CN113910641B - 碳纤维复合材料制品及其制备方法和穿戴式座椅 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及复合材料技术领域，具体而言，涉及碳纤维复合材料制品及其制备方法和穿戴式座椅；碳纤维复合材料制品的制备方法包括：用碳纤维预浸料包覆预埋金属件，并在模具中采用高温高压成型；本发明的碳纤维复合材料制品的制备方法制备出的碳纤维复合材料制品可以用于制备穿戴式座椅。本发明的碳纤维复合材料制品的制备方法能够在减轻制备出的碳纤维复合材料制品的质量的同时，确保制品的整体强度高、满足结构使用要求。

Description

碳纤维复合材料制品及其制备方法和穿戴式座椅
技术领域
本发明涉及复合材料技术领域，具体而言，涉及碳纤维复合材料制品及其制备方法和穿戴式座椅。
背景技术
穿戴式座椅(外骨骼)具有较广泛的应用。通常在使用穿戴式座椅时，需要在穿戴好的情况下行走，为了确保穿戴好穿戴式座椅移动的便利性，需要减轻穿戴式座椅的质量，进而需要制备穿戴式座椅的材料减轻质量。
但是，相关技术提供的穿戴式座椅的制备材料不容易减轻质量的同时，材料的整体强度降低、不满足结构使用要求。
发明内容
本发明的目的在于提供碳纤维复合材料制品及其制备方法和穿戴式座椅，该碳纤维复合材料制品的制备方法能够在减轻制备出的碳纤维复合材料制品的质量的同时，确保制品的整体强度高、满足结构使用要求。
本发明是这样实现的：
第一方面，本发明提供一种碳纤维复合材料制品的制备方法，包括：
用碳纤维预浸料包覆预埋金属件，并在模具中采用高温高压成型；其中，
预埋金属件具有预埋件本体和连接于预埋件本体的连接部，预埋件本体设置有镂空部，连接部设置有安装孔和安装间隙，安装间隙与安装孔连通；且预埋金属件的边角均倒角处理；
在预埋金属件的上下表面均铺设碳纤维预浸料，且在镂空部填充碳纤维预浸料；
将旋转空腔工装装配于安装间隙内，将下端盖和检修端盖工装分别设置于连接部的两端端面，用于封堵安装孔；
将设置有碳纤维预浸料、旋转空腔工装、下端盖和检修端盖工装的预埋金属件整体放置于模具中采用高温高压成型，固化后脱模，再拆卸检修端盖工装、旋转空腔工装。
在可选的实施方式中，碳纤维预浸料包括表面层和加强层，加强层和表面层由内至外依次包裹在预埋件本体外。
在可选的实施方式中，表面层的面密度为120-240克；加强层的面密度为400-600克。
在可选的实施方式中，碳纤维预浸料包括一层表面层和至少两层加强层，至少两层加强层和一层表面层由内至外依次包裹在预埋件本体外。
在可选的实施方式中，相邻的表面层和加强层之间采用±45℃的方式层叠铺设；且相邻的两个加强层之间采用±45℃的方式层叠铺设。
在可选的实施方式中，碳纤维预浸料包括35-45％的树脂和55-65％的碳纤维。
在可选的实施方式中，在模具中采用高温高压成型，具体包括：
在0℃-100℃预热，其中，升温速率5-10℃/min；
在100℃恒温处理0.1-0.5h；
在150℃恒温固化0.15-0.5h；
从150℃降温至50℃，降温速率10-20℃/min；
降温时间成型压力为2.5MPa-10.0MPa。
在可选的实施方式中，在高温高压成型以及脱模后，还包括：用抗菌、耐磨涂料进行涂层处理。
第二方面，本发明提供一种碳纤维复合材料制品，其是由前述实施方式任一项的碳纤维复合材料制品的制备方法制备的。
第三方面，本发明提供一种穿戴式座椅，其包括前述的碳纤维复合材料制品。
本发明具有以下有益效果：
本发明实施例提供的碳纤维复合材料制品的制备方法包括：用碳纤维预浸料包覆预埋金属件，并在模具中采用高温高压成型；其中，预埋金属件具有预埋件本体和连接于预埋件本体的连接部，预埋件本体设置有镂空部，连接部设置有安装孔和安装间隙，安装间隙与安装孔连通；且预埋金属件的边角均倒角处理；在预埋金属件的上下表面均铺设碳纤维预浸料，且在镂空部填充碳纤维预浸料；将旋转空腔工装装配于安装间隙内，将下端盖和检修端盖工装分别设置于连接部的两端端面，用于封堵安装孔；将设置有碳纤维预浸料、旋转空腔工装、下端盖和检修端盖工装的预埋金属件整体放置于模具中采用高温高压成型，固化后脱模，再拆卸检修端盖工装、旋转空腔工装。这样一来，通过预埋金属件的预埋件本体设置的镂空部能够减轻制品的整体质量，在预埋件本体设置的镂空部处填充碳纤维预浸料，以及在预埋件本体的上下表面均铺设碳纤维预浸料，能够在高温高压后使镂空部填充的碳纤维预浸料和预埋件本体表面铺设的碳纤维预浸料之间的粘接强度增强，在预埋金属件的边角均倒角处理能够避免高温高压压制时破坏碳纤维预浸料的碳纤维丝，进而确保制品整体的强度高、能够满足结构使用要求。
