CN110001088A - 一种碳纤维板件制备装置及方法 - Google Patents

一种碳纤维板件制备装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种碳纤维板件制备装置及方法,方法包括:取出成形模具至型腔外;在成形模具上涂抹脱模剂;在脱模剂上依次铺设碳纤维预浸料和隔离膜;打开侧板,将铺设有隔离膜和碳纤维预浸料的成形模具放入型腔内;将颗粒介质装入型腔内,对颗粒介质和成形模具进行加热至第一设定温度范围;压头逐渐施压至第一设定压力范围;将温度以第一设定速度迅速升至第二设定温度范围,压力升至第三设定值,保温保压第一设定时间值;以第二设定速度继续升温至第三设定温度值,压力增至第四设定值,持续第二设定时间范围;自然冷却至室温,打开侧板使颗粒介质从型腔中流出,碳纤维板件制备完成。本发明中的上述方法能够制备具有较大凹凸槽的碳纤维板件。

Description

一种碳纤维板件制备装置及方法
技术领域
本发明涉及碳纤维板件制备领域,特别是涉及一种碳纤维板件制备装置及方法。
背景技术
碳纤维板件具有拉伸强度高、耐腐蚀性、抗震性、抗冲击性等良好性能,而且其密度较小,质量比同体积下的铝合金还要轻,机械性能却远远优于传统金属材料,因此在汽车制造、航空航天等领域的应用日益泛。
目前碳纤维板件的成形方法主要有模压成形和真空热压罐成形,其中模压法因成形简单效率高、需要辅助材料少所以应用较为广泛。但是,对于形面较为复杂的碳纤维板件,采用刚性凸、凹模模压法加工方法难以保证碳纤维板件各处法向压力的均匀性,进而也难以保证凸、凹模给碳纤维板件传热的均匀性,因此模压法压制的碳纤维板件存在精度不高、各处力学性能不均匀的问题。
使用热压罐法制作碳纤维板件,难以对成形零件提供所需高压力。在吸胶阶段,因为只有树脂压力达到一定值时,气泡不会产生或已产生的气泡可以溶解于树脂中而被消除;另外,成形过程产生的气体主要进入到树脂中,通过树脂的流动带出纤维体外,而树脂的流动需要较大压力。在最后的保温保压阶段需要足够大压力使层片间充分压实,所以使用真空热压罐法容易因压力不足而出现孔隙、分层的问题。
所以,现有技术中的制备工艺制备具有较大凹凸槽的碳纤维板件效果较差。
发明内容
本发明的目的是提供一种碳纤维板件制备装置及方法,来制备具有较大凹凸槽的碳纤维板件。
为实现上述目的,本发明提供了如下方案:
一种碳纤维板件制备装置,其特征在于,所述装置包括:
型腔,用于盛放颗粒介质;
侧板,位于所述型腔的一侧,与所述型腔活动连接,并与所述型腔组成一个开口向上的半封闭空间;
成形模具,位于所述型腔底部;
顶盖,位于所述型腔的上方,并与所述型腔固定连接;
压边块,位于所述所述成形模具上方;
型腔加热器,位于所述型腔的侧壁内部。
可选的,所述装置还包括:
侧板螺栓,用于连接所述侧板和所述型腔;
顶盖螺栓,用于连接所述顶盖和所述型腔。
本发明还另外提供一种碳纤维板件制备方法,所述方法应用于上述的碳纤维板件制备装置,所述方法包括:
取出成形模具至型腔外;
在成形模具上涂抹脱模剂;
在脱模剂上铺设碳纤维预浸料;
在碳纤维预浸料上铺设隔离膜;
打开侧板,将铺设有隔离膜和碳纤维预浸料的成形模具放入型腔内;
将颗粒介质装入型腔内,
对颗粒介质和成形模具进行加热至第一设定温度范围;
压头逐渐施压至第一设定压力范围;
将温度以第一设定速度迅速升至第二设定温度范围,压力升至第三设定值,保温保压第一设定时间值;
以第二设定速度继续升温至第三设定温度值,压力增至第四设定值,持续第二设定时间范围;
自然冷却至室温,打开侧板使颗粒介质从型腔中流出,碳纤维板件制备完成。
可选的,所述方法在碳纤维预浸料上铺设隔离膜之后还包括:使用压边块对隔离膜进行压紧。
可选的,所述第一设定温度范围为35℃-45℃。
可选的,所述第一设定压力范围为2-3Mpa。
可选的,所述第一设定速度为5℃/min,所述第二设定温度范围为100℃-110℃,所述第三设定值为10MPa,所述第一设定时间为15min。
可选的,所述第二设定速度为8℃/min,所述第三设定温度值为230℃,所述第四设定值为15MPa,所述第二设定时间范围为10-15min。
可选的,所述颗粒介质的粒径为1.0-1.2mm。
可选的,所述颗粒介质的材质为二氧化硅。
根据本发明提供的具体实施例,本发明公开了以下技术效果:
本发明中的上述方法,首先按照模具形状层铺碳纤维,并且取件时首先要将颗粒介质取出,再取出成形板件,而且,本发明中的上述方法能够制备具有较大凹凸槽的板件,且能够成形的碳纤维板件的种类更多,范围更大。
