CN111941875A - 车用碳纤维复合材料成型方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种车用碳纤维复合材料成型方法，其主要包括碳布裁剪，铺排及预成型，树脂浸泡，模压成型等步骤，其中碳布裁剪采用沿厚度方向分解为多个铺层图再导入裁剪机，树脂浸泡采用快速固化环氧树脂等手段。本发明能够极大提高车用碳纤维复合材料零部件的生产效率，使得单道工序节拍均在5分钟以内，同时可以控制产品内部孔隙率在0.5％左右，提高产品表面质量，为涂装前处理节约时间，保证生产一致性，还可以在一定程度上可以提高产品的力学性能。
Description
技术领域
本发明属于电动汽车应用领域，特别关于一种车用碳纤维复合材料成型方法。
背景技术
传统RTM碳纤维复合材料成型工艺树脂固化较慢，模具需要升温降温过程，同时模具注胶口易发生堵塞，更加影响产品的生产节拍。同时产品的表面质量有待进一步提高。
发明内容
本发明的目的是提供一种车用碳纤维复合材料成型方法，能够极大提高车用碳纤维复合材料零部件的生产效率，使得单道工序节拍均在5分钟以内，同时可以控制产品内部孔隙率在0.5％左右，提高产品表面质量，为涂装前处理节约时间，保证生产一致性，还可以在一定程度上可以提高产品的力学性能。
为达成上述目的，本发明采用如下技术方案：一种车用碳纤维复合材料成型方法，其包括如下步骤：
设计裁剪图：在平行于待设计产品的厚度方向将待设计产品分解为多层的裁剪图，再将各层裁剪图导入裁剪机中；
裁剪碳布：操作裁剪机在1分钟内对所述各层裁剪图进行裁剪，获得多层碳布；
铺层：将裁剪好的多层碳布依照铺层图的顺序铺排在预成型模具上，并在相邻的碳布层间喷适量定型胶，将多层碳布初步固定在模具上；
模压预成型：将预成型模具合模2分钟，完成产品预成型工作，得到预成型件；
刷树脂：称取一定量的成型树脂，充分搅匀后用刷子均匀涂刷在预成型件的表面，并将预成型件转移至已加热至120℃的成型模具中；
模压成型：将成型模具合模，在成型模具的上模和下模行程差距5mm时启动抽真空，抽真空15秒完成后，继续将上模下行进行合模，合模后，加压至150-200吨压力，保温保压2分钟后开始泄压，泄压完成后开模，获得成型产品；
去除飞边：取出成型产品，用砂纸轻轻打磨成型产品边缘去除飞边；
质量检验：观察成型产品表面质量，并在X射线检测设备下观察计算指定区域产品内部的孔隙率，再用切割片在指定区域截取15个试验标准样件，对每个标准样件进行拉伸、弯曲、剪切力学性能的测试，获得成品。
进一步地，所述裁剪图用于碳纤维织物或预浸料原材料毛坯的裁剪，每层所述裁剪图包括多个分块，所述裁剪图采用电脑软件进行分层，将图形数据导入至裁剪机中。
进一步地，所述铺层图为用于将裁剪好的碳布按产品形状在预成型模具上拼合起来的指示图，所述铺层图上的信息包括所要铺设的层数及碳布铺设的方向，所述铺层图的顺序与所述裁剪图各层的顺序相对应。
进一步地，所述预成型模具完成合模后用手持电动剪刀将模具周边多出的边角料剪除。
进一步地，所述成型树脂包括AB双组份，所述A组份为环氧树脂，所述B组份是胺类固化剂，所述胺类固化剂主要成分为多缩乙二胺，A、B组分的混合比例为质量比100比17。
更进一步地，所述A组份在混合前应于60℃下预热。
进一步地，所述成型模具提前清理好并均匀擦拭碳纤维复合材料专用脱模剂。
