CN110228214A - 一种连续纤维增强型塑料汽车零件的快速成型方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种连续纤维增强型塑料汽车零件的快速成型方法，包括如下步骤：S1：成型硅胶底模；S2：在硅胶底模型腔内铺设连续纤维层；S3：在真空低温条件下用树脂浸润连续纤维层；S4：高温热压固化成型汽车零件。采用本申请的连续纤维增强型塑料汽车零件的快速成型方法，节约了生产成本以及保证了成型质量。
Description
技术领域
本发明涉及连续纤维增强型塑料成型技术领域，具体涉及一种连续纤维增强型塑料汽车零件的快速成型方法。
背景技术
相比纤维束不连续的短纤、长纤增强树脂，连续纤维增强热固性树脂比强度、比模量更高，在汽车上使用，能大大降低整车重量，因此被广泛应用于汽车零件领域。
汽车零件为大批量生产品，常规的连续纤维增强树脂的生产工艺节奏较慢，不能满足汽车量产的需求。目前，连续纤维增强热固性树脂零件快速成型工艺有高压树脂传递模塑工艺(HPRTM)和湿法模压工艺(WCM)，HPRTM为高温合模树脂灌注工艺，由于树脂快速固化，要求较高的树脂注入压力以确保树脂凝胶前充分浸润纤维层，同时为避免高压树脂注入时冲散纤维层，需要采用热溶粘接树脂对纤维层进行预固定，这些均需要专门设备和模具，成本较高。WCM为高温开模浇淋树脂，再合模固化，在成型零件时，未制作真空，成型后的零件表面和内部均有小的气泡，外观和性能均不理想。同时这两种传统快速成型工艺，由于要求树脂快速浸润纤维层，对树脂的黏度和浸润性要求均较苛刻。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种连续纤维增强型塑料汽车零件的快速成型方法，以便节约生产成本以及保证成型质量。
本发明通过以下技术手段解决上述问题：一种连续纤维增强型塑料汽车零件的快速成型方法，包括如下步骤：
S1：成型硅胶底模：采用硅胶树脂热固成型工艺成型硅胶底模；
S2：在硅胶底模型腔内铺设连续纤维层：将硅胶底模型腔的表面擦拭干净，打上脱模剂，将连续纤维层紧密贴合在硅胶底模型腔内；
S3：在真空低温条件下用树脂浸润连续纤维层：在连续纤维层表面铺设覆盖层，覆盖层边缘通过密封胶与硅胶底模型腔边缘密封连接，通过树脂灌注设备往连续纤维层灌注树脂的同时，采用抽真空设备对覆盖层与连续纤维层之间抽真空，待树脂完全浸润连续纤维层后，关闭树脂灌注设备和抽真空设备，并将覆盖层从连续纤维层上剥离；
S4：高温热压固化成型汽车零件：包括如下步骤，
S41：将钢模型腔的表面擦拭干净，打上脱模剂，加热使得钢模温度比树脂快速固化的温度高10-15℃；
S42：将S3制备的被树脂浸润的连续纤维层和下面的硅胶底模一起转移至钢模的下模型腔中，在压强为5～20MPa的条件下热压固化2-20min；
S43：树脂固化后，开模取件。
进一步，步骤S3中，所述覆盖层包括自下而上依次叠置的剥离层、高渗透材料层和真空袋，所述真空袋边缘通过密封胶与硅胶底模型腔边缘密封连接；所述树脂灌注设备通过树脂导入管与连续纤维层连通；所述抽真空设备通过抽气管与真空袋连通。
进一步，在抽气管与真空袋的连接处设置有一个顶部开口的橡胶容器，所述橡胶容器处于真空袋与高渗透材料层之间，橡胶容器的侧壁开设有与抽气管连通的抽气孔。
进一步，所述橡胶容器的顶部侧壁为锯齿状结构或波纹状结构。
进一步，所述硅胶底模的厚度为5-10mm。
进一步，步骤S3中，灌注树脂时，树脂的温度为30-60℃。
进一步，步骤S4中，高温热压固化的温度为120～200℃。
进一步，树脂的黏度为100-400cP。
本发明的有益效果：