另外,本发明使用非金属颗粒介质传递压力,其加载卸载方便,能够为纤维基体提供相对均匀的高压力,使纤维层与树脂基体充分反应,同时气泡容易溶解,多余树脂可以携带气泡流出;固化阶段能够将碳纤维层片间充分压实,不易出现分层现象,而且不需要大量的辅助材料。本发明仅使用一个凸模(或凹模),主要起到确定型面和传热作用,另一半模型使用非金属颗粒介质传递压力,利用颗粒介质在高压和高温条件下,具有良好的流动性和传热性,使压力与温度相对均匀分布,提高板件贴模精度,制作不同板件只需更换一个模具,降低了模具制作成本。当成形温度压力越接近模压料所需温度压力值时,所用热压时间、保温时间越短。由于使用本发明成形某些压力需求高、厚度较大的高性能碳纤维板件时,根据颗粒介质传热、传压均匀与提供压力大的特点,因此能够提高零件成形品质、缩短制作时间、提高生产效率。
SiO2微珠(粒径为1.0~1.2mm)在成形所需压力范围内不会发生严重变形,其承压堆积存在的空隙,所以在成形过程中产生的气体与多余的环氧树脂胶直接进入到颗粒介质中,这样简化了排气排胶工艺。
由于有些碳纤维板件成形过程中保压时间、固化时间较长,采用机械锁死装置将压头位置固定,而不再采取液压机持续加载,能够大幅降低成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动性的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例碳纤维板件制备装置处于初始状态时结构示意图;
图2为本发明实施例碳纤维板件制备装置热压形成阶段结构示意图;
图3为本发明实施例碳纤维板件制备装置卸料取件阶段结构示意图;
图4为本发明实施例碳纤维板件制备方法流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做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。
本发明的目的是提供一种碳纤维板件制备装置及方法,来制备具有较大凹凸槽的碳纤维板件。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂,下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明实施例碳纤维板件制备装置处于初始状态时结构示意图;图2为本发明实施例碳纤维板件制备装置热压形成阶段结构示意图;图3为本发明实施例碳纤维板件制备装置卸料取件阶段结构示意图,如图1-图3所示,所述装置包括:
型腔1,用于盛放颗粒介质;
侧板2,位于所述型腔的一侧,与所述型腔活动连接,并与所述型腔组成一个开口向上的半封闭空间;
成形模具3,位于所述型腔底部;
顶盖4,位于所述型腔的上方,并与所述型腔固定连接;
压边块5,位于所述所述成形模具上方;
型腔加热器6,位于所述型腔的侧壁内部。
侧板螺栓7,用于连接所述侧板和所述型腔;
顶盖螺栓8,用于连接所述顶盖和所述型腔;
压边块固定螺栓9,用于固定压边块。。
图4为本发明实施例碳纤维板件制备方法流程图,所述方法包括:
步骤101:取出成形模具至型腔外。
其中,为了方便层铺碳纤维预浸料,需要将模具取出,在型腔外进行层铺。
步骤102:在成形模具上涂抹脱模剂。
步骤103:在脱模剂上铺设碳纤维预浸料10。
由于碳纤维预浸料本身具有一定粘稠度,因此可以在模具上层铺出大致形状,如图1所示,图1中为碳纤维预浸料10铺设在模具上的状态。
步骤104:在碳纤维预浸料上铺设隔离膜11。
如图1所示,图1中为隔离膜铺设在碳纤维预浸料10上的状态。
步骤105:使用压边块对隔离膜进行压紧。
其中,在隔离膜层铺完成之后,为了防止成形过程中颗粒介质从边缘进入碳纤维底部以及纤维层出现褶皱,因此需要使用压边块对隔离膜进行压紧。
步骤106:打开侧板,将铺设有隔离膜和碳纤维预浸料的成形模具放入型腔内。
上述步骤101-步骤106为本发明中制备方法的准备阶段。
步骤107:将颗粒介质装入型腔内。
其中,颗粒介质的粒径为1.0-1.2mm,颗粒介质的材质为二氧化硅。
如图2所示,图2中型腔内为颗粒物介质12。
步骤108:对颗粒介质和成形模具进行加热至第一设定温度范围。
其中,第一设定温度范围为35℃-45℃。
步骤109:压头逐渐施压至第一设定压力范围。
如图2所示,图2中压头为13,压头加热器为14。
