CN114619681A - 一体成型制备腔式碳纤维零部件的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种一体成型制备腔式碳纤维零部件的方法，属于碳纤维制品技术领域。该方法包括：(1)制备模具和充气袋：制备模具和充气袋；(2)碳布裁剪：裁剪得到上成型面与下成型面；(3)铺层下成型面：将下成型面铺层在下模上并在其边缘沿边缘线依次粘接碳布片；(4)放置充气袋：将充气袋放置在下成型面上，碳布片向内对折以包覆充气袋的边缘且其折痕位于下成型面的边缘的相邻内侧；(5)铺层上成型面：将上成型面铺层在充气袋和碳布片上，上成型面的边缘粘接在碳布片的上侧且其边缘与下成型面的边缘对齐；(6)合模；(7)套袋：在合模后的模具表面包覆透气毡，再放入真空袋中抽真空；(8)热压成型；(9)脱模。
Description
技术领域
本发明属于碳纤维制品技术领域，特别涉及一种一体成型制备腔式碳纤维零部件的方法。
背景技术
现有技术中，对于腔式碳纤维零部件的制备，通常是分别制备零部件的正反两面，再将两面通过特殊的胶水粘接在一起形成腔体结构。单面产品的成型通常需要内外两个模具形成，内层模具上通常需要涂覆离型剂以便于成型后脱模。而在正反面粘接时，需要将粘接处的离型剂打磨以保证粘接稳固。
前述技术存在以下几个问题：
(1)粘接后的接缝明显，产品不美观，效果图1所示；
(2)接缝处的强度不够，容易出现裂纹；
(3)需要打磨工序。
发明内容
为了解决上述问题，本发明实施例提供了一种一体成型制备腔式碳纤维零部件的方法。所述技术方案如下：
本发明实施例提供了一种一体成型制备腔式碳纤维零部件的方法，所述方法包括：
(1)制备模具和充气袋：根据产品的形状制备模具和充气袋，所述模具包括能上下合模的上模与下模，所述下模为产品造型复杂的一面对应的模具，所述充气袋由PE膜或尼龙膜通过超声波焊接得到且其在产品的隐藏部位或钻孔处设置气管，所述模具上配合设有供气管穿出的通孔；
(2)碳布裁剪：按照设计尺寸对预浸有树脂的碳布进行裁剪分别得到上成型面与下成型面，所述碳布的树脂含量为42-48%；
(3)铺层下成型面：将下成型面铺层在下模上并在其边缘沿边缘线依次粘接预浸有树脂的碳布片，所述碳布片的树脂含量为42-48%；
(4)放置充气袋：将充气袋配合放置在下成型面上，所述碳布片向内对折以包覆充气袋的边缘且其折痕位于下成型面的边缘的相邻内侧；
(5)铺层上成型面：将上成型面铺层在充气袋和对折后的碳布片上，所述上成型面的边缘粘接在碳布片的上侧且其边缘与下成型面的边缘对齐；
(6)合模：将上模与下模合模并锁紧；
(7)套袋：在合模后的模具表面包覆透气毡，再放入真空袋中抽真空，真空度为0.08-0.10Mpa，所述气管由真空袋穿出且其与真空袋之间具有密封件；
(8)热压成型：将真空袋放入热压罐中进行热压成型，所述气管暴露在热压罐中；
(9)脱模：将真空袋从热压罐取出并脱模和剪掉气管得到产品。
其中，本发明实施例中的碳布片为宽度3-5cm的矩形片，其一半宽度的区域粘接在下成型面的上侧边缘，其另一半宽度的区域粘接在上成型面的下侧边缘。
具体地，本发明实施例中的碳布片为6K或12K碳布。
具体地，本发明实施例中的碳布为3K或6K碳布，克重为150-450g/m2。
具体地，本发明实施例中的气管为特氟龙管，其直径为3-6mm。
其中，本发明实施例中的密封件位于透气毡与真空袋之间且其包括隔离膜片和密封圈，所述隔离膜片紧贴透气毡，所述透气管穿过隔离膜片的中部，丁基橡胶带盘绕在透气管上且紧贴隔离膜片上形成密封圈。
进一步地，步骤(4)还包括：人工将充气袋抚平在下成型面上让充气袋与下成型面紧密贴合。
其中，步骤(8)具体成型条件为：一段保温温度为75-85℃，保温压力为0.35-0.45Mpa，保温时间为45-60分钟；二段保温温度为115-125℃，保温压力为0.45-0.55Mpa，保温时间为90-140分钟。