本发明实施例提供的碳纤维复合材料制品由前述的制备方法制备，该碳纤维复合材料制品的质量减轻，且整体强度高，满足使用需求。
本发明实施例提供的穿戴式座椅包括前述的碳纤维复合材料制品，其质量减轻，且强度高。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明实施例中碳纤维复合材料制品的制备时，预埋金属件、工装和模具的分解结构示意图；
图2为本发明实施例1中碳纤维复合材料制品耐压测试曲线图。
图标：100-上模具；200-下模具；300-预埋金属件；310-预埋件本体；311-镂空部；320-连接部；321-安装孔；322-安装间隙；400-碳纤维预浸料；510-旋转空腔工装；511-工装定位孔；520-下端盖；521-下端盖密封胶圈；530-检修端盖工装；540-下端盖锁紧螺丝；550-中心轴定位销；560-造型空腔。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
请参照图1，以下将对本发明的碳纤维复合材料制品及其制备方法和穿戴式座椅和穿戴式座椅作进一步的详细描述。
本发明的碳纤维复合材料制品的制备方法包括：用碳纤维预浸料400包覆预埋件，并在模具中采用高温高压成型；其中，预埋金属件300具有预埋件本体310和连接于预埋件本体310的连接部320，预埋件本体310设置有镂空部311，连接部320设置有安装孔321和安装间隙322，安装间隙322与安装孔321连通；且预埋金属件300的边角均倒角处理；在预埋金属件300的上下表面均铺设碳纤维预浸料400，且在镂空部311填充碳纤维预浸料400；将旋转空腔工装510装配于安装间隙322内，将下端盖520和检修端盖工装530分别设置于连接部320的两端端面，用于封堵安装孔321；将设置有碳纤维预浸料400、旋转空腔工装510、下端盖520和检修端盖工装530的预埋金属件300整体放置于模具中采用高温高压成型，固化后脱模，再拆卸检修端盖工装530、旋转空腔工装510。这样一来，通过预埋金属件300的预埋件本体310设置的镂空部311能够减轻制品的整体质量，在预埋件本体310设置的镂空部311处填充碳纤维预浸料400，以及在预埋件本体310的上下表面均铺设碳纤维预浸料400，能够在高温高压后使镂空部311填充的碳纤维预浸料400和预埋件本体310表面铺设的碳纤维预浸料400之间的粘接强度增强，在预埋金属件300的边角均倒角处理能够避免高温高压压制时破坏碳纤维预浸料400的碳纤维丝，进而确保制品整体的强度高、能够满足结构使用要求。
需要说明的是，在制备碳纤维复合材料制品时，将旋转空腔工装510装配于安装间隙322内，并将检修端盖工装530设置于连接部320，将安装孔321封堵，能够在各个工装和预埋金属件300一遍高温高压压制、脱模后，将旋转空腔工装510和检修端盖工装530拆卸下来，以使安装间隙322和安装孔321的空腔在压制后得以保留，进而便于制备好的碳纤维复合材料制品在后续的加工、装配等环节，不需要另外开设安装间隙322和安装孔321，便于后续加工和装配工作的开展。例如：该预埋金属件300为转动铰链，转动铰链设置有用于装配转轴的安装孔321，在转动铰链外压制碳纤维预浸料400时，用旋转空腔工装510装配于转动铰链的安装间隙322，并用下端盖520和检修端盖工装530封堵在安装孔321两端，高温高压压制固化后，拆卸旋转空腔工装510和检修端盖工装530，即可保留转动铰链的安装间隙322和安装孔321，以便于后续转轴等部件的装配。
本实施例中，碳纤维预浸料400包括表面层和加强层，加强层和表面层由内至外依次包裹在预埋件本体310外。这样一来，可以通过预埋件本体310设置镂空部311减轻重量的同时，利用预埋件本体310的表面包覆的碳纤维预浸料400和镂空部311填充的碳纤维预浸料400确保碳纤维复合材料制品的强度不降低。