其中,第一设定压力范围为2-3Mpa,能够使得预浸料与模具贴合相对紧密。
步骤110:将温度以第一设定速度迅速升至第二设定温度范围,压力升至第三设定值,保温保压第一设定时间值。
其中,所述第一设定速度为5℃/min,所述第二设定温度范围为100℃-110℃,所述第三设定值为10MPa,所述第一设定时间为15min。
在这一压力下树脂融化后充分浸渍纤维,因为颗粒介质存在空隙率,模具存在缝隙使气压与外界相通,所以在压力作用下纤维层与颗粒介质之间产生一定压力差,而且此时树脂胶的流动性并不是很好,加之隔离膜的阻隔作用,会有一部分多余的树脂夹杂产生的气泡透过被挤压进入颗粒介质中。
上述步骤107-步骤110为吸胶阶段。
步骤111:以第二设定速度继续升温至第三设定温度值,压力增至第四设定值,持续第二设定时间范围。
其中,第二设定速度为8℃/min,第三设定温度值为230℃,第四设定值为15MPa,第二设定时间范围为10-15min。
吸胶阶段完成后,树脂逐渐变为半固态,挥发物被充分排出。
上述步骤111为继续升温阶段和热压固化阶段。
步骤112:自然冷却至室温,打开侧板使颗粒介质从型腔中流出,碳纤维板件制备完成。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述,每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处,各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述,以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想;同时,对于本领域的一般技术人员,依据本发明的思想,在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述,本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种碳纤维板件制备装置,其特征在于,所述装置包括:
型腔,用于盛放颗粒介质;
侧板,位于所述型腔的一侧,与所述型腔活动连接,并与所述型腔组成一个开口向上的半封闭空间;
成形模具,位于所述型腔底部;
顶盖,位于所述型腔的上方,并与所述型腔固定连接;
压边块,位于所述所述成形模具上方;
型腔加热器,位于所述型腔的侧壁内部。
2.根据权利要求1所述的碳纤维板件制备装置,其特征在于,所述装置还包括:
侧板螺栓,用于连接所述侧板和所述型腔;
顶盖螺栓,用于连接所述顶盖和所述型腔。
3.一种碳纤维板件制备方法,其特征在于,所述方法应用于如权利要求1-2任意一项所述的碳纤维板件制备装置,所述方法包括:
取出成形模具至型腔外;
在成形模具上涂抹脱模剂;
在脱模剂上铺设碳纤维预浸料;
在碳纤维预浸料上铺设隔离膜;
打开侧板,将铺设有隔离膜和碳纤维预浸料的成形模具放入型腔内;
将颗粒介质装入型腔内,
对颗粒介质和成形模具进行加热至第一设定温度范围;
压头逐渐施压至第一设定压力范围;
将温度以第一设定速度迅速升至第二设定温度范围,压力升至第三设定值,保温保压第一设定时间值;
以第二设定速度继续升温至第三设定温度值,压力增至第四设定值,持续第二设定时间范围;
自然冷却至室温,打开侧板使颗粒介质从型腔中流出,碳纤维板件制备完成。
4.根据权利要求3所述的碳纤维板件制备方法,其特征在于,所述方法在碳纤维预浸料上铺设隔离膜之后还包括:使用压边块对隔离膜进行压紧。
5.根据权利要求3所述的碳纤维板件制备方法,其特征在于,所述第一设定温度范围为35℃-45℃。
6.根据权利要求3所述的碳纤维板件制备方法,其特征在于,所述第一设定压力范围为2-3Mpa。
7.根据权利要求3所述的碳纤维板件制备方法,其特征在于,所述第一设定速度为5℃/min,所述第二设定温度范围为100℃-110℃,所述第三设定值为10MPa,所述第一设定时间为15min。
8.根据权利要求3所述的碳纤维板件制备方法,其特征在于,所述第二设定速度为8℃/min,所述第三设定温度值为230℃,所述第四设定值为15MPa,所述第二设定时间范围为10-15min。
9.根据权利要求3所述的碳纤维板件制备方法,其特征在于,所述颗粒介质的粒径为1.0-1.2mm。
10.根据权利要求3所述的碳纤维板件制备方法,其特征在于,所述颗粒介质的材质为二氧化硅。
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