优选地，本发明实施例中的碳布为3K碳布且其树脂含量为42%，所述碳布片为6K的矩形碳布片且其树脂含量为42%；在步骤(7)中，真空度为0.1Mpa；在步骤(8)中，成型条件为：一段保温温度为80℃，保温压力为0.4Mpa，保温时间为50分钟；二段保温温度为120℃，保温压力为0.5Mpa，保温时间为120分钟。
本发明提供的一体成型制备腔式碳纤维零部件的方法具有如下优点：
(1)接缝处通常无需打磨；
(2)接缝效果好，无明显接缝痕迹，接缝处过渡自然，基本实现平滑过渡，外观美观；
(3)无需将两片产品进行粘胶合模（具有较高的失败率，通常需要打磨处理后再进行胶粘，打磨和胶粘过程都是纯手工过程，容易出错），可提升成品率。
(4)接缝处强度高，不会出现裂缝。
附图说明
图1是采用现有技术制备的腔式碳纤维零部件的接缝处的外观示意图；
图2是本发明实施例提供的一体成型制备腔式碳纤维零部件的方法的流程图；
图3是实施例2中采用本发明的工艺制备的产品的外观图；
图4是图3的局部放大图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。
实施例1
参见图2，实施例1公开了一种一体成型制备腔式碳纤维零部件的方法，所述方法包括：
(1)制备模具和充气袋：根据产品的形状制备模具和充气袋，模具的形状与产品的外腔配合，充气袋与产品的内腔配合。模具包括能上下合模的上模与下模；上模与下模分别与产品的正面与反面对应，其也与上成型面和下成型面对应。下模为产品造型复杂的一面对应的模具以便于让下成型面与下模更好的贴合和让充气袋与下成型面更好的贴合。则上模为产品造型简单的一面。充气袋由PE膜或尼龙膜等通过超声波焊接得到且其在产品的隐藏部位（如与其他部件连接部位、凹槽部位或非可视面等）或钻孔处设置气管，模具上配合设有供气管穿出的通孔（具体为与气管大小配合的圆孔）。将两片PE膜或尼龙膜裁剪至相应的形状后（与上成型面和下成型面对应），通过超声波焊接设备将其边缘进行对应焊接，过程简单；同时，经过生产验证，制得的充气袋不会在后续过程中变形或漏气。
(2)碳布裁剪：按照设计尺寸对预浸有树脂的碳布进行裁剪分别得到上成型面（由一层或多层碳布构成）与下成型面（由一层或多层碳布构成），碳布的树脂含量为42-48%。
(3)铺层下成型面：将下成型面铺层在下模上并在其边缘沿边缘线依次粘接预浸有树脂的碳布片，多片碳布片形成环状，碳布片的长度根据需要进行设置，如粘接处为直线，则碳布片的长度较长，如粘接处为曲线或折线等，则碳布片的长度较短；碳布片的宽度要保证其与下成型面和上成型面的粘接宽度均大于1.5cm。其中，碳布片的树脂含量为42-48%。碳布片与上成型面和下成型面的粘接无需另外涂覆胶水，通过其本身含有的树脂即可实现良好粘接。另外，碳布片的强度最好较上成型面和下成型面的强度高，如碳布片的规格为MK，上成型面和下成型面的规格为NK，则M大于N。
(4)放置充气袋：将充气袋配合放置在下成型面上，碳布片向内对折以包覆充气袋的边缘且其折痕位于下成型面的边缘的相邻内侧。
(5)铺层上成型面：将上成型面铺层在充气袋和对折后的碳布片上，上成型面的边缘粘接在碳布片的上侧且其边缘与下成型面的边缘对齐并粘接在一起。
(6)合模：将上模与下模合模并锁紧（通过多个环绕充气袋的螺栓进行固定）。
(7)套袋：在合模后的模具表面包覆透气毡，再放入真空袋中抽真空，真空度为0.08-0.10Mpa，气管由真空袋穿出且其与真空袋之间具有密封件以让真空袋形成密封。在该过程中，通过真空袋抽真空，充气袋通过气管与大气连通形成正压让充气袋吸气并涨大。
(8)热压成型：将真空袋放入热压罐中进行热压成型，气管暴露在热压罐中让上成型面的内侧、下成型面的内侧和碳布片也进行热压。
(9)脱模：将真空袋从热压罐取出并脱模（根据需要对上成型面与下成型面的接缝处进行打磨，通常情况下无）和剪掉气管得到产品，该过程充气袋无需从产品中取出。
其中，本发明实施例中的碳布片为宽度3-5cm的矩形片，其一半宽度的区域粘接在下成型面的上侧边缘，其另一半宽度的区域粘接在上成型面的下侧边缘。