进一步地，碳纤维预浸料400包括一层表面层和至少两层加强层，至少两层加强层和一层表面层由内至外依次包裹在预埋件本体310外。通过至少两个加强层可以有效地确保碳纤维复合材料制品的强度。
再进一步地，表面层的面密度为120-240克；加强层的面密度为400-600克。这样一来，当需要在预埋件外包覆一定厚度的碳纤维预浸料400时，可以通过多包覆基层加强层，以便于快速地使碳纤维预浸料400的厚度达到需求。
需要说明的是，通过依次包覆加强层和表面层还有利于使制得的碳纤维复合材料制品的表面无褶皱、白斑、凹陷、气泡、外来物等缺陷。
表面层和加强层的铺设方式包括：相邻的表面层和加强层之间采用±45℃的方式层叠铺设；且相邻的两个加强层之间采用±45℃的方式层叠铺设。相邻的碳纤维层之间呈±45°排列，能够在使预埋件外的碳纤维包裹层在各个方向受力更加均匀一致，使得碳纤维复合材料制品具有良好的弹性，当碳纤维复合材料制品受到冲击时，会产生相应的形变，而不容易被破坏，进而使制得的碳纤维复合材料制品具有良好的抗冲击性能。
±45°的方式层叠铺层可以是指相邻两个碳纤维层的碳纤维的长度延伸方向的夹角为45°。
需要说明的是，为了提升碳纤维复合材料制品外表面品质，减少碳纤维复合材料制品表面褶皱、白斑、凹陷、气泡、外来物等缺陷，还可以在碳纤维复合材料制品的外表面铺设胶模。
本实施例中，镂空部311填充碳纤维预浸料400的方式，可以是在镂空部311重叠设置多层碳纤维预浸料400，多个碳纤维预浸料400中可以包括加强层和表面层中的至少一种，在此不作具体限定。
需要说明的是，镂空部311填充的碳纤维预浸料400的层数可以根据需要选择，例如：一层、两个、三层、十层等，在此不作具体限定。
本实施例的碳纤维预浸料400包括35-45％的树脂和55-65％的碳纤维；具体地，表面层和加强层均包括35-45％的树脂和55-65％的碳纤维。
需要说明的是，碳纤维层的两侧均涂抹有树脂。
还需要说明的是，碳纤维预浸料表面层和加强层可以是T300-T1100级高强度或M40-M65级高模量(T800或M50以上，属高性能，断裂伸长率小)的斜纹或平纹碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维、亚麻纤维等预浸料。
温度是产品成型过程中最重要的影响因素，它的作用主要是促进树脂的固化反应；温度过低，固化时间长，生产效率下降；而且低温固化时，挥发份不易流出，易形成缺陷并造成产品强度下降；如果温度过高，固化速率太快，易形成早期局部固化，使内部的挥发难以通过已固化的外层排出，在制品内造成很大的内应力，使制品产生肿胀、气泡、翘曲变形等缺陷。
本发明在模具中采用预埋金属件300和工装件组合用高温高压一体成型，具体包括：
在0℃-100℃预热，其中，升温速率5-10℃/min；具体地，可以从0℃开始升温进行预热，升温速率5-10℃/min，直到预热的温度达到100℃。此过程中，温度逐渐升高，碳纤维预浸料的树脂开始熔化，挥发成分逸出。
在100℃恒温处理0.1-0.5h；该阶段主要是使碳纤维预浸料中的树脂在较低温度下发生链与链的交联反应，使分子量增大。
在150℃恒温固化0.15-0.5h；在此过程中，随着树脂交联反应的进行，树脂的分子量增大到一定程度时，就会产生凝胶现象，由于凝胶后分子运动受到约束，因此固化反应难以进行彻底。该阶段主要是为了增加分子运动能量，提高固化反应速率，并在0.2-0.5h保温时间内实现预期固化效果，逐渐形成网状和体型分子结构。
从150℃降温至50℃，降温速率为10-20℃/min。该阶段主要是为了减小因温差过大而造成的制品内应力。
当然，可以是在0.1-0.2h之内使得温度从150℃降至50℃，即将温度从150℃降温至50℃，所耗费的时间为0.1-0.2h。该阶段主要是为了减小因温差过大而造成的制品内应力。
进一步地，成型压力均为2.5MPa-10.0MPa。在此压力下，能够避免压力过大造成纤维损伤，避免造成层内平行纤维撕裂，降低制品的强度，而且压力过大还会缩短模具及压机使用寿命，并增加功耗。
