CN114043746A - 基于真空导入工艺的含金属预埋件碳纤维壳体成型方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于真空导入工艺的含金属预埋件碳纤维壳体成型方法，属于领域。本发明的含金属预埋件碳纤维壳体成型方法依托于真空导入工艺，将碳纤维壳体的加工技术与金属预埋技术进行融合，提高了金属预埋件与碳纤维基体的连接的可靠性，同时对金属预埋件进行表面处理，可有效阻断碳纤维和金属预埋件的化学腐蚀，提高含金属预埋件碳纤维壳体的抗腐蚀能力。本发明具有金属预埋件与碳纤维基体可实现一体成型，实现后续加工成本低廉、预埋件牢固可靠、金属部件抗腐蚀能力强、碳纤维基体质量高等特点。
Description
技术领域
本发明属于领域，具体涉及一种基于真空导入工艺的含金属预埋件碳纤维壳体成型方法。
背景技术
随着科技发展，各行业对设备及产品的加工材料轻量化及优越的结构性能要求越来越苛刻，碳纤维及其复合材料逐渐被采纳并推广应用。由于碳纤维及符合材料基体和纤维的不均匀性，导致该材料在传统加工领域成本高，对加工设备及加工刀具有较高的要求，加工质量差，无形中增加了产品加工成本。且大部分碳纤维材料制品需要与一些金属部件进行连接。因此寻求一种成本低廉，满足金属部件连接需求且牢固可靠的加工技术显得尤为重要。
目前，市场上的大多数碳纤维制品与金属部件连接技术主要由两种，一是采用碳纤维基体固化成型后进行胶粘，二是采用在碳纤维基体上进行机械加工，如打孔进行法兰连接、螺栓连接等机械连接。
根据现有情况，迫切需要解决一下问题：
(1)胶粘连接强度不稳定：传统的胶粘工艺一般采用结构胶粘接金属部件与碳纤维基体，结构胶在高温或低温的条件下粘接性能下降，仅靠胶粘接无法满足恶劣环境需求，质量无法保证。
(2)机械连接增加基体重量：采用机械连接工艺，一般使用螺栓连接、法兰连接等，会增加结构总重量，与使用碳纤维材料的初衷相违背。同时由于碳纤维自身为导电材料，和金属部件会存在电势差，直接接触会造成金属部件的腐蚀，后期连接质量存在风险。
(3)传统加工工艺成本高：碳纤维及复合材料在加工过程中基体和纤维存在复杂的内部相互作用，使用传统机械加工设备及工艺会出现纤维拉出或是基质纤维脱离，导致生产过程中产生较大热量，对加工设备及刀具加大磨损，导致加工成本升高，加工质量下降。
本发明正是根据以上现实需求产生的。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题是如何提供一种基于真空导入工艺的含金属预埋件碳纤维壳体成型方法，以解决现有的碳纤维制品与金属部件连接技术胶粘连接强度不稳定、机械连接增加基体重量、成本高等问题。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提出一种基于真空导入工艺的含金属预埋件碳纤维壳体成型方法，该方法包括如下步骤：
S1、模具准备
将模具和挡圈上的残渣多余物清理干净，打3-4遍脱模剂，装配好模具；
S2、下料
要求碳纤维预浸料、碳纤维芳纶混编预浸料、预埋件状态良好，在有效期内，根据图纸尺寸对相应材料进行剪裁下料；
S3、预埋件表面处理
对于不锈钢预埋件采用表面喷砂的处理工艺，增加不锈钢材料表面吸附性能；对于铝合金预埋件采用表面喷砂及本色氧化处理，在增加表面吸附性的同时，增强铝合金的抗腐蚀性能；
S4、清洗预埋件
S5、预埋件浸胶
S6、预浸
要求对剪裁好的碳纤维预浸料、碳纤维芳纶混编预浸料进行预浸；
S7、铺贴碳纤维预浸料、碳纤维芳纶混编预浸料和预埋件；
