CN110313240B - 碳纤维环氧树脂基复合材料atr系列机箱 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种碳纤维环氧树脂基复合材料ATR系列机箱。所述复合材料ATR系列机箱是由碳纤维环氧树脂基复合材料预浸料经过铺层、加温、加压、固化成型制备而得。本发明使用新型复合材料的碳纤维增强材料与树脂基复合材料制备ATR系列机箱产品，采用一次膜压加工成形制造。产品的加工精度高、一至性好，无需后续的机械加工，原材料利用率高，无浪费，适于大批量的产品生产。碳纤维环氧树脂基复合材料强度高、阻燃、耐腐蚀。产品无需做表面防护处理，适用于酸、碱、盐雾等恶劣环境。因碳纤维环氧树脂基复合材料的比重较低(铝合金1.4-1.6g/cm³)，产品零件的单件重量较轻。

Description

碳纤维环氧树脂基复合材料ATR系列机箱

技术领域

本发明属于复合材料的技术领域，具体涉及一种碳纤维环氧树脂基复合材料ATR系列机箱。

背景技术

碳纤复合材料崛起于上个世纪60年代，随着环氧树脂在上世纪50年代的工业化生产。碳纤维复合材料也进入工业化实际应用。复合材料以其优异的材料性能已经问世就显示了强大的生命力。上世纪末本世纪初，我国进入现代化建设的高速发展时期，复合材料在航空、航天，航海、石油化工等领域得到广泛的应用。并已于铝合金、钛合金、合金钢一起成为航空、航天的四大结构材料。

目前传统ATR机箱的制造方法采用碳素钢或铝合金材料分片加工，机箱一般分为上、下盖板，左、右、前、后机箱侧板六个部分，对每个部分分片加工后通过紧固件连接制成。传统的金属产品是通过相关的机械设备加工完成的，通常金属产品如：钢、铝合金的零件加工一般通过以下工序才能完成产品的生产过程，如：下料、材料毛柸初加工，据、刨材料，通过铣床或车床、磨床等后续精加工完成。金属零件的原材料加工切削量大，加工精度及产品一至性难保证且金属材料的利用率低，材料浪费较大。金属表面需做防护处理如镀锌、喷漆、喷塑等以防止金属表面的氧化腐蚀，因金属材料的比重较重(铝合金：2.78g/cm³，合金钢：7.8g/cm³)，产品零件的单件重量较重。

发明内容

本发明的目的在于提供一种碳纤维环氧树脂基复合材料ATR系列机箱。旨在克服现有金属材料产品的加工、生产、制作工艺上的缺陷，使制备的碳纤维树脂基复合材料的产品具有更优越的性能。其制品制作工艺简单、易于加工，适合大批量生产。因使用膜压技术，产品一致性好，适于加工复杂几何结构零部件且可一次加工完成。

实现本发明的技术方案：

一种碳纤维环氧树脂基复合材料ATR系列机箱，所述复合材料ATR系列机箱是由碳纤维环氧树脂基复合材料预浸料经过铺层、加温、加压、固化成型制备而得，具体步骤如下：

第一步，材料准备，碳纤维环氧树脂基复合材料预浸料裁剪；

第二步，模具准备，清除模具表面的水分、灰尘、污垢，充分干燥模具，然后将封孔剂在模具表面按一定方向、一定顺序轻轻地擦拭，最后涂刷脱模剂；

第三步，铺层，把裁剪后的碳纤维环氧树脂基复合材料预浸料在模具周向表面进行铺层，每层之间铺层角度为0～90°；

第四步，加工成型，嵌件放置并预热、加料、合模、排气、保压固化、脱模、去飞边毛刺得到一体式机箱壳体；

第五步，机箱上下盖板加工，将加工好的盖板固定在机箱壳体上，得到碳纤维环氧树脂基复合材料ATR系列机箱。

其中，第一步中裁剪参数预浸料厚度为：0.15m，单位重量：170g/m²，预浸料固化温度：150℃，环氧树脂含量：30wt％-40wt％。

第四步中保压固化温度：80～250℃、固化压力：4KG～10KG、固化时间：2小时。

本发明于现有技术相比其显著优点是：本发明使用新型复合材料的碳纤维增强材料与树脂基复合材料制备ATR系列机箱产品，采用一次膜压加工成形制造。产品的加工精度高、一至性好，无需后续的机械加工，原材料利用率高，无浪费，适于大批量的产品生产。碳纤维树脂基复合材料强度高、阻燃、耐腐蚀。产品无需做表面防护处理，适用于酸、碱、盐雾等恶劣环境。因碳纤维树脂基复合材料的比重较低(铝合金1.4-1.6g/cm³)，产品零件的单件重量较轻。

