CN113021957A - 一种碳纤维底罩板及其制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种碳纤维底罩板及其制作方法，涉及新材料制备领域，该碳纤维底罩板包括上下蒙皮、以及位于蒙皮内部的碳纤维实心预埋件、金属预埋件、加强筋、泡沫层和碳纤维增强层等，该方案采用新型碳纤维复合材料制作，与现有硬铝合金材料以及其他复合材料相比，一方面在保证其满足强度要求的情况下，显著降低了重量；另一方面保证了其加工和装备精度，提升了产品的可靠性。该碳纤维底罩板能够承受振动、冲击、高低温、盐雾、淋雨、霉菌、大气等环境载荷，可作为车载通信天线底部设备的安装板，配合车载天线罩实用。

Description

一种碳纤维底罩板及其制作方法

技术领域

本发明新材料制备领域，具体涉及一种碳纤维底罩板。

背景技术

车载通讯设备通常固定车顶底罩板上，底罩板与天线罩配合密封，确保通讯设备能够在不同环境下可靠工作、顺利完成车辆在运动过程中的卫星信号的收发。上述大尺寸、扁平结构的底罩板，因为要承受内部设备的重量、且保证工作强度，通常采用整块硬铝合金机加工实现，导致加工费用较高、重量重。如何在保证强度和硬度、以及安装精度的情况下，降低底罩板的重量成为该领域的技术难题。

发明内容

有鉴于此，本发明提出了一种碳纤维底罩板及其制作方法，采用新型碳纤维复合材料制作，与现有硬铝合金材料以及其他复合材料相比，一方面在保证其满足强度要求的情况下，显著降低了重量；另一方面保证了其加工和装备精度，提升了产品的可靠性。

为了实现本发明的目的，本发明采用如下技术方案：

一种碳纤维底罩板，从上至下依次由上蒙皮、碳纤维实心预埋件、金属预埋件、加强筋、泡沫层、碳纤维增强层和下蒙皮组成，其中：所述上蒙皮和下蒙皮用于表面包覆和整体承载，上蒙皮和下蒙皮的厚度为1.0mm至1.2mm；所述碳纤维实心预埋件用于轮廓支撑、且设置在上蒙皮和下蒙皮之间；所述金属预埋件上设置有连接螺纹孔、且按照预设位置布置在泡沫层上；所述加强筋用于增加产品刚度、且由金属管焊接而成；所述泡沫层用于内芯填充，泡沫层的厚度为10mm；所述碳纤维增强层用于增加产品刚度，碳纤维增强层的厚度为0.3mm至0.4mm。

优选的，所述上蒙皮和下蒙皮由碳布环氧预浸料制作。

优选的，所述碳纤维实心预埋件由碳布环氧预浸料制作。

优选的，所述加强筋为铝方管加强筋。

上述碳纤维底罩板的制作方法，包括如下制作步骤：

1)材料制作：按照尺寸要求制作上蒙皮、碳纤维实心预埋件、金属预埋件、加强筋、泡沫层、碳纤维增强层和下蒙皮；

2)芯材组装：在泡沫层的表面涂抹胶液、铺贴胶膜，将碳纤维实心预埋件、金属预埋件和加强筋按照泡沫层的预留位置放置到位；

3)芯材包裹：在芯材的上表面铺覆上蒙皮，在芯材的下表面铺覆碳纤维增强层和下蒙皮；

4)合模固化：按照材料的上下位置关系，依次将上蒙皮、碳纤维实心预埋件、金属预埋件、加强筋、泡沫层、碳纤维增强层和下蒙皮放置在上模具和下模具中，上模具和下模具通过定位导柱进行合模，模具放于热压机台上，开始升温，升温至70度至80度时，将热压机设备加压，上模具和下模具闭合，温度持续上升至130度至140度，保持1小时后，释放压力且自然降温至60度以下脱模；

5)脱模修整：脱模后对产品进行打磨、修整和喷漆。

优选的，所述上蒙皮和下蒙皮采用短切的碳布环氧预浸料制作，由下料机数控裁剪成型。

优选的，所述碳纤维实心预埋件采用如下制作步骤：将10毫米厚的限位条放置于热压机平台上，在限位条中间空间放置短切纤维料，热压力机升温至70度至80度后、开始加压，热压力机继续升温到130度至140度，持续高温加压45分钟后，完成毛坯板的成型，对毛坯板进行修正后形成碳纤维实心预埋件。