S8、铺设真空袋材料
S9、将真空袋抽真空
S10、真空度检查
抽真空，使真空度稳定在-0.092MPa以上，贯穿整个升温、保温过程；升温至150℃，升温速率2℃/min，并保温60min；
S11、配树脂
要求按照摩尔比2:1配备树脂，升温到190°时回流保温1h，降温到75°加入基苯乙烯稀释，保温等待注入；
S12、开启超声波振动平台，并导入树脂；
S13、固化脱模。
进一步地，所述步骤S4具体包括：预埋件用浸泡在90％酒精进行超声波清洗，去掉预埋件表面油污及残渣。
进一步地，所述步骤S5具体包括：预埋件预埋部位刷底胶后进行浸胶，浸胶时，若预埋件存在安装精度要求较高的部位需进行防护处理。
进一步地，所述步骤S6具体包括：对剪裁好的碳纤维预浸料、碳纤维芳纶混编预浸料进行预浸，预浸乳液选用2.5％的稀释胶乳，预浸时间要求≥1h，确保预浸料得到充分湿润。
进一步地，所述步骤S7具体包括：
S71、第1套和第2套：不放预埋件，铺六层布，1、2、5、6层为碳纤维预浸料，3、4层为碳纤维芳纶混编预浸料；试两套模具；
S72、检查第1套及第2套铺贴质量，待合格后，进行后续加工；铺7层布，1、4、5、6、7层为H3K-CT3200/H-YP601碳纤维预浸料，2、3层为碳纤维芳纶混编预浸料；铺层顺序不变，铺两层后放置预埋件；加压预埋件固定模具，保证其位置精度。
进一步地，所述步骤S8具体包括：
S81、铺贴辅料：在预浸料表面铺贴一层脱模布，要求无棱脊、褶皱和气泡；
S82、在棱角处铺放合适加压条；
S83、有孔隔离膜、透气粘依次铺放，并适当用胶带固定；
S84、打磨并用酒精擦拭密封处，待干燥以后进行密封。
进一步地，所述步骤S9具体包括：真空袋具有至少两个真空管，真空度应不低于-0.092MPa，停止抽气后10min内真空度下降应不大于0.02MPa。
进一步地，所述步骤S12具体包括：
S121、温度及压力控制：由150℃降温到130℃，降温速率为1℃/min，并保温180min；由130℃降温到70℃，降温速率为3℃/min；130℃保温30min后开始加压到0.2MPa；130℃保温结束后卸压至0MPa；
S122、超声波振动参数设置：在130°保温180min区间内导入树脂，开启超声波振动平台，平台振动频率选择为20kHz，最大振幅控制在20μm，输出波形选为正弦波。
进一步地，所述步骤S13具体包括：
S131、待模具温度降到50℃以下方可进行辅料去除并进行脱模；
S132、对碳纤维制件进行修磨；
S133、用混有玻璃粉末的J-133BⅡ胶粘剂修补合模接缝缺陷，用砂纸打磨修理；
S134、用原子灰腻子进一步修补凹坑，沙眼，用砂纸打磨整个面直至光滑。
本发明还提供一种基于真空导入工艺的含金属预埋件碳纤维壳体成型结构，该结构包括超声波振动平台、模具、加压条、真空袋、恒压供料装置、真空泵、碳纤维预浸料、碳纤维芳纶混编预浸料和预埋件；
在最下层设置超声波振动平台，该超声波振动平台用于在树脂导入工序。
在超声波振动平台上设置模具，该模具是壳体类零件的定制模具，用于碳纤维材料固化成型，模具加工时，要求要控制模具的表面粗糙度在0.2μm，保证成型后碳纤维壳体外观质量；
在棱角处铺放合适加压条，加压条通常放置在垂直于碳纤维预浸料的受力方向，防止碳纤维预浸料受力不均发生变形；
在模具上设置真空袋，真空袋用于保证其内部模具及碳纤维预浸料之间的真空度，确保碳纤维预浸料各层之间树脂的充分填充，增加内部树脂填充率；
在真空袋的树脂浇注口安装恒压供料装置，配合真空袋外真空泵同步使用，保证树脂的流动性，充分填充各碳纤维预浸料缝隙；