1)本发明采用低温真空灌注工艺和高温热压工艺相结合的方法，低温真空灌注工艺保证了连续纤维层被树脂充分浸润，由于快速固化树脂是在低温下浸润纤维层，树脂凝胶时间长，有充分的浸润时间，可确保连续纤维层的完全浸润，无需HPRTM的高压注射，对树脂的浸润性、低黏度要求没有HPRTM和WCP工艺那么高，大幅度降低了树脂材料成本。
2)抽真空、高温热压和硅胶底模的受热膨胀都会挤压树脂浸润的连续纤维层，使得固化后的零件内孔隙率较低，大大提高了零件的力学性能和成型质量。
3)低温真空灌注工艺采用硅胶底模作为模具，由于硅胶底模有一定的厚度，可保持原有形状，实现了快速固化树脂浸润后的连续纤维层的转移，同时硅胶可压缩，避免了高温热压工艺合模时、纤维层厚偏差导致上下模合模困难。
4)低温真空灌注工艺的抽气管连接一个顶部开口的橡胶容器，在抽气管连通大气时，保证了抽吸过程的密封性，避免了空气进入树脂浸润纤维层产生大量的气泡而导致零件大量气孔缺陷。
5)当覆盖层与连续纤维层之间抽真空时，在外界气压的作用下，覆盖层会对连续纤维层形成挤压力，使树脂灌注在挤压条件下进行，不仅有利于提高灌注效率，而且能使灌注过程中的空气充分排出，大大降低了零件的气孔缺陷。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。
图1为在真空低温条件下用树脂浸润连续纤维层的结构示意图；
图2为橡胶容器的结构示意图；
图3为顶部侧壁为锯齿状结构的橡胶容器的结构示意图；
图4为顶部侧壁为波纹状结构的橡胶容器的结构示意图。
具体实施方式
以下将结合附图和实施例对本发明进行详细说明。
实施例1
参照图1，一种连续纤维增强型塑料汽车零件的快速成型方法，包括如下步骤：
S1：成型硅胶底,5：采用硅胶树脂热固成型工艺成型硅胶底模，具体来说，将硬模型腔表面涂上脱模剂，加热至一定温度，将硅胶树脂和固化剂配好并注入硬模的型腔中，固化完全后开模，取出硅胶底模，制备得到的硅胶底模厚度为5mm；
S2：在硅胶底模型腔内铺设连续纤维层4：将硅胶底模型腔的表面擦拭干净，打上脱模剂，将连续纤维层紧密贴合在硅胶底模型腔内；
S3：在真空低温条件下用树脂浸润连续纤维层：在连续纤维层表面铺设覆盖层，覆盖层边缘通过密封胶7与硅胶底模型腔边缘密封连接，通过树脂灌注设备往连续纤维层灌注树脂的同时，采用抽真空设备对覆盖层与连续纤维层之间抽真空，树脂的温度为30℃、黏度为100cP，待树脂完全浸润连续纤维层后，关闭树脂灌注设备和抽真空设备，并将覆盖层从连续纤维层上剥离；具体来说，如图1所示，所述覆盖层包括自下而上依次叠置的剥离层3、高渗透材料层2和真空袋1，所述真空袋边缘通过密封胶与硅胶底模型腔边缘密封连接；所述树脂灌注设备通过树脂导入管9与连续纤维层连通；所述抽真空设备通过抽气管6与真空袋连通，剥离时，将剥离层、高渗透材料层和真空袋一同剥离，高渗透材料层的设置有利于提高抽真空的覆盖范围和效率；
S4：高温热压固化成型汽车零件：包括如下步骤，
S41：将钢模型腔的表面擦拭干净，打上脱模剂，加热使得钢模温度比树脂快速固化的温度高10℃；
S42：将S3制备的被树脂浸润的连续纤维层和下面的硅胶底模一起转移至钢模的下模型腔中，在压强为5MPa、温度为120℃的条件下热压固化2min；
S43：树脂固化后，开模取件。
优选地，如图2-3所示，在抽气管与真空袋的连接处设置有一个顶部开口81的橡胶容器8，所述橡胶容器处于真空袋与高渗透材料层之间，橡胶容器的侧壁开设有与抽气管连通的抽气孔82，橡胶容器的顶部侧壁为锯齿状结构811。通过设置橡胶容器，在抽气管连通大气时，保证了抽吸过程的密封性，避免了空气进入树脂浸润纤维层产生大量的气泡而导致零件大量气孔缺陷。此外，锯齿状结构有利于真空袋与硅胶底模构成的密封体系中的气流经橡胶容器后排出。
实施例2