与现有技术相比，本发明通过碳布自动切割、预成型去除飞边、节省成型模具升温降温过程、应用快速固化环氧树脂浸渍碳布等手段极大提高车用碳纤维复合材料零部件的生产效率，使得单道工序节拍均在5分钟以内。同时可以控制产品内部孔隙率在0.5％左右，提高产品表面质量，为涂装前处理节约时间，保证生产一致性。还能在一定程度上可以提高产品的力学性能。
具体实施方式
为进一步阐述本发明所采用的技术手段和达到的技术效果，以下结合实施例做详细说明。
本发明公开了一种车用碳纤维复合材料成型方法，其包括如下步骤：
设计裁剪图：在平行于待设计产品的厚度方向将待设计产品分解为多层的裁剪图，再将各层裁剪图导入裁剪机中；
裁剪碳布：操作裁剪机在1分钟内对所述各层裁剪图进行裁剪，获得多层碳布；
铺层：将裁剪好的多层碳布依照铺层图的顺序铺排在预成型模具上，并在相邻的碳布层间喷适量定型胶，将多层碳布初步固定在模具上；
模压预成型：将预成型模具合模2分钟，完成产品预成型工作，得到预成型件；
刷树脂：称取一定量的成型树脂，充分搅匀后用刷子均匀涂刷在预成型件的表面，并将预成型件转移至已加热至120℃的成型模具中；
模压成型：将成型模具合模，在成型模具的上模和下模行程差距5mm时启动抽真空，抽真空15秒完成后，继续将上模下行进行合模，合模后，加压至150-200吨压力，保温保压2分钟后开始泄压，泄压完成后开模，获得成型产品；
去除飞边：取出成型产品，用砂纸轻轻打磨成型产品边缘去除飞边；
质量检验：观察成型产品表面质量，并在X射线检测设备下观察计算指定区域产品内部的孔隙率，再用切割片在指定区域截取15个试验标准样件，对每个标准样件进行拉伸、弯曲、剪切力学性能的测试，获得成品。
所述裁剪图用于碳纤维织物或预浸料原材料毛坯的裁剪，每层所述裁剪图包括多个分块，所述裁剪图采用电脑软件进行分层，将图形数据导入至裁剪机中。
所述铺层图为用于将裁剪好的碳布按产品形状在预成型模具上拼合起来的指示图，所述铺层图上的信息包括所要铺设的层数及碳布铺设的方向，所述铺层图的顺序与所述裁剪图各层的顺序相对应。
所述预成型模具完成合模后用手持电动剪刀将模具周边多出的边角料剪除。
所述成型树脂包括AB双组份，A组份为环氧树脂，B组份是胺类固化剂，所述胺类固化剂主要成分为多缩乙二胺，A、B组分的混合比例为质量比100比17。
所述A组份在混合前应于60℃下预热。
所述成型模具提前清理好并均匀擦拭碳纤维复合材料专用脱模剂。
实施例一：碳纤维复合材料汽车顶盖内板成型
首先将顶盖内板裁剪图导入碳布裁剪机，操作裁剪机软件完成3层碳纤维布的裁剪工作，此步骤仅需1分钟。依据顶盖内板铺层图，将3层碳布依次铺排在预成型模具上，并在碳布层间喷适量定型胶初步固定在模具上。将预成型压机完成合模后用手持电动剪刀将模具周边多出的边角料剪除，合模2分钟后，完成产品预成型工作。将A组份环氧树脂在混合前60℃下预热。分别秤取1.5kg成型树脂和0.255kg固化剂，充分搅匀后用刷子均匀涂刷在碳纤维预成型件的表面。然后将产品移至成型模具上，成型模具提前清理好并均匀擦拭碳纤维复合材料专用脱模剂，此时模具已加热至120℃，运行成型压机合模。在上下模行程差距5mm时启动抽真空，抽真空15秒完成后，继续将上模下行合模，加压至150吨压力。合模后保温保压2分钟，逐步开始泄压，完成后开模，获得成型产品。取出成型产品，用砂纸轻轻打磨成型产品边缘去除飞边。观察成型产品表面质量，并在X射线检测设备下观察计算指定区域产品内部的孔隙率为0.50％。然后再用切割片在指定区域截取15个试验标准样件，对每个标准样件进行拉伸、弯曲、剪切力学性能的测试，获得成品。
实施例二：碳纤维复合材料汽车侧围内板成型