在真空袋内部铺7层布，由下至上分别为1-7层，其中1、4、5、6、7层为H3K-CT3200/H-YP601碳纤维预浸料，2、3层为碳纤维芳纶混编预浸料，预埋件底部至于2-3层之间，向上延伸。
(三)有益效果
本发明提出一种基于真空导入工艺的含金属预埋件碳纤维壳体成型方法，具有金属预埋件与碳纤维基体可实现一体成型，实现后续加工成本低廉、预埋件牢固可靠、金属部件抗腐蚀能力强、碳纤维基体质量高等特点。
附图说明
图1为本发明基于真空导入工艺的含金属预埋件碳纤维壳体成型方法流程图；
图2为本发明基于真空导入工艺的含金属预埋件碳纤维壳体成型方法原理图。
具体实施方式
为使本发明的目的、内容和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
本发明一种基于真空导入工艺的含金属预埋件碳纤维壳体成型方法，含金属预埋件碳纤维壳体成型方法依托于真空导入工艺，将碳纤维壳体的加工技术与金属预埋技术进行融合，提高了金属预埋件与碳纤维基体的连接的可靠性，同时对金属预埋件进行表面处理，可有效阻断碳纤维和金属预埋件的化学腐蚀，提高含金属预埋件碳纤维壳体的抗腐蚀能力。
本发明的目的在于提供一种基于真空导入工艺的含金属预埋件碳纤维壳体成型方法，用于解决上述现有技术的问题。
本发明一种基于真空导入工艺的含金属预埋件碳纤维壳体成型方法，含金属预埋件碳纤维壳体成型方法依托于真空导入工艺，将碳纤维壳体的加工技术与金属预埋技术进行融合，提高了金属预埋件与碳纤维基体连接的可靠性，同时对金属预埋件进行表面处理，可有效阻断碳纤维和金属预埋件的化学腐蚀，提高含金属预埋件碳纤维壳体的抗腐蚀能力。
根据本发明一种基于真空导入工艺的含金属预埋件碳纤维壳体成型方法对预埋金属部件增加表面处理，可有效增强金属部件的抗腐蚀能力，保证壳体与金属部件的连接质量。
根据本发明一种基于真空导入工艺的含金属预埋件碳纤维壳体成型方法对预埋金属部件增加浸胶工序，可有效阻断碳纤维和金属部件的化学腐蚀、增强金属部件的抗腐蚀能力，同时增加基体与金属预埋件的紧固力。
根据本发明一种基于真空导入工艺的含金属预埋件碳纤维壳体成型方法，预埋金属部件在铺贴工序时，放置于两层芳纶编制预浸料之间，可有效增加预埋件与碳纤维基体的结合强度。
根据本发明一种基于真空导入工艺的含金属预埋件碳纤维壳体成型方法，树脂加灌设备增加恒压供料装置，可有效改善树脂流动性、增加内部树脂填充率、提高碳纤维基体质量。
根据本发明一种基于真空导入工艺的含金属预埋件碳纤维壳体成型方法，模具放置于超声波振动平台上，导入树脂工序过程中同时进行超声波振动，可有效降碳纤维预浸料层之间的气泡、褶皱等缺陷。
根据本发明一种基于真空导入工艺的含金属预埋件碳纤维壳体成型方法，具有金属预埋件与碳纤维基体可实现一体成型，实现后续加工成本低廉、预埋件牢固可靠、金属部件抗腐蚀能力强、碳纤维基体质量高等特点。
本发明的基于真空导入工艺的含金属预埋件碳纤维壳体成型方法如图1所示，具体包括如下步骤：
S1、模具准备
要求模具所含下箱体模具、箱盖模具、挡板模具等齐套，将模具和挡圈上的残渣多余物清理干净，打3-4遍脱模剂，装配好模具。
S2、下料
要求碳纤维预浸料、碳纤维芳纶混编预浸料、预埋件等原材料和零件状态良好，在有效期内，根据图纸尺寸对相应材料进行剪裁下料。
S3、预埋件表面处理
不锈钢预埋件：对于不锈钢件采用表面喷砂的处理工艺，增加不锈钢材料表面吸附性能；
铝合金预埋件：对于铝合金预埋件采用表面喷砂及本色氧化处理，在增加表面吸附性的同时，增强铝合金的抗腐蚀性能。
S4、清洗预埋件