优选的，所述金属预埋件采用LY12铝合金材料制作，金属预埋件上设置有机械加工螺纹孔，螺纹孔内安装有钢丝螺套。

优选的，所述泡沫层由下料机数控裁剪成型。

优选的，所述碳纤维增强层由下料机数控裁剪成型。

本发明的碳纤维底罩板具有以下有益效果：

(1)该碳纤维底罩板的内外表面光滑、孔位精准，其安装面具有良好的平面度，安装间隙小、震动低。

(2)该碳纤维底罩板的总重量不超过12kg，相比铝合金结构同等部位重量28.5kg，减重效率达57.9％以上。

(3)该碳纤维底罩板能够承受振动、冲击、高低温、盐雾、淋雨、霉菌、大气等环境载荷，底罩板的外表面通过各项环境试验后依旧连续、完整、均匀，无纤维裸露、无裂纹。

附图说明

图1为本发明的第一内部结构示意图；

图2为本发明的第二内部结构示意图；

图3为本发明的第一整体结构示意图；

图4为本发明中第二整体结构示意图；

图5为本发明的模具结构示意图。

图中，1-上蒙皮、2-碳纤维实心预埋件、3-金属预埋件、4-加强筋、5-泡沫层、6-碳纤维增强层、7-下蒙皮、8-上模具、9-下模具。

具体实施方式

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

如图1至图5所示，根据产品受力特点，对碳纤维底罩板进行复合材料分型设计，从上至下依次由上蒙皮1、碳纤维实心预埋件2、金属预埋件3、加强筋4、泡沫层5、碳纤维增强层6和下蒙皮7组成，本实施例中，上蒙皮1和下蒙皮7用于表面包覆和整体承载，上蒙皮1和下蒙皮7的厚度为1.0mm至1.2mm，碳纤维实心预埋件2与上蒙皮1和下蒙皮7配合成型，碳纤维实心预埋件2在成型过程中粘接，选用和蒙皮一致的碳纤维材质做实心预埋，避免高温成型过程中应力导致变形。金属预埋件3上设置有连接螺纹孔、且按照预设位置布置在泡沫层5上，具体的，金属预埋件3可以采用LY12铝合金材料制作，金属预埋件3上设置有机械加工螺纹孔，螺纹孔内安装有钢丝螺套。加强筋4用于增加产品刚度、且由金属管焊接而成，具体的，加强筋4可以为铝方管加强筋。泡沫层5用于内芯填充，泡沫层5的厚度为10mm，泡沫层5上根据图纸设置有预留安装位置，碳纤维增强层6用于增加产品刚度，碳纤维增强层6的厚度为0.3mm至0.4mm。

需要说明的是，上述碳纤维底罩板采用模压成型工艺，其中预埋件预先机加工，与泡沫层组装包覆蒙皮后放入模具中一次压制成型，孔、槽特征通过后期机加工形成，其工艺流程如下：

1)材料制作：按照尺寸要求制作上蒙皮1、碳纤维实心预埋件2、金属预埋件3、加强筋4、泡沫层5、碳纤维增强层6和下蒙皮7；具体的，在数控裁布机上按照下料样板下料，下料机数控裁剪不通过材料。

本实施例中，上蒙皮1和下蒙皮7采用短切的碳布环氧预浸料制作，由下料机数控裁剪成型，泡沫层5由下料机数控裁剪成型，碳纤维增强层6由下料机数控裁剪成型，本实施例中，复合材料产品重量以及重量一致性对其结构性能有重要影响，是衡量复合材料工艺效果的重要指标。为保证底座具有可观的减重效果与良好的工艺一致性，将对复合材料底座重量进行控制，主要控制手段包括：采用数控裁布机下料，对铺层样板进行数字量传递；对于含短切纤维的部件采用等重量下料，并控制模压过程中的树脂含量。

此外，碳纤维实心预埋件2采用如下制作步骤：将10毫米厚的限位条放置于热压机平台上，在限位条中间空间放置短切纤维料，热压力机升温至70度至80度后、开始加压，热压力机继续升温到130度至140度，持续高温加压45分钟后，完成毛坯板的成型，对毛坯板进行修正后形成碳纤维实心预埋件2。本实施例中，压制纤维毛坯板使用热压机压制成型，使用的压机规格可以为600X600台面120T热压力机，根据设计压制成与泡沫填充部位等候的板材，将7毫米厚的限位条放置于热压机平台上，在限位条中间空间放置短切纤维料，将热压力机升温到70度至80度，并将压力机开始加压，热压力机继续升温到130度至140度，并保持该温度和压力45分钟，即完成毛坯板的成型，成型后按照三维模型加工成需要的预埋件部分。

需要说明的是，产品中需要的预埋件，为保障粘接效果和粘接后的防盐雾性，同时，预埋件选用金属，一般密度比较大，整体的产品重量会上升，根据产品工艺划分，在产品中的预埋件选用，碳纤维及LY12铝合金预埋块。大尺寸选用碳纤维实心块，有螺纹连接的地方采用方便攻丝的LY12铝合金。

需要进一步说明的是，碳纤维复合材料底座的铺层层合方式及材料的本身属性决定其层间剪切强度并不高，在产品上直接制备的螺纹孔强度达不到要求。针对这个问题，本发明采用了内埋铝块的方法，并于螺纹孔内上钢丝螺套，增加螺纹的强度。