再进一步地，在0℃-100℃预热时，压力可以是2.5MPa-5MPa；在100℃恒温、150℃恒温、以及从150℃降温至50℃时，压力可以是5MPa-10MPa。这样一来，可以确保预热过程中将多余的气体排出，并在后续恒温处理和降温处理过程中确保合适的压力；压力是碳纤维预浸料固化过程中的一个重要参数，压力的作用主要是使树脂产生一定的流动性，增加制品的致密度，降低制品的收缩率，避免制品因挥发份逸出而出现的肿胀、起泡、分层等缺陷，保证制品的精确形状和尺寸。加压还能够防止制品冷却时发生形变。模具温度低于50℃后允许脱模。
需要说明的是，在高温高压下制备碳纤维复合材料制品时，保温保压的时间对制品性能也有影响。如果保压保温时间不够会造成制品不能充分固化，物理机械性能差，外观无光泽，易翘曲变形；若时间过长，会使制品的抗冲击、抗弯性能下降，增加能耗及生产周期。
还需要说明的是，本发明的碳纤维复合材料制品的制备方法使用的模具可以是以单一的铝合金、模具钢或铝合金为胎模主体镶嵌模具钢质材料的组合式模具，这样一来，一方面满足碳纤维预浸料成型要求实施模具均匀电加热升温和空气道降温处理，这样可以带来无其他油或水带来的污顺碳纤维复合材料制品，另一方面提升了高效节能和环保清洁的生产制造。
本发明提供的碳纤维复合材料制品的制备方法可以选用电加热和压缩空气加压方法，在此不作具体限定。
本发明的碳纤维复合材料制品的制备方法在预埋金属件300和工装组合高温高压一体成型后，还包括：用抗菌、耐磨涂料进行涂层处理。具体地，可以在高温高压压制后，将毛坯件取出，手工去飞边和打磨检查，在用含银离子的特氟龙涂料在毛坯外涂层处理，以便于改善碳纤维复合材料制品的耐磨性和抗菌杀菌性，并且确保碳纤维复合材料制品的易清洁性。
需要说明的是，本发明的碳纤维复合材料制品的制备方法制备的碳纤维复合材料制品能够用于制备穿戴式座椅，例如：转动铰链组件；制备足部踏板、小腿支撑杆和大腿支撑板等，在此不作具体限定。
以下结合实施例对本发明的碳纤维复合材料制品及其制备方法和穿戴式座椅和穿戴式座椅作进一步的详细描述。
实施例1
在上模具100的造型空腔和下模具200的造型空腔560内均依次叠加铺设剪裁好形状的一层表面层和四层加强层碳纤维预浸料400；在预埋金属件300的预埋件本体310的镂空部311设置碳纤维预浸料400；将旋转空腔工装510装配于预埋金属件300的安装间隙322内，将下端盖520、下端盖密封胶圈521设置于预埋金属件300的连接部320的一端，并用下端盖锁紧螺丝540固定下端盖520；将检修端盖工装530设置于预埋金属件300的连接部320的另一端端面，用中心轴定位销550穿过检修端盖工装530，再穿过连接部320、检修端盖工装530和下端盖520，以利用中心轴定位销550完成工装的组装；其中，下端盖520封堵连接部320的安装孔321的一端，检修端盖工装530封堵连接部320的安装孔321的另一端；将旋转空腔工装510设置的工装定位孔511对准下模具200的旋转空腔主体的工装定位销后，上模具100和下模具200以模具定位孔和定位销的配合合模，锁紧模具锁紧螺栓，以使在先铺设于上模具100的造型空腔和下模具200的造型空腔560的碳纤维预浸料400覆盖在预埋件本体310的表面，即使得预埋金属件300的预埋件本体310的上表面和下表面分别铺设单边五层碳纤维预浸料400；将预埋金属件300和设置于其的各个工装一起采用高温高压一体成型，按照要求固化制品脱模后取下检修端盖工装530和旋转空腔工装510完成所需要的制品毛坯件。
其中，预埋金属件300的边角均倒角处理。表面层的面密度200克，加强层的面密度400克；碳纤维预浸料400的树脂为40％，碳纤维为60％。加强层和表面层采用±45℃的方式层叠铺设。
装配于模具内，高温高压成型，具体包括：
在0℃-100℃预热，其中，升温速率5℃/min；成型压力2.5MPa；
在100℃恒温处理0.2h；成型压力5MPa；
在150℃恒温固化0.5h；成型压力10MPa；
从150℃降温至50℃，降温时间(耗时)0.2h；成型压力为10.0MPa。
高温高压成型后，取出毛坯，手工去飞边和打磨检查，在用含银离子的特氟龙涂料在毛坯外涂层处理以满足抗菌防菌功能。
实施例2