首先将侧围内板裁剪图导入碳布裁剪机，操作裁剪机软件完成3层碳纤维布的裁剪工作。依据侧围内板铺层图，将3层碳布依次铺排在预成型模具上，并在碳布层间喷适量定型胶初步固定在模具上。将预成型压机完成合模后用手持电动剪刀将模具周边多出的边角料剪除，合模2分钟后，完成产品预成型工作，得到预成型件。将A组份环氧树脂在混合前60℃下预热。分别秤取2.5kg树脂和0.425kg固化剂，充分搅匀后用刷子均匀涂刷在碳纤维预成型件的表面。然后将产品移至成型模具上，成型模具提前清理好并均匀擦拭碳纤维复合材料专用脱模剂，此时模具已加热至120℃，运行成型压机合模。在上下模行程差距5mm时启动抽真空，抽真空15秒完成后，继续将上模下行合模，加压至200吨压力。合模后保温保压2分钟，逐步开始泄压，完成后开模，获得成型产品。取出成型产品，用砂纸轻轻打磨成型产品边缘去除飞边。观察成型产品表面质量，并在X射线检测设备下观察计算指定区域产品内部的孔隙率为0.55％。然后再用切割片在指定区域截取15个试验标准样件，对每个标准样件进行拉伸、弯曲、剪切力学性能的测试，获得成品。
实施例三：碳纤维复合材料汽车舱盖成型
首先将前舱盖裁剪图导入碳布裁剪机，操作裁剪机软件完成4层碳纤维布的裁剪工作。依据侧围内板铺层图，将4层碳布依次铺排在预成型模具上，并在碳布层间喷适量定型胶初步固定在模具上。将预成型压机完成合模后用手持电动剪刀将模具周边多出的边角料剪除，合模2分钟后，完成产品预成型工作，获得预成型件。将A组份环氧树脂在混合前60℃下预热。分别秤取1kg树脂和0.17kg固化剂，充分搅匀后用刷子均匀涂刷在碳纤维预成型件的表面。然后将产品移至成型模具上，成型模具提前清理好并均匀擦拭碳纤维复合材料专用脱模剂，此时模具已加热至120℃，运行成型压机合模。在上下模行程差距5mm时启动抽真空，抽真空15秒完成后，继续将上模下行合模，加压至150吨压力。合模后保温保压2分钟，逐步开始泄压，完成后开模，获得成型产品。取出成型产品，用砂纸轻轻打磨成型产品边缘去除飞边。观察成型产品表面质量，并在X射线检测设备下观察计算指定区域产品内部的孔隙率为0.45％，成型产品取出后用切割片在指定区域截取15个试验标准样件，对每个标准样件进行拉伸、弯曲、剪切力学性能的测试，获得成品。
实施例四：碳纤维复合材料汽车舱盖以传统RTM工艺成型
碳布裁剪、预成型工艺步骤与实施例3完全相同，完成产品预成型工作后，将预成型件放置在成型模具上，模具提前清理好并均匀擦拭碳纤维复合材料专用脱模剂，运行成型压机合模，在上下模行程差距5mm时启动树脂注入系统，注入1.17kg环氧树脂混合物(此过程约需5分钟)，继续抽真空15秒后，将上模下行完全合模，加压至150吨压力。合模后保温保压2分钟，逐步开始泄压，完成后开模，获得成型产品。取出成型产品，用砂纸轻轻打磨成型产品边缘去除飞边。观察成型产品表面质量，并在X射线检测设备下观察计算指定区域产品内部的孔隙率为0.60％，成型产品取出后用切割片在同实施例3中的指定区域截取15个试验标准样件，对每个标准样件进行拉伸、弯曲、剪切力学性能的测试，获得成品。
实施例三与实施例四的试验样件力学性能测试结果如附表1所示，从表中可以发现采用本发明的生产工艺生产出来的制品力学性能明显优于对比案例中传统RTM工艺的制品力学性能。同时本发明工艺对产品表面质量的提高有一定的帮助，降低产品内部孔隙率，正是由于内部孔隙率的降低，使得本发明的制品力学性能能够优于传统RTM工艺生产的制品。
附表1两种工艺制品力学性能对比