具体地，本发明实施例中的碳布片为6K或12K碳布，克重为200-600g/m2。
具体地，本发明实施例中的碳布为3K或6K碳布，克重为150-450g/m2。
具体地，本发明实施例中的气管为特氟龙管，其直径为3-6mm。特氟龙管可以保证在热压成型时的稳定性和密封时能保证密封效果，直径为3-6mm可保证抽真空时的进气速度，避免充气袋破裂和将上下成型面均匀顶压。
其中，本发明实施例中的密封件位于透气毡与真空袋之间且其包括隔离膜片（具体为方形片或圆形片等）和密封圈，隔离膜片紧贴透气毡，透气管穿过隔离膜片的中部（其上对应设置圆孔），丁基橡胶带盘绕在透气管上形成圆盘且紧贴隔离膜片上形成密封圈。
进一步地，步骤(4)还包括：人工将充气袋抚平在下成型面上让充气袋与下成型面紧密贴合。
进一步地，在步骤(6)中，在上模与下模合模处设置隔离膜。
其中，步骤(8)具体成型条件为：一段保温温度为75-85℃，保温压力为0.35-0.45Mpa，保温时间为45-60分钟。二段保温温度为115-125℃，保温压力为0.45-0.55Mpa，保温时间为90-140分钟。当然，根据碳布的规格、树脂的种类和树脂的含量等也可以采用其他热压成型条件，通常情况下通常进行二到四段处理。
优选地，本发明实施例中的碳布为3K碳布且其树脂含量为42%，碳布片为6K的矩形碳布片且其树脂含量为42%。在步骤(7)中，真空度为0.1Mpa。在步骤(8)中，成型条件为：一段保温温度为80℃，保温压力为0.4Mpa，保温时间为50分钟。二段保温温度为120℃，保温压力为0.5Mpa，保温时间为120分钟。
实施例2
实施例2提供了一种一体成型制备腔式碳纤维零部件的方法，该零件的名称为GTR尾翼，长1.35-1.40m，宽35-40cm，重量为2.7kg左右，要求高速行驶时承压大于350公斤。该方法包括：
(1)制备模具和充气袋：根据产品的形状制备模具和充气袋，充气袋由PE膜通过超声波焊接得到且其在产品的钻孔处设置气管，模具上配合设有供气管穿出的通孔（具体为图3中三个孔中中间的圆孔）。其中，气管为特氟龙管，其直径为5mm。
(2)碳布裁剪：按照设计尺寸对预浸有树脂的碳布进行裁剪分别得到上成型面与下成型面。其中，碳布的树脂含量为42%，其为3K碳布，其克重为240g/m2。
(3)铺层下成型面：将下成型面铺层（碳布层数4-5层）在下模上并在其边缘沿边缘线依次粘接预浸有树脂的碳布片。其中，碳布片的树脂含量为42%，其宽度为4cm，其为6K碳布，其克重为400g/m2。
(4)放置充气袋：将充气袋配合放置在下成型面上，人工将充气袋抚平在下成型面上让充气袋与下成型面紧密贴合，碳布片向内对折以包覆充气袋的边缘且其折痕位于下成型面的边缘的相邻内侧。
(5)铺层上成型面：将上成型面铺层（碳布层数4-5层）在充气袋和对折后的碳布片上，上成型面的边缘粘接在碳布片的上侧且其边缘与下成型面的边缘对齐。
(6)合模：将上模与下模合模并锁紧，上模与下模合模处设置隔离膜。
(7)套袋：在合模后的模具表面包覆透气毡，再放入真空袋中抽真空，真空度为0.10Mpa，气管由真空袋穿出且其与真空袋之间具有密封件。其中，密封件位于透气毡与真空袋之间且其包括隔离膜片和密封圈，隔离膜片紧贴透气毡，透气管穿过隔离膜片的中部，丁基橡胶带盘绕在透气管上且紧贴隔离膜片上形成密封圈。
(8)热压成型：将真空袋放入热压罐中进行热压成型，成型条件为：一段保温温度为80℃，保温压力为0.4Mpa，保温时间为50分钟；二段保温温度为120℃，保温压力为0.5Mpa，保温时间为120分钟。
(9)脱模：将真空袋从热压罐取出并脱模和剪掉气管得到产品。
经目检，产品无明显接缝痕迹，外观美观，无需对接缝处进行打磨，接缝处如图3和4所示。
对产品进行测试：
测试一，将实施例2的产品的一个孔与注水设备连接，其他孔封闭，用水将产品的内腔灌满并逐渐加压，每次加压后保持5分钟，至接缝处出现明显裂纹或渗水时停止，记录压力。
测试二，将实施例2的产品直接放置在压力设备上，直接由产品的正面或反面加压，每次加压后保持30s，至接缝处出现明显裂纹时停止，记录压力。