在上模具100的造型空腔和下模具200的造型空腔560内均依次叠加铺设剪裁好形状的一层表面层和两层加强层碳纤维预浸料400；在预埋金属件300的预埋件本体310的镂空部311设置碳纤维预浸料400；将旋转空腔工装510装配于预埋金属件300的安装间隙322内，将下端盖520、下端盖密封胶圈521设置于预埋金属件300的连接部320的一端，并用下端盖锁紧螺丝540固定下端盖520；将检修端盖工装530设置于预埋金属件300的连接部320的另一端端面，用中心轴定位销550穿过检修端盖工装530，再穿过连接部320、检修端盖工装530和下端盖520，以利用中心轴定位销550完成工装的组装；其中，下端盖520封堵连接部320的安装孔321的一端，检修端盖工装530封堵连接部320的安装孔321的另一端；将旋转空腔工装510设置的工装定位孔511对准下模具200的旋转空腔主体的工装定位销后，上模具100和下模具200以模具定位孔和定位销的配合合模，锁紧模具锁紧螺栓，以使在先铺设于上模具100的造型空腔和下模具200的造型空腔560的碳纤维预浸料400覆盖在预埋件本体310的表面，即使得预埋金属件300的预埋件本体310的上表面和下表面分别铺设单边三层碳纤维预浸料400；将预埋金属件300和设置于其的各个工装一起采用高温高压一体成型，按照要求固化制品脱模后取下检修端盖工装530和旋转空腔工装510完成所需要的制品毛坯件。
其中，预埋金属件300的边角均倒角处理。表面层的面密度120克，加强层的面密度600克；碳纤维预浸料400的树脂为35％，碳纤维为65％。加强层和表面层采用±45℃的方式层叠铺设。
装配于模具内，高温高压成型，具体包括：
在0℃-100℃预热，其中，升温速率8℃/min；成型压力3MPa；
在100℃恒温处理0.1h；成型压力6MPa；
在150℃恒温固化0.3h；成型压力10MPa
从150℃降温至50℃，降温时间(耗时)0.2h；成型压力为10MPa。
高温高压成型后，取出毛坯，手工去飞边和打磨检查，在用含银离子的特氟龙涂料在毛坯外涂层处理。
实施例3
在上模具100的造型空腔和下模具200的造型空腔560内均依次叠加铺设剪裁好形状的一层表面层和六层加强层碳纤维预浸料400；在预埋金属件300的预埋件本体310的镂空部311设置碳纤维预浸料400；将旋转空腔工装510装配于预埋金属件300的安装间隙322内，将下端盖520、下端盖密封胶圈521设置于预埋金属件300的连接部320的一端，并用下端盖锁紧螺丝540固定下端盖520；将检修端盖工装530设置于预埋金属件300的连接部320的另一端端面，用中心轴定位销550穿过检修端盖工装530，再穿过连接部320、检修端盖工装530和下端盖520，以利用中心轴定位销550完成工装的组装；其中，下端盖520封堵连接部320的安装孔321的一端，检修端盖工装530封堵连接部320的安装孔321的另一端；将旋转空腔工装510设置的工装定位孔511对准下模具200的旋转空腔主体的工装定位销后，上模具100和下模具200以模具定位孔和定位销的配合合模，锁紧模具锁紧螺栓，以使在先铺设于上模具100的造型空腔和下模具200的造型空腔560的碳纤维预浸料400覆盖在预埋件本体310的表面，即使得预埋金属件300的预埋件本体310的上表面和下表面分别铺设单边七层碳纤维预浸料400；将预埋金属件300和设置于其的各个工装一起采用高温高压一体成型，按照要求固化制品脱模后取下检修端盖工装530和旋转空腔工装510完成所需要的制品毛坯件。
其中，预埋金属件300的边角均倒角处理。表面层的面密度150克，加强层的面密度500克；碳纤维预浸料400的树脂为45％，碳纤维为55％。加强层和表面层采用±45℃的方式层叠铺设。
装配于模具内，高温高压成型，具体包括：
在0℃-100℃预热，其中，升温速率10℃/min；成型压力5MPa；
在100℃恒温处理0.1h；成型压力10MPa；
在150℃恒温固化0.2h；成型压力10MPa；
从150℃降温至50℃，降温时间(耗时)0.1h；且成型压力为10.0MPa。
高温高压成型后，取出毛坯，手工去飞边和打磨检查，在用含银离子的特氟龙涂料在毛坯外涂层处理。
实施例4