要求预埋件用浸泡在90％酒精进行超声波清洗，去掉预埋件表面油污及残渣。
S5、预埋件浸胶
要求预埋件预埋部位刷底胶后进行浸胶。浸胶时，若预埋件存在安装孔等安装精度要求较高的部位需进行防护处理。
S6、预浸
要求对剪裁好的碳纤维预浸料、碳纤维芳纶混编预浸料进行预浸，预浸乳液选用2.5％的稀释胶乳。预浸时间要求≥1h，确保预浸料得到充分湿润。
S7、铺贴碳纤维预浸料、碳纤维芳纶混编预浸料和预埋件；
S71、第1套和第2套：不放预埋件，铺六层布，1、2、5、6层为碳纤维预浸料，3、4层为碳纤维芳纶混编预浸料；试两套模具；
S72、检查第1套及第2套铺贴质量，待合格后，进行后续加工。铺7层布，1、4、5、6、7层为H3K-CT3200/H-YP601碳纤维预浸料，2、3层为碳纤维芳纶混编预浸料；铺层顺序不变，铺两层后放置预埋件。加压预埋件固定模具，保证其位置精度。
S8、铺设真空袋材料
S81、铺贴辅料：在预浸料表面铺贴一层脱模布，要求无棱脊、褶皱和气泡；
S82、在棱角处(翻边处、拐角处等)必须铺放合适加压条；
S83、有孔隔离膜、透气粘依次铺放，并适当用胶带固定；
S84、打磨并用酒精擦拭密封处，待干燥以后进行密封(真空嘴禁止放在产品上)。
S9、将真空袋抽真空
真空密封组合件必须具有良好的密封性，至少两个真空管，真空度应不低于-0.092MPa，停止抽气后10min内真空度下降应不大于0.02MPa。
S10、真空度检查
抽真空，使真空度稳定在-0.092MPa以上，贯穿整个升温、保温过程；升温至150℃，升温速率2℃/min，并保温60min；
S11、配树脂
要求按照摩尔比2:1配备树脂，升温到190°时回流保温1h，降温到75°加入基苯乙烯稀释。保温等待注入。
S12、开启超声波振动平台，并导入树脂
S121、温度及压力控制：由150℃降温到130℃，降温速率为1℃/min，并保温180min；由130℃降温到70℃，降温速率为3℃/min；130℃保温30min后开始加压到0.2MPa；130℃保温结束后卸压至0MPa；
S122、超声波振动参数设置：在130°保温180min区间内导入树脂，开启超声波振动平台，平台振动频率选择为20kHz，最大振幅控制在20μm，输出波形选为正弦波。
S13、固化脱模
S131、待模具温度降到50℃以下方可进行辅料去除并进行脱模；
S132、对碳纤维制件进行修磨；
S133、用混有玻璃粉末的J-133BⅡ胶粘剂(胶粘剂:100目玻璃粉重量比:气相二氧化硅＝100：50：适量)修补合模接缝缺陷，用砂纸打磨修理；
S134、用原子灰腻子进一步修补凹坑，沙眼等效缺陷(修补前用丙酮擦拭干净并晾干)，用砂纸打磨整个面直至光滑。
本发明的基于真空导入工艺的含金属预埋件碳纤维壳体成型方法原理如图2所示，各组成结构作用及参数如下：
在最下层设置超声波振动平台，该超声波振动平台用于在树脂导入工序，可有效减少碳纤维预浸料各铺层之间的气泡、褶皱等缺陷，提高成品率。可选用振动频率≥10kHz，振幅≥10μm，优先选用频率及振幅可调的超声波振动平台。
在超声波振动平台上设置模具，该模具是壳体类零件的定制模具，用于碳纤维材料固化成型，模具加工时，要求要控制模具的表面粗糙度在0.2μm，保证成型后碳纤维壳体外观质量。
在棱角处(翻边处、拐角处等)必须铺放合适加压条。加压条通常放置在垂直于碳纤维预浸料的受力方向，主要是防止碳纤维预浸料受力不均发生变形。
在模具上设置真空袋，真空袋用于保证其内部模具及碳纤维预浸料之间的真空度，确保碳纤维预浸料各层之间树脂的充分填充，增加内部树脂填充率。