参照图1，一种连续纤维增强型塑料汽车零件的快速成型方法，包括如下步骤：
S1：成型硅胶底模5：采用硅胶树脂热固成型工艺成型硅胶底模，具体来说，将硬模型腔表面涂上脱模剂，加热至一定温度，将硅胶树脂和固化剂配好并注入硬模的型腔中，固化完全后开模，取出硅胶底模，制备得到的硅胶底模厚度为8mm；
S2：在硅胶底模型腔内铺设连续纤维层4：将硅胶底模型腔的表面擦拭干净，打上脱模剂，将连续纤维层紧密贴合在硅胶底模型腔内；
S3：在真空低温条件下用树脂浸润连续纤维层：在连续纤维层表面铺设覆盖层，覆盖层边缘通过密封胶7与硅胶底模型腔边缘密封连接，通过树脂灌注设备往连续纤维层灌注树脂的同时，采用抽真空设备对覆盖层与连续纤维层之间抽真空，树脂的温度为45℃、黏度为250cP，待树脂完全浸润连续纤维层后，关闭树脂灌注设备和抽真空设备，并将覆盖层从连续纤维层上剥离；具体来说，如图1所示，所述覆盖层包括自下而上依次叠置的剥离层3、高渗透材料层2和真空袋1，所述真空袋边缘通过密封胶7与硅胶底模型腔边缘密封连接；所述树脂灌注设备通过树脂导入管9与连续纤维层连通；所述抽真空设备通过抽气管6与真空袋连通，剥离时，将剥离层、高渗透材料层和真空袋一同剥离，高渗透材料层的设置有利于提高抽真空的覆盖范围和效率；
S4：高温热压固化成型汽车零件：包括如下步骤，
S41：将钢模型腔的表面擦拭干净，打上脱模剂，加热使得钢模温度比树脂快速固化的温度高12℃；
S42：将S3制备的被树脂浸润的连续纤维层和下面的硅胶底模一起转移至钢模的下模型腔中，在压强12MPa、温度为150℃的条件下热压固化12min；
S43：树脂固化后，开模取件。
优选地，如图2和图4所示，在抽气管与真空袋的连接处设置有一个顶部开口81的橡胶容器8，所述橡胶容器处于真空袋与高渗透材料层之间，橡胶容器的侧壁开设有与抽气管连通的抽气孔82，橡胶容器的顶部侧壁为波纹状结构812。通过设置橡胶容器，在抽气管连通大气时，保证了抽吸过程的密封性，避免了空气进入树脂浸润纤维层产生大量的气泡而导致零件大量气孔缺陷。此外，波纹状结构有利于真空袋与硅胶底模构成的密封体系中的气流经橡胶容器后排出。
实施例3
参照图1，一种连续纤维增强型塑料汽车零件的快速成型方法，包括如下步骤：
S1：成型硅胶底模5：采用硅胶树脂热固成型工艺成型硅胶底模，具体来说，将硬模型腔表面涂上脱模剂，加热至一定温度，将硅胶树脂和固化剂配好并注入硬模的型腔中，固化完全后开模，取出硅胶底模，制备得到的硅胶底模厚度为10mm；
S2：在硅胶底模型腔内铺设连续纤维层4：将硅胶底模型腔的表面擦拭干净，打上脱模剂，将连续纤维层紧密贴合在硅胶底模型腔内；
S3：在真空低温条件下用树脂浸润连续纤维层：在连续纤维层表面铺设覆盖层，覆盖层边缘通过密封胶7与硅胶底模型腔边缘密封连接，通过树脂灌注设备往连续纤维层灌注树脂的同时，采用抽真空设备对覆盖层与连续纤维层之间抽真空，树脂的温度为60℃、黏度为400cP，待树脂完全浸润连续纤维层后，关闭树脂灌注设备和抽真空设备，并将覆盖层从连续纤维层上剥离；具体来说，如图1所示，所述覆盖层包括自下而上依次叠置的剥离层3、高渗透材料层2和真空袋1，所述真空袋边缘通过密封胶7与硅胶底模型腔边缘密封连接；所述树脂灌注设备通过树脂导入管与连续纤维层连通；所述抽真空设备通过抽气管6与真空袋连通，剥离时，将剥离层、高渗透材料层和真空袋一同剥离，高渗透材料层的设置有利于提高抽真空的覆盖范围和效率；
S4：高温热压固化成型汽车零件：包括如下步骤，
S41：将钢模型腔的表面擦拭干净，打上脱模剂，加热使得钢模温度比树脂快速固化的温度为15℃；
S42：将S3制备的被树脂浸润的连续纤维层和下面的硅胶底模一起转移至钢模的下模型腔中，在压强为20MPa、温度为200℃的条件下热压固化20min；