在上模具100的造型空腔和下模具200的造型空腔560内均依次叠加铺设剪裁好形状的一层表面层和五层加强层碳纤维预浸料400；在预埋金属件300的预埋件本体310的镂空部311设置碳纤维预浸料400；将旋转空腔工装510装配于预埋金属件300的安装间隙322内，将下端盖520、下端盖密封胶圈521设置于预埋金属件300的连接部320的一端，并用下端盖锁紧螺丝540固定下端盖520；将检修端盖工装530设置于预埋金属件300的连接部320的另一端端面，用中心轴定位销550穿过检修端盖工装530，再穿过连接部320、检修端盖工装530和下端盖520，以利用中心轴定位销550完成工装的组装；其中，下端盖520封堵连接部320的安装孔321的一端，检修端盖工装530封堵连接部320的安装孔321的另一端；将旋转空腔工装510设置的工装定位孔511对准下模具200的旋转空腔主体的工装定位销后，上模具100和下模具200以模具定位孔和定位销的配合合模，锁紧模具锁紧螺栓，以使在先铺设于上模具100的造型空腔和下模具200的造型空腔560的碳纤维预浸料400覆盖在预埋件本体310的表面，即使得预埋金属件300的预埋件本体310的上表面和下表面分别铺设单边六层碳纤维预浸料400；将预埋金属件300和设置于其的各个工装一起采用高温高压一体成型，按照要求固化制品脱模后取下检修端盖工装530和旋转空腔工装510完成所需要的制品毛坯件。
其中，预埋金属件300的边角均倒角处理。表面层的面密度200克，加强层的面密度400克；碳纤维预浸料400的树脂为40％，碳纤维为60％。加强层和表面层采用±45℃的方式层叠铺设。
装配于模具内，高温高压成型，具体包括：
在0℃-100℃预热，其中，升温速率10℃/min；成型压力4MPa；
在100℃恒温处理0.15h；成型压力8MPa；
在150℃恒温固化0.15h；成型压力10MPa；
从150℃降温至50℃，降温时间(耗时)0.15h；且成型压力为10.0MPa。
高温高压成型后，取出毛坯，手工去飞边和打磨检查，在用含银离子的特氟龙涂料在毛坯外涂层处理。
实施例5
在上模具100的造型空腔和下模具200的造型空腔560内均依次叠加铺设剪裁好形状的一层表面层和三层加强层碳纤维预浸料400；在预埋金属件300的预埋件本体310的镂空部311设置碳纤维预浸料400；将旋转空腔工装510装配于预埋金属件300的安装间隙322内，将下端盖520、下端盖密封胶圈521设置于预埋金属件300的连接部320的一端，并用下端盖锁紧螺丝540固定下端盖520；将检修端盖工装530设置于预埋金属件300的连接部320的另一端端面，用中心轴定位销550穿过检修端盖工装530，再穿过连接部320、检修端盖工装530和下端盖520，以利用中心轴定位销550完成工装的组装；其中，下端盖520封堵连接部320的安装孔321的一端，检修端盖工装530封堵连接部320的安装孔321的另一端；将旋转空腔工装510设置的工装定位孔511对准下模具200的旋转空腔主体的工装定位销后，上模具100和下模具200以模具定位孔和定位销的配合合模，锁紧模具锁紧螺栓，以使在先铺设于上模具100的造型空腔和下模具200的造型空腔560的碳纤维预浸料400覆盖在预埋件本体310的表面，即使得预埋金属件300的预埋件本体310的上表面和下表面分别铺设单边四层碳纤维预浸料400；将预埋金属件300和设置于其的各个工装一起采用高温高压一体成型，按照要求固化制品脱模后取下检修端盖工装530和旋转空腔工装510完成所需要的制品毛坯件。
其中，预埋金属件300的边角均倒角处理。表面层的面密度200克，加强层的面密度400克；碳纤维预浸料400的树脂为40％，碳纤维为60％。加强层和表面层采用±45℃的方式层叠铺设。
装配于模具内，高温高压成型，具体包括：
在0℃-100℃预热，其中，升温速率7℃/min；成型压力2.5MPa；
在100℃恒温处理0.5h；成型压力5MPa；
在150℃恒温固化0.3h；成型压力10MPa；
从150℃降温至50℃，降温速率为10℃/min；成型压力为10.0MPa。
高温高压成型后，取出毛坯，手工去飞边和打磨检查，在用含银离子的特氟龙涂料在毛坯外涂层处理以满足抗菌防菌功能。
实施例6