2)芯材组装：在泡沫层5的表面涂抹胶液、铺贴胶膜，将碳纤维实心预埋件2、金属预埋件3和加强筋4按照泡沫层5的预留位置放置到位；

3)芯材包裹：在芯材的上表面铺覆上蒙皮1，在芯材的下表面铺覆碳纤维增强层6和下蒙皮7；

4)合模固化：按照材料的上下位置关系，依次将上蒙皮1、碳纤维实心预埋件2、金属预埋件3、加强筋4、泡沫层5、碳纤维增强层6和下蒙皮7放置在上模具8和下模具9中，上模具8和下模具9通过定位导柱进行合模，模具放于热压机台上，开始升温，升温至70度至80度时，将热压机设备加压，上模具8和下模具9闭合，温度持续上升至130度至140度，保持1小时后，释放压力且自然降温至60度以下脱模；具体的，热压机选用200T压力机。

需要说明的是，复合材料底座在成型过程中，在尺寸精度方面存在一定的制造误差，针对上述问题，可以通过设置温度补偿，提高成型工装的制造精度和产品成型精度。

5)脱模修整：脱模后对产品进行打磨、修整和喷漆，固化成型后，机加工孔位和密封槽等。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种碳纤维底罩板，其特征在于，从上至下依次由上蒙皮(1)、碳纤维实心预埋件(2)、金属预埋件(3)、加强筋(4)、泡沫层(5)、碳纤维增强层(6)和下蒙皮(7)组成，其中：

所述上蒙皮(1)和下蒙皮(7)用于表面包覆和整体承载，上蒙皮(1)和下蒙皮(7)的厚度为1.0mm至1.2mm；

所述碳纤维实心预埋件(2)用于轮廓支撑、且设置在上蒙皮(1)和下蒙皮(7)之间；

所述金属预埋件(3)上设置有连接螺纹孔、且按照预设位置布置在泡沫层(5)上；

所述加强筋(4)用于增加产品刚度、且由金属管连接而成；

所述泡沫层(5)用于内芯填充，泡沫层(5)的厚度为10mm；

所述碳纤维增强层(6)用于增加产品刚度，碳纤维增强层(6)的厚度为0.3mm至0.4mm。

2.根据权利要求1所述的碳纤维底罩板，其特征在于，所述上蒙皮(1)和下蒙皮(7)由碳布环氧预浸料制作。

3.根据权利要求1所述的碳纤维底罩板，其特征在于，所述碳纤维实心预埋件(2)由碳布环氧预浸料制作。

4.根据权利要求1所述的碳纤维底罩板，其特征在于，所述加强筋(4)为铝方管加强筋。

5.根据权利要求1至4任意一项所述的碳纤维底罩板的制作方法，其特征在于，包括如下制作步骤：

1)材料制作：按照尺寸要求制作上蒙皮(1)、碳纤维实心预埋件(2)、金属预埋件(3)、加强筋(4)、泡沫层(5)、碳纤维增强层(6)和下蒙皮(7)；

2)芯材组装：在泡沫层(5)的表面涂抹胶液、铺贴胶膜，将碳纤维实心预埋件(2)、金属预埋件(3)和加强筋(4)按照泡沫层(5)的预留位置放置到位；

3)芯材包裹：在芯材的上表面铺覆上蒙皮(1)，在芯材的下表面铺覆碳纤维增强层(6)和下蒙皮(7)；

4)合模固化：按照材料的上下位置关系，依次将上蒙皮(1)、碳纤维实心预埋件(2)、金属预埋件(3)、加强筋(4)、泡沫层(5)、碳纤维增强层(6)和下蒙皮(7)放置在上模具(8)和下模具(9)中，上模具(8)和下模具(9)通过定位导柱进行合模，模具放于热压机台上，开始升温，升温至70度至80度时，将热压机设备加压，上模具(8)和下模具(9)闭合，温度持续上升至130度至140度，保持1小时后，释放压力且自然降温至60度以下脱模；

5)脱模修整：脱模后对产品进行打磨、修整和喷漆。

6.根据权利要求5所述的一种碳纤维底罩板的制作方法，其特征在于，所述上蒙皮(1)和下蒙皮(7)采用短切的碳布环氧预浸料制作，由下料机数控裁剪成型。

7.根据权利要求5所述的一种碳纤维底罩板的制作方法，其特征在于，所述碳纤维实心预埋件(2)采用如下制作步骤：

将10毫米厚的限位条放置于热压机平台上，在限位条中间空间放置短切纤维料，热压力机升温至70度至80度后、开始加压，热压力机继续升温到130度至140度，持续高温加压45分钟后，完成毛坯板的成型，对毛坯板进行修正后形成碳纤维实心预埋件(2)。

8.根据权利要求5所述的一种碳纤维底罩板的制作方法，其特征在于，所述金属预埋件(3)采用LY12铝合金材料制作，金属预埋件(3)上设置有机械加工螺纹孔，螺纹孔内安装有钢丝螺套。

9.根据权利要求5所述的一种碳纤维底罩板的制作方法，其特征在于，所述泡沫层(5)由下料机数控裁剪成型。

10.根据权利要求5所述的一种碳纤维底罩板的制作方法，其特征在于，所述碳纤维增强层(6)由下料机数控裁剪成型。

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