泡沫同样大小的增强纤维布；
E、铺设、胶结：先将经步骤C处理后的碳纤维表层固定在钢化玻璃上，并逐层铺设步骤D处理后的增强纤维布、步骤B清洁后的PVC泡沫、步骤D处理后的增强纤维布、及步骤C处理后的碳纤维表皮；且在每两层之间均涂刷环氧树脂胶；
F、压合、固化：将铺设好的多层PVC泡沫、增强纤维布及碳纤维表皮，以钢化玻璃为底，整体放入热压机中，设置压力为0.25兆帕、以3℃/min的速度升温至60℃，且保温90分钟，压合、固化；固化完成后，脱模即得产品。
在步骤B中，用使用蘸有无水乙醇的脱脂纱布擦拭步骤A中的PVC泡沫表面，以去除可能存在的油污，再用风枪清洁PVC泡沫表面，不允许有多余物。
在步骤E中，钢化玻璃采用光洁的一块，并在钢化玻璃铺设一层单硅膜，再将碳纤维表皮用胶带初步固定在单硅膜上，这样，在胶带的保护下，可以让多余的环氧树脂胶不会渗到碳纤维表皮的外表面上，从而使得复合板成型后的表面更干净，有效解决了复合板在胶结过程中表面有斑驳的胶层这一缺陷。
本发明采用具有矩阵排列的增强孔的PVC泡沫作为芯材，将碳纤维表皮和PVC泡沫芯材用增强纤维和环氧树脂胶粘粘到一起，再使用平板硫化机层压工艺加热加压，能够很好地将增强材料与芯材融为一体，提高夹层结构的层间剪切性能。同时，PVC泡沫上的增强孔在成型完成后，孔内完全注入环氧树脂胶，达到了一个承重墙的效果，起到一个支撑效果，并在使用螺丝进行机械连接其他物件时可大量提高复合板的抗变形强度，加大了每个点的刚性，提高了复合板夹层结构的整体性能。通过该方法获得的复合材料夹层结构具有良好的整体性能，较高的剥离强度以及较高的成型精度。本发明具有突出的实质性特点和显著的进步。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (2)

1.一种碳纤维复合材料泡沫夹层结构，其特征在于：包括芯层、上表层和下表层；所述芯层设置在所述上表层和下表层之间；所述芯层为PVC泡沫，所述PVC泡沫上设有矩阵排列的增强孔；所述上表层包括沿芯层上表面向上依次设置的增强纤维布层和碳纤维表皮层；所述下表层包括沿芯层下表面向下依次设置的增强纤维布层和碳纤维表皮层；所述增强纤维布层与所述芯层之间经环氧树脂胶黏压合；所述碳纤维表皮层与所述增强纤维布层之间也经环氧树脂胶黏压合。
2.一种根据权利要求1所述的碳纤维复合材料泡沫夹层结构的成型工艺方法，其特征在于：包括以下步骤：
A、加工PVC泡沫上的增强孔：使用机床或人工在PVC泡沫上加工直径为2-4mm的通孔，这些通孔之间呈间距为10～20mm的矩阵排列；
B、PVC泡沫的清洁：使用蘸有无水乙醇的脱脂纱布擦拭步骤A中的PVC泡沫表面，再用风枪清洁所述PVC泡沫表面；
C、碳纤维表皮预处理、清洁：压制碳纤维表皮层时，在其一侧铺设100g/m2密度的带细孔网格尼龙布，待表皮层固化成型后，去除该尼龙布，使其表面形成致密的网格，增大胶接面；使用80目的砂纸以水平和竖直两个方向分别打磨碳纤维表皮需胶结的一面；再使用蘸有无水乙醇的脱脂纱布擦拭被打磨后的碳纤维表皮，去除打磨残余的灰尘和渣滓，晾干后再用风枪清理碳纤维表皮；
D、裁剪增强纤维布：裁剪出与步骤A中所述PVC泡沫同样大小的增强纤维布；
E、铺设、胶结：先将经步骤C处理后的碳纤维表层固定在钢化玻璃上，并逐层铺设步骤D处理后的增强纤维布、步骤B清洁后的PVC泡沫、步骤D处理后的增强纤维布、及步骤C处理后的碳纤维表皮；且在每两层之间均涂刷环氧树脂胶；
F、压合、固化：将铺设好的多层PVC泡沫、增强纤维布及碳纤维表皮，以钢化玻璃为底，整体放入热压机中，设置压力为0.25兆帕、以3℃/min的速度升温至60℃，且保温90分钟，压合、固化；固化完成后，脱模即得产品。
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