在上模具100的造型空腔和下模具200的造型空腔560内均依次叠加铺设剪裁好形状的一层表面层和两层加强层碳纤维预浸料400；在预埋金属件300的预埋件本体310的镂空部311设置碳纤维预浸料400；将旋转空腔工装510装配于预埋金属件300的安装间隙322内，将下端盖520、下端盖密封胶圈521设置于预埋金属件300的连接部320的一端，并用下端盖锁紧螺丝540固定下端盖520；将检修端盖工装530设置于预埋金属件300的连接部320的另一端端面，用中心轴定位销550穿过检修端盖工装530，再穿过连接部320、检修端盖工装530和下端盖520，以利用中心轴定位销550完成工装的组装；其中，下端盖520封堵连接部320的安装孔321的一端，检修端盖工装530封堵连接部320的安装孔321的另一端；将旋转空腔工装510设置的工装定位孔511对准下模具200的旋转空腔主体的工装定位销后，上模具100和下模具200以模具定位孔和定位销的配合合模，锁紧模具锁紧螺栓，以使在先铺设于上模具100的造型空腔和下模具200的造型空腔560的碳纤维预浸料400覆盖在预埋件本体310的表面，即使得预埋金属件300的预埋件本体310的上表面和下表面分别铺设单边三层碳纤维预浸料400；将预埋金属件300和设置于其的各个工装一起采用高温高压一体成型，按照要求固化制品脱模后取下检修端盖工装530和旋转空腔工装510完成所需要的制品毛坯件。
其中，预埋金属件300的边角均倒角处理。表面层的面密度200克，加强层的面密度400克；碳纤维预浸料400的树脂为40％，碳纤维为60％。加强层和表面层采用±45℃的方式层叠铺设。
装配于模具内，高温高压成型，具体包括：
在0℃-100℃预热，其中，升温速率5℃/min；成型压力2.5MPa；
在100℃恒温处理0.3h；成型压力5MPa；
在150℃恒温固化0.5h；成型压力10MPa；
从150℃降温至50℃，降温速率为20℃/min；成型压力为10.0MPa。
高温高压成型后，取出毛坯，手工去飞边和打磨检查，在用含银离子的特氟龙涂料在毛坯外涂层处理以满足抗菌防菌功能。
实施例7
在上模具100的造型空腔和下模具200的造型空腔560内均依次叠加铺设剪裁好形状的一层表面层和六层加强层碳纤维预浸料400；在预埋金属件300的预埋件本体310的镂空部311设置碳纤维预浸料400；将旋转空腔工装510装配于预埋金属件300的安装间隙322内，将下端盖520、下端盖密封胶圈521设置于预埋金属件300的连接部320的一端，并用下端盖锁紧螺丝540固定下端盖520；将检修端盖工装530设置于预埋金属件300的连接部320的另一端端面，用中心轴定位销550穿过检修端盖工装530，再穿过连接部320、检修端盖工装530和下端盖520，以利用中心轴定位销550完成工装的组装；其中，下端盖520封堵连接部320的安装孔321的一端，检修端盖工装530封堵连接部320的安装孔321的另一端；将旋转空腔工装510设置的工装定位孔511对准下模具200的旋转空腔主体的工装定位销后，上模具100和下模具200以模具定位孔和定位销的配合合模，锁紧模具锁紧螺栓，以使在先铺设于上模具100的造型空腔和下模具200的造型空腔560的碳纤维预浸料400覆盖在预埋件本体310的表面，即使得预埋金属件300的预埋件本体310的上表面和下表面分别铺设单边七层碳纤维预浸料400；将预埋金属件300和设置于其的各个工装一起采用高温高压一体成型，按照要求固化制品脱模后取下检修端盖工装530和旋转空腔工装510完成所需要的制品毛坯件。
其中，预埋金属件300的边角均倒角处理。表面层的面密度200克，加强层的面密度400克；碳纤维预浸料400的树脂为40％，碳纤维为60％。加强层和表面层采用±45℃的方式层叠铺设。
装配于模具内，高温高压成型，具体包括：
在0℃-100℃预热，其中，升温速率9℃/min；成型压力2.5MPa；
在100℃恒温处理0.4h；成型压力5MPa；
在150℃恒温固化0.3h；成型压力10MPa；
从150℃降温至50℃，降温速率15℃/min；成型压力为10.0MPa。
高温高压成型后，取出毛坯，手工去飞边和打磨检查，在用含银离子的特氟龙涂料在毛坯外涂层处理以满足抗菌防菌功能。
1、对实施例1制备的碳纤维复合材料制品进行结构强度准静态分析，其结果显示实施例1制备出的碳纤维复合材料制品能够承受的抗压强度可以达到750kg。