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种车用碳纤维复合材料成型方法，其特征在于：包括如下步骤：
设计裁剪图：在平行于待设计产品的厚度方向将待设计产品分解为多层的裁剪图，再将各层裁剪图导入裁剪机中；
裁剪碳布：操作裁剪机在1分钟内对所述各层裁剪图进行裁剪，获得多层碳布；
铺层：将裁剪好的多层碳布依照铺层图的顺序铺排在预成型模具上，并在相邻的碳布层间喷适量定型胶，将多层碳布初步固定在模具上；
模压预成型：将预成型模具合模2分钟，完成产品预成型工作，得到预成型件；
刷树脂：称取一定量的成型树脂，充分搅匀后用刷子均匀涂刷在预成型件的表面，并将预成型件转移至已加热至120℃的成型模具中；
模压成型：将成型模具合模，在成型模具的上模和下模行程差距5mm时启动抽真空，抽真空15秒完成后，继续将上模下行进行合模，合模后，加压至150-200吨压力，保温保压2分钟后开始泄压，泄压完成后开模，获得成型产品；
去除飞边：取出成型产品，用砂纸轻轻打磨成型产品边缘去除飞边；
质量检验：观察成型产品表面质量，并在X射线检测设备下观察计算指定区域产品内部的孔隙率，再用切割片在指定区域截取15个试验标准样件，对每个标准样件进行拉伸、弯曲、剪切力学性能的测试，获得成品。
2.根据权利要求1所述的车用碳纤维复合材料成型方法，其特征在于：所述裁剪图用于碳纤维织物或预浸料原材料毛坯的裁剪，每层所述裁剪图包括多个分块，所述裁剪图采用电脑软件进行分层，将图形数据导入至裁剪机中。
3.根据权利要求1所述的车用碳纤维复合材料成型方法，其特征在于：所述铺层图为用于将裁剪好的碳布按产品形状在预成型模具上拼合起来的指示图，所述铺层图上的信息包括所要铺设的层数及碳布铺设的方向，所述铺层图的顺序与所述裁剪图各层的顺序相对应。
4.根据权利要求1所述的车用碳纤维复合材料成型方法，其特征在于：所述预成型模具完成合模后用手持电动剪刀将模具周边多出的边角料剪除。
5.根据权利要求1所述的车用碳纤维复合材料成型方法，其特征在于：所述成型树脂包括AB双组份，所述A组份为环氧树脂，所述B组份是胺类固化剂，所述胺类固化剂主要成分为多缩乙二胺，A、B组分的混合比例为质量比100比17。
6.根据权利要求5所述的车用碳纤维复合材料成型方法，其特征在于：所述A组份在混合前应于60℃下预热。
7.根据权利要求1所述的车用碳纤维复合材料成型方法，其特征在于：所述成型模具提前清理好并均匀擦拭碳纤维复合材料专用脱模剂。
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| CN112497786A (zh) * | 2020-12-03 | 2021-03-16 | 江苏亨睿碳纤维科技有限公司 | 一种碳纤维汽车零部件的成型方法及模具 |
| CN114231934A (zh) * | 2022-02-21 | 2022-03-25 | 北京航天天美科技有限公司 | 纤维预成型体贮箱支架及其制备方法 |
| CN114261315A (zh) * | 2022-01-07 | 2022-04-01 | 株洲时代新材料科技股份有限公司 | 一种供电轨绝缘支架及其制造方法 |
| CN114603876A (zh) * | 2022-01-17 | 2022-06-10 | 荆门劲驰汽车配件股份有限公司 | 采用模压法制备大尺寸汽车尾翼的方法 |
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