对比例，采用相同的上成型面与下成型面材料及层数和相同的热压参数，分别得到上成型面产品与下成型面产品后再粘胶合模得到产品，经目检，绝大部分的产品的接缝明显，需要打磨。对比例也采用同样的条件进行测试一和测试二。
经检测，采用本工艺的产品较对比例，测试一的压力提升40%以上，测试二的压力提升17%以上。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，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 (9)
1.一体成型制备腔式碳纤维零部件的方法，其特征在于，所述方法包括：
(1)制备模具和充气袋：根据产品的形状制备模具和充气袋，所述模具包括能上下合模的上模与下模，所述下模为产品造型复杂的一面对应的模具，所述充气袋由PE膜或尼龙膜通过超声波焊接得到且其在产品的隐藏部位或钻孔处设置气管，所述模具上配合设有供气管穿出的通孔；
(2)碳布裁剪：按照设计尺寸对预浸有树脂的碳布进行裁剪分别得到上成型面与下成型面，所述碳布的树脂含量为42-48%；
(3)铺层下成型面：将下成型面铺层在下模上并在其边缘沿边缘线依次粘接预浸有树脂的碳布片，所述碳布片的树脂含量为42-48%；
(4)放置充气袋：将充气袋配合放置在下成型面上，所述碳布片向内对折以包覆充气袋的边缘且其折痕位于下成型面的边缘的相邻内侧；
(5)铺层上成型面：将上成型面铺层在充气袋和对折后的碳布片上，所述上成型面的边缘粘接在碳布片的上侧且其边缘与下成型面的边缘对齐；
(6)合模：将上模与下模合模并锁紧；
(7)套袋：在合模后的模具表面包覆透气毡，再放入真空袋中抽真空，真空度为0.08-0.10Mpa，所述气管由真空袋穿出且其与真空袋之间具有密封件；
(8)热压成型：将真空袋放入热压罐中进行热压成型，所述气管暴露在热压罐中；
(9)脱模：将真空袋从热压罐取出并脱模和剪掉气管得到产品。
2.根据权利要求1所述的一体成型制备腔式碳纤维零部件的方法，其特征在于，所述碳布片为宽度3-5cm的矩形片，其一半宽度的区域粘接在下成型面的上侧边缘，其另一半宽度的区域粘接在上成型面的下侧边缘。
3.根据权利要求1所述的一体成型制备腔式碳纤维零部件的方法，其特征在于，所述碳布片为6K或12K碳布。
4.根据权利要求3所述的一体成型制备腔式碳纤维零部件的方法，其特征在于，所述碳布为3K或6K碳布，克重为150-450g/m2。
5.根据权利要求1所述的一体成型制备腔式碳纤维零部件的方法，其特征在于，所述气管为特氟龙管，其直径为3-6mm。
6.根据权利要求1所述的一体成型制备腔式碳纤维零部件的方法，其特征在于，所述密封件位于透气毡与真空袋之间且其包括隔离膜片和密封圈，所述隔离膜片紧贴透气毡，所述透气管穿过隔离膜片的中部，丁基橡胶带盘绕在透气管上且紧贴隔离膜片上形成密封圈。
7.根据权利要求1所述的一体成型制备腔式碳纤维零部件的方法，其特征在于，步骤(4)还包括：人工将充气袋抚平在下成型面上让充气袋与下成型面紧密贴合。
8.根据权利要求1所述的一体成型制备腔式碳纤维零部件的方法，其特征在于，步骤(8)具体成型条件为：一段保温温度为75-85℃，保温压力为0.35-0.45Mpa，保温时间为45-60分钟；二段保温温度为115-125℃，保温压力为0.45-0.55Mpa，保温时间为90-140分钟。
9.根据权利要求1所述的一体成型制备腔式碳纤维零部件的方法，其特征在于，所述碳布为3K碳布且其树脂含量为42%，所述碳布片为6K的矩形碳布片且其树脂含量为42%；在步骤(7)中，真空度为0.1Mpa；在步骤(8)中，成型条件为：一段保温温度为80℃，保温压力为0.4Mpa，保温时间为50分钟；二段保温温度为120℃，保温压力为0.5Mpa，保温时间为120分钟。
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