2、对实施例1制备的碳纤维复合材料制品进行抗菌效果测试，检测方法按照GB21551.2-2010家用和类似用途电器的抗菌、除菌、净化功能抗菌材料的特殊要求附录A抗细菌性能试验方法1(贴膜法)及效果评价；其中测试结果见表1。
表1
Figure BDA0003298320820000171
注：对照样品为卫生级高密度聚乙烯(HDPE)。
抗菌率大于或等于90％，评价为有抗细菌作用。
前处理：70％乙醇溶液浸泡，1min后用无菌水冲洗，自然干燥。
3、对实施例1制备的碳纤维复合材料制品进行耐压测试，测试仪器采用：上海新三思计量仪器制造有限公司SHT4305，测量结果耐压1.99kN。其中，施压为轴向施压，试验速度为10mm/min。测试曲线见图2，其中，力-位移曲线表明在最大压缩位移82.24mm时，接受测试的碳纤维复合材料制品的最大承受耐压应力位1.99kN。
4、对实施例1制备的碳纤维复合材料制品进行环氧乙烷测试，参考GB 4806.7-2016食品安全国家标准，食品接触用塑料材料及制品；测试方法参考GB 31604.27-2016，结果见表2。
表2
Figure BDA0003298320820000181
备注：N.D＝未检出(小于方法检出限)
mg/Kg-ppm＝百万分之一
综上所述，本发明的碳纤维复合材料制品的制备方法能够制备出质量轻、强度大的碳纤维复合材料制品。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种碳纤维复合材料制品的制备方法，其特征在于，包括：
用碳纤维预浸料包覆预埋金属件，并在模具中采用高温高压成型；其中，
所述预埋金属件具有预埋件本体和连接于所述预埋件本体的连接部，所述预埋件本体设置有镂空部，所述连接部设置有安装孔和安装间隙，所述安装间隙与所述安装孔连通；且所述预埋金属件的边角均倒角处理；
在所述预埋金属件的上下表面均铺设所述碳纤维预浸料，且在所述镂空部填充所述碳纤维预浸料；
将旋转空腔工装装配于所述安装间隙内，将下端盖和检修端盖工装分别设置于所述连接部的两端端面，用于封堵所述安装孔；
将设置有所述碳纤维预浸料、所述旋转空腔工装、所述下端盖和所述检修端盖工装的所述预埋金属件整体放置于所述模具中采用所述高温高压成型，固化后脱模，再拆卸所述检修端盖工装、所述旋转空腔工装。
2.根据权利要求1所述的碳纤维复合材料制品的制备方法，其特征在于，所述碳纤维预浸料包括表面层和加强层，所述加强层和所述表面层由内至外依次包裹在所述预埋件本体外。
3.根据权利要求2所述的碳纤维复合材料制品的制备方法，其特征在于，所述表面层的面密度为120-240克；所述加强层的面密度为400-600克。
4.根据权利要求2所述的碳纤维复合材料制品的制备方法，其特征在于，所述碳纤维预浸料包括一层所述表面层和至少两层所述加强层，至少两层所述加强层和一层所述表面层由内至外依次包裹在所述预埋件本体外。
5.根据权利要求4所述的碳纤维复合材料制品的制备方法，其特征在于，相邻的所述表面层和所述加强层之间采用±45℃的方式层叠铺设；且相邻的两个所述加强层之间采用±45℃的方式层叠铺设。
6.根据权利要求1所述的碳纤维复合材料制品的制备方法，其特征在于，所述碳纤维预浸料包括35-45％的树脂和55-65％的碳纤维。
7.根据权利要求1所述的碳纤维复合材料制品的制备方法，其特征在于，在模具中采用高温高压成型，具体包括：
在0℃-100℃预热，其中，升温速率5-10℃/min；
在100℃恒温处理0.1-0.5h；
在150℃恒温固化0.15-0.5h；
从150℃降温至50℃，降温速率10-20℃/min；
成型压力为2.5MPa-10.0MPa。
8.根据权利要求1所述的碳纤维复合材料制品的制备方法，其特征在于，在所述高温高压成型以及所述脱模后，还包括：用抗菌、耐磨涂料进行涂层处理。
9.一种碳纤维复合材料制品，其特征在于，其是由权利要求1-8任一项所述的碳纤维复合材料制品的制备方法制备的。
10.一种穿戴式座椅，其特征在于，包括权利要求9所述的碳纤维复合材料制品。
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