在真空袋的树脂浇注口安装恒压供料装置，配合真空袋外真空泵同步使用，可保证树脂的流动性，充分填充各碳纤维预浸料缝隙。一般调节恒压供料装置及真空泵，控制真空袋内真空度不低于-0.092MPa。
在真空袋内部铺7层布，由下至上分别为1-7层，其中1、4、5、6、7层为H3K-CT3200/H-YP601碳纤维预浸料，2、3层为碳纤维芳纶混编预浸料。预埋件底部至于2-3层之间，向上延伸，可有效增加预埋件与碳纤维基体的结合强度。
实施例1
一种基于真空导入工艺的含金属预埋件碳纤维壳体成型方法，含金属预埋件碳纤维壳体成型方法依托于真空导入工艺，将碳纤维壳体的加工技术与金属预埋技术进行融合，提高了金属预埋件与碳纤维基体连接的可靠性，同时对金属预埋件进行表面处理，可有效阻断碳纤维和金属预埋件的化学腐蚀，提高含金属预埋件碳纤维壳体的抗腐蚀能力。
进一步地，对预埋金属部件增加表面处理，可有效增强金属部件的抗腐蚀能力，保证壳体金属部件的连接质量。
进一步地，对预埋金属部件增加浸胶工序，可有效阻断碳纤维和金属部件的化学腐蚀，增强金属部件的抗腐蚀能力，同时增加基体与金属预埋件的紧固力。
进一步地，预埋金属部件在铺贴工序时，放置于两层芳纶编制预浸料之间，可有效增加预埋件与碳纤维基体的结合强度。
进一步地，树脂加灌设备增加恒压供料装置，可有效改善树脂流动性，增加内部树脂填充率，提高碳纤维基体质量。
进一步地，模具放置于超声波振动平台，在导入树脂工序的同时，进行超声波振动，可有效降碳纤维预浸料层之间的气泡、褶皱等缺陷。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种基于真空导入工艺的含金属预埋件碳纤维壳体成型方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
S1、模具准备
将模具和挡圈上的残渣多余物清理干净，打3～4遍脱模剂，装配好模具；
S2、下料
要求碳纤维预浸料、碳纤维芳纶混编预浸料、预埋件状态良好，在有效期内，根据图纸尺寸对相应材料进行剪裁下料；
S3、预埋件表面处理
对于不锈钢预埋件采用表面喷砂的处理工艺，增加不锈钢材料表面吸附性能；对于铝合金预埋件采用表面喷砂及本色氧化处理，在增加表面吸附性的同时，增强铝合金的抗腐蚀性能；
S4、清洗预埋件
S5、预埋件浸胶
S6、预浸
要求对剪裁好的碳纤维预浸料、碳纤维芳纶混编预浸料进行预浸；
S7、铺贴碳纤维预浸料、碳纤维芳纶混编预浸料和预埋件；
S8、铺设真空袋材料
S9、将真空袋抽真空
S10、真空度检查
抽真空，使真空度稳定在-0.092MPa以上，贯穿整个升温、保温过程；升温至150℃，升温速率2℃/min，并保温60min；
S11、配树脂
要求按照摩尔比2:1配备树脂，升温到190°时回流保温1h，降温到75°加入基苯乙烯稀释，保温等待注入；
S12、开启超声波振动平台，并导入树脂；
S13、固化脱模。
2.如权利要求1所述的基于真空导入工艺的含金属预埋件碳纤维壳体成型方法，其特征在于，所述步骤S4具体包括：预埋件用浸泡在90％酒精进行超声波清洗，去掉预埋件表面油污及残渣。
3.如权利要求1所述的基于真空导入工艺的含金属预埋件碳纤维壳体成型方法，其特征在于，所述步骤S5具体包括：预埋件预埋部位刷底胶后进行浸胶，浸胶时，若预埋件存在安装精度要求较高的部位需进行防护处理。
4.如权利要求1所述的基于真空导入工艺的含金属预埋件碳纤维壳体成型方法，其特征在于，所述步骤S6具体包括：对剪裁好的碳纤维预浸料、碳纤维芳纶混编预浸料进行预浸，预浸乳液选用2.5％的稀释胶乳，预浸时间要求≥1h，确保预浸料得到充分湿润。