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

附图说明

图1是本发明所使用的模具中阴模工作面切面图。

图2是本发明所使用的模具中阳模工作面切面图。

图3是本发明所使用的模具中合模工作面切面图。

图4是本发明碳纤维环氧树脂基复合材料ATR系列机箱的主视图。

图5是本发明碳纤维环氧树脂基复合材料ATR系列机箱的左视图或右视图。

图6是本发明碳纤维环氧树脂基复合材料ATR系列机箱(无上盖)的俯视图。

图7是本发明碳纤维环氧树脂基复合材料ATR系列机箱加工过程受力原理图。

图8是本发明碳纤维环氧树脂基复合材料ATR系列机箱上下盖板模具结构切面图。

图9是本发明碳纤维环氧树脂基复合材料ATR系列机箱上下盖板结构示意图。

具体实施方式

实施例1

一种碳纤维环氧树脂基复合材料ATR系列机箱，所述复合材料ATR系列机箱是由碳纤维环氧树脂基复合材料预浸料经过铺层、加温、加压、固化成型制备而得，具体步骤如下：

第一步，材料准备，碳纤维环氧树脂基复合材料预浸料裁剪；

碳纤维环氧树脂基复合材料预浸料是将定向排列的纤维束或织物浸涂树脂基体，并通过一定的处理后贮存备用的中间材料。裁剪预浸料的目的在于控制复合材料结构形状、厚度并满足设计规定的树脂/纤维分布。复合材料的可设计性正是通过调整预浸料的厚度、纤维的取向及其铺放顺序而实现的，然后封闭固化制成高质量的成品。

碳纤维参数牌号：东丽Torayca-T300

预浸料类型：单向带连续碳纤维(碳纤维织物与环氧树脂)

裁剪参数预浸料厚度为：0.15m²，单位重量：170g/m²，预浸料固化温度：150℃，环氧树脂含量：30wt％-40wt％。

第二步，模具准备，清除模具表面的水分、灰尘、污垢，充分干燥模具，然后将封孔剂在模具表面按一定方向、一定顺序轻轻地擦拭，最后涂刷脱模剂；

复合材料制品的外观、表面形态及结构尺寸在很大程度上取决于模具表面的光洁度及行为公差。模具使用前必须满足以下要求：

①、清除模具表面的水分、灰尘、污垢，充分干燥模具；

②、将封孔剂在模具表面按一定方向、一定顺序轻轻地擦拭，模具的凸部、棱角要特别注意涂均匀；

③、脱模剂的涂刷方法

溶液类脱模剂一般用软毛刷、纱布、软质聚氨酯泡沫塑料(海绵)等涂刷。其中以海绵最易涂刷。在海绵的一端蘸上少量脱模剂溶液，在模具表面轻轻地涂刷。与涂刷封孔剂一样，也应该沿一个方向按顺序涂刷。待上一次所涂脱模剂中的挥发物完全挥发后，再涂下一次。脱模剂涂刷后要仔细地进行检查，有无不匀或漏涂的地方，然后把模具放在通风良好的地方或放入烘房内干燥。

第三步，铺层，把裁剪后的碳纤维环氧树脂基复合材料预浸料在模具周向表面进行铺层，每层之间铺层角度为0～90°；

铺层结构设计应避免固化过程中由于弯曲、拉伸、扭转等耦合效应引起的翘曲变形。

铺层设计应考虑保证结构能最有效、最直接地传递给定方向外载荷，提高承载能力、结构稳定性和抗冲击损伤能力。

①、以受拉、压为主的构件，应以0°铺层居多为宜；

第一层0°
	第二层90°
第三层0°

②、以受剪为主的构件，应以±45°铺层居多为宜；

第一层+45°
	第二层-45°
第三层+45°

③、从稳定性和耐冲击的构件，层压板外表面宜选用±45°铺层；

第一层+45°
	第二层-45°
第三层+45°

第四步，加工成型，嵌件放置并预热、加料、合模、排气、保压固化、脱模、去飞边毛刺得到一体式机箱壳体；

①、加料

加料量的精确度会直接影响制品的尺寸和密度，应严格加以定量，将模压料均匀的加入阴模型腔中。定量加料法有：重量法、计数法和容量法。

注意事项：加料前应首先检查型腔内是否有油污、飞边、碎屑和其他异物。将准确计量的模压料，按型腔形状加入，对某些流动阻力大的部位应尽可能填满，并注意难以冲模部分(如凸台、细小孔眼，狭缝及开口附近)，应多加些模压料。并在嵌件周围预先放上模压料并压紧，这样可减少料流对嵌件的冲击力，嵌件的插孔内也不会发生“逃避”现象。如果预先预压成制品形状加料更加方便。

②、模压料的预热和预成形

在压制前对模压料预先进行加热处理称为预热。其作用是改善模压料的工艺性(如增加流动性)，便于装模和降低制品的收缩率，同时还可以缩短模压时间，降低成形压力，并能显著提高制品的力学性能和尺寸稳定性。预热处理的方式多种多样，可根据生产条件和模压料的特性加以选择。其要求是模压料应受热均匀、使用方便。