S43：树脂固化后，开模取件。
优选地，如图2-3所示，在抽气管与真空袋的连接处设置有一个顶部开口81的橡胶容器8，所述橡胶容器处于真空袋与高渗透材料层之间，橡胶容器的侧壁开设有与抽气管连通的抽气孔82，橡胶容器的顶部侧壁为锯齿状结构811。通过设置橡胶容器，在抽气管连通大气时，保证了抽吸过程的密封性，避免了空气进入树脂浸润纤维层产生大量的气泡而导致零件大量气孔缺陷。此外，锯齿状结构有利于真空袋与硅胶底模构成的密封体系中的气流经橡胶容器后排出。
此外，低温真空灌注工艺比高温热压工艺时间长，根据低温真空灌注工艺和高温热压工艺的生产节奏，可采用多个低温真空灌注工艺线对应一个高温热压工艺线。
综上所述，采用本申请的成型方法，采用低温真空灌注的方式，当覆盖层与连续纤维层之间抽真空时，在外界气压的作用下，覆盖层会对连续纤维层形成挤压力，使树脂灌注在挤压条件下进行，不仅有利于提高灌注效率，而且能使灌注过程中的空气充分排出，大大降低了零件的气孔缺陷。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (8)
1.一种连续纤维增强型塑料汽车零件的快速成型方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：成型硅胶底模：采用硅胶树脂热固成型工艺成型硅胶底模；
S2：在硅胶底模型腔内铺设连续纤维层：将硅胶底模型腔的表面擦拭干净，打上脱模剂，将连续纤维层紧密贴合在硅胶底模型腔内；
S3：在真空低温条件下用树脂浸润连续纤维层：在连续纤维层表面铺设覆盖层，覆盖层边缘通过密封胶与硅胶底模型腔边缘密封连接，通过树脂灌注设备往连续纤维层灌注树脂的同时，采用抽真空设备对覆盖层与连续纤维层之间抽真空，待树脂完全浸润连续纤维层后，关闭树脂灌注设备和抽真空设备，并将覆盖层从连续纤维层上剥离；
S4：高温热压固化成型汽车零件：包括如下步骤，
S41：将钢模型腔的表面擦拭干净，打上脱模剂，加热使得钢模温度比树脂快速固化的温度高10-15℃；
S42：将S3制备的被树脂浸润的连续纤维层和下面的硅胶底模一起转移至钢模的下模型腔中，在压强为5～20MPa的条件下热压固化2-20min；
S43：树脂固化后，开模取件。
2.根据权利要求1所述的连续纤维增强型塑料汽车零件的快速成型方法，其特征在于：步骤S3中，所述覆盖层包括自下而上依次叠置的剥离层、高渗透材料层和真空袋，所述真空袋边缘通过密封胶与硅胶底模型腔边缘密封连接；所述树脂灌注设备通过树脂导入管与连续纤维层连通；所述抽真空设备通过抽气管与真空袋连通。
3.根据权利要求2所述的连续纤维增强型塑料汽车零件的快速成型方法，其特征在于：在抽气管与真空袋的连接处设置有一个顶部开口的橡胶容器，所述橡胶容器处于真空袋与高渗透材料层之间，橡胶容器的侧壁开设有与抽气管连通的抽气孔。
4.根据权利要求3所述的连续纤维增强型塑料汽车零件的快速成型方法，其特征在于：所述橡胶容器的顶部侧壁为锯齿状结构或波纹状结构。
5.根据权利要求1所述的连续纤维增强型塑料汽车零件的快速成型方法，其特征在于：所述硅胶底模的厚度为5-10mm。
6.根据权利要求1所述的连续纤维增强型塑料汽车零件的快速成型方法，其特征在于：步骤S3中，灌注树脂时，树脂的温度为30-60℃。
7.根据权利要求1所述的连续纤维增强型塑料汽车零件的快速成型方法，其特征在于：步骤S4中，高温热压固化的温度为120～200℃。
8.根据权利要求1所述的连续纤维增强型塑料汽车零件的快速成型方法，其特征在于：树脂的黏度为100-400cP。
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