5.如权利要求1-4任一项所述的基于真空导入工艺的含金属预埋件碳纤维壳体成型方法，其特征在于，所述步骤S7具体包括：
S71、第1套和第2套：不放预埋件，铺六层布，1、2、5、6层为碳纤维预浸料，3、4层为碳纤维芳纶混编预浸料；试两套模具；
S72、检查第1套及第2套铺贴质量，待合格后，进行后续加工；铺7层布，1、4、5、6、7层为H3K-CT3200/H-YP601碳纤维预浸料，2、3层为碳纤维芳纶混编预浸料；铺层顺序不变，铺两层后放置预埋件；加压预埋件固定模具，保证其位置精度。
6.如权利要求5所述的基于真空导入工艺的含金属预埋件碳纤维壳体成型方法，其特征在于，所述步骤S8具体包括：
S81、铺贴辅料：在预浸料表面铺贴一层脱模布，要求无棱脊、褶皱和气泡；
S82、在棱角处铺放合适加压条；
S83、有孔隔离膜、透气粘依次铺放，并适当用胶带固定；
S84、打磨并用酒精擦拭密封处，待干燥以后进行密封。
7.如权利要求6所述的基于真空导入工艺的含金属预埋件碳纤维壳体成型方法，其特征在于，所述步骤S9具体包括：真空袋具有至少两个真空管，真空度应不低于-0.092MPa，停止抽气后10min内真空度下降应不大于0.02MPa。
8.如权利要求7所述的基于真空导入工艺的含金属预埋件碳纤维壳体成型方法，其特征在于，所述步骤S12具体包括：
S121、温度及压力控制：由150℃降温到130℃，降温速率为1℃/min，并保温180min；由130℃降温到70℃，降温速率为3℃/min；130℃保温30min后开始加压到0.2MPa；130℃保温结束后卸压至0MPa；
S122、超声波振动参数设置：在130°保温180min区间内导入树脂，开启超声波振动平台，平台振动频率选择为20kHz，最大振幅控制在20μm，输出波形选为正弦波。
9.如权利要求8所述的基于真空导入工艺的含金属预埋件碳纤维壳体成型方法，其特征在于，所述步骤S13具体包括：
S131、待模具温度降到50℃以下方可进行辅料去除并进行脱模；
S132、对碳纤维制件进行修磨；
S133、用混有玻璃粉末的J-133BⅡ胶粘剂修补合模接缝缺陷，用砂纸打磨修理；
S134、用原子灰腻子进一步修补凹坑，沙眼，用砂纸打磨整个面直至光滑。
10.一种基于真空导入工艺的含金属预埋件碳纤维壳体成型结构，其特征在于，该结构包括超声波振动平台、模具、加压条、真空袋、恒压供料装置、真空泵、碳纤维预浸料、碳纤维芳纶混编预浸料和预埋件；
在最下层设置超声波振动平台，该超声波振动平台用于在树脂导入工序。
在超声波振动平台上设置模具，该模具是壳体类零件的定制模具，用于碳纤维材料固化成型，模具加工时，要求要控制模具的表面粗糙度在0.2μm，保证成型后碳纤维壳体外观质量；
在棱角处铺放合适加压条，加压条通常放置在垂直于碳纤维预浸料的受力方向，防止碳纤维预浸料受力不均发生变形；
在模具上设置真空袋，真空袋用于保证其内部模具及碳纤维预浸料之间的真空度，确保碳纤维预浸料各层之间树脂的充分填充，增加内部树脂填充率；
在真空袋的树脂浇注口安装恒压供料装置，配合真空袋外真空泵同步使用，保证树脂的流动性，充分填充各碳纤维预浸料缝隙；
在真空袋内部铺7层布，由下至上分别为1-7层，其中1、4、5、6、7层为H3K-CT3200/H-YP601碳纤维预浸料，2、3层为碳纤维芳纶混编预浸料，预埋件底部至于2-3层之间，向上延伸。
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