预成形则是在常温下预先将定量的模压料压制成与制品相似的形状，然后再投入模具中压制。这种方法可以缩短成形操作周期，提高生产效率和制品的性能。

③、合模

合模分为两步，阳模未接触模压料前，需低压快速，这样可以缩短周期和避免制品发生变化；当阳模接触模压料之后，应开始放慢闭模速度，改用高压慢速，以免损坏嵌件，并使模具空气排出。

如图1所示阴模的工作面是内凹陷的，用阴模生产的复合材料制品外表面光滑，尺寸准确。但凹陷深的阴模操作不便，排风困难，也不容易控制质量。阴模常用于生产机壳等外表面要求高的制品。

如图2所示阳模的工作面是凸出的，用阳模生产的制品内表面光滑，尺寸准确，操作方便，质量容易控制，便于通风。铺层工艺大多采用阳模成形。

如图3所示合模(对模)前在模腔内均匀的铺好碳纤维预浸料，将阴模与阳模按定位孔安装合模加压，用对模生产的制品内外表面均很光滑，厚度精确。对模主要用于制备对外观要求质量高，厚壁均匀的高精度制品。

④、固化

模压料中的树脂从流动态变成坚硬的不溶状态的过程称为固化。固化速度与树脂的性质、预压、预热、压制温度和压力等因素有密切的关系。

固化速度的快慢取决于模压料中树脂低分子组成向高分子产物转化的速率，即固化速度与树脂的分子结构有关。如：热塑性树脂因相对分子质量较低，支链少，固化剂容易与活泼基因反应，所以固化速度快。热固性树脂相对分子质量高，黏度较大，不利于活泼基因的缩合，所以固化速度慢。固化速度的快慢直接影响到生产效率。为了加速模压料的固化，有时在成形时加入一些固化剂。

⑤、保压时间

模压料在模具内固化的过程始终处于高温高压下。从开始升温、加压到固化至降温降压所需要的时间称为保压时间。保压时间实质上就是保持温度和压力的时间，它与固化速度完全一致，保压时间过短，即过早地降温降压，会导致模压料固化不完全，降低制品的力学性能和电性能以及耐热性能。

保压时间过长，不仅延长生产周期，而且使树脂交联过大，导致模压料收缩过大，密度增加，树脂与填料之间还会产生内应力，因此必须根据树脂的性能制定适当的保压时间，过长过短均不适宜。

⑥、脱模

在一个压制周期结束后，应将已成形的制品从模具中取出，以便进行下一次的模压操作。脱模通常是靠顶杆来完成的，带有成形杆或某些嵌件的制品应先用专门的工具将成形杆拧脱，而后再进行脱模。

⑦、清理模具

由于模压时可能在模具里留有一些残存的模压料及掉入的飞边，所以每次模压后必须将模具清理干净，如果模具上附着物太牢可以用铜片清理，也可用抛光剂拭刷等，清理后涂上脱模剂以便进行下一次模压。

⑧、后处理

模压制品在脱模后往往还需要进行一定的后加工过程才能达到使用要求。其第一道工序是去制品的毛刺飞边，可通过手工或机械打磨的方法进行，以提高制品的外观质量；此外，往往还需要对制品进行必要的机械加工，如进行钻孔攻丝等。由于复合材料制品对机械加工十分敏感，应尽量避免，如需开孔，可通过在模具中设置型芯的方法解决，攻丝则可通过设置带螺纹的型芯或带内螺纹的型环直接将螺纹成形在模压制品上。

第五步，机箱上下盖板加工，如图8所示在凹形模具上铺层加工上下盖板，加工过程与机箱壳体加工步骤相同，将加工好的上下盖板(如图9所示)固定在机箱壳体上，得到碳纤维环氧树脂基复合材料ATR系列机箱(主视图、左右视图、俯视图如图4、5、6所示)。

Claims (2)

1.一种碳纤维环氧树脂基复合材料ATR系列机箱，其特征在于：所述复合材料ATR系列机箱是由碳纤维环氧树脂基复合材料预浸料经过铺层、加温、加压、固化成型制备而得，具体步骤如下：

第一步，材料准备，碳纤维环氧树脂基复合材料预浸料裁剪；

第二步，模具准备，清除模具表面的水分、灰尘、污垢，充分干燥模具，然后将封孔剂在模具表面按一定方向、一定顺序轻轻地擦拭，最后涂刷脱模剂；

第三步，铺层，把裁剪后的碳纤维环氧树脂基复合材料预浸料在模具周向表面进行铺层，每层之间铺层角度为0～90°；

第四步，加工成型，嵌件放置并预热、加料、合模、排气、保压固化、脱模、去飞边毛刺得到一体式机箱壳体；

第五步，机箱上下盖板加工，将加工好的盖板固定在机箱壳体上，得到碳纤维环氧树脂基复合材料ATR系列机箱。

2.根据权利要求1所述的复合材料ATR系列机箱，其特征在于：第一步中裁剪参数预浸料厚度为：0.15m，单位重量：170g/m²，预浸料固化温度：150℃，环氧树脂含量：30wt％-40wt％。