CN114633495A - 一种用于井下巡检机器人的碳纤维材料的铺贴和固化工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及矿井下机器人碳纤维材料的铺贴工艺领域，公开了一种用于井下巡检机器人的碳纤维材料的铺贴和固化工艺，具体操作步骤如下：选材，预浸碳纤维编织布厚度约0.2‑0.25mm，按照以往项目对材料的检测，采用真空热压成型的这种材料，抗拉强度达到700‑720MPa，弯曲强度为950‑1000Mpa；浸渍，铺贴，填充，固化，在树脂注入碳纤维编织布坯体时，首先抽真空，然后温度达到树脂最佳流动温度，然后将树脂压力注射入坯体内，工艺效率高，树脂对纤维的浸润好，由于带压注射，树脂含量可以控制在比较合理范围内；碳纤维壳体内部隔板外表的三维拐角处，均可以通过模具及铺贴工艺，达到免加工和纤维连续，这对保证产品的抗爆耐压性能十分有益。
Description
技术领域
本发明涉及矿井下机器人碳纤维材料的铺贴工艺领域，特别涉及一种用于井下巡检机器人的碳纤维材料的铺贴和固化工艺。
背景技术
作为碳纤维复合材料本身，应用到井下防爆结构，也有需要克服的难点。由上述的井下防爆结构的需求出发，作为碳纤维复合材料结构，必须具有足够的厚度，才能保持足够的刚度，这是无法避免的。但是碳纤维复合材料发展至今，以追求高强度，轻量化为主要技术方向，产品重量是严格限制的，厚度通常要尽量薄。对于如本项目，法兰厚度超过20mm，壁厚8mm左右，很有特点。对于这种大厚度结构，同时要面对批量化生产，工艺上就需要克服一些问题。
原设计采用真空吸注工艺成型，成型后进行机加工，加工出连接孔及配合面，对于中间需要隔板结构进行二次加工，但是加工量太大，碳纤维这个材料加工性能很不好，刀具磨损严重，为此，我们提出一种用于井下巡检机器人的碳纤维材料的铺贴和固化工艺来解决上述问题。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种用于井下巡检机器人的碳纤维材料的铺贴和固化工艺，当产品面临批产要求的时候，必须要考虑自动化的问题。复合材料自动化生产的关键在2个点，一个是铺贴，一个是固化。铺贴主要解决碳纤维铺设方式的问题，固化主要解决的是生产周期和节拍的问题。复合材料自动化生产目前已经在2个方面取得进展，一是基于预浸料的自动化半自动化的铺贴。二是基于HP-RTM的液态树脂注入成型。这两个工艺获得的材料的稳定性，远优于其它工艺，是未来碳纤维复合材料大批量生产的主要技术方向。这次优化设计的主要技术方向遵循这个技术方向，来解决背景技术中提出的问题。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
一种用于井下巡检机器人的碳纤维材料的铺贴和固化工艺，包括具体操作步骤如下：
步骤一：选材，目前碳纤维复合材料的工艺，预浸碳纤维编织布厚度约0.2-0.25mm，按照以往项目对材料的检测，采用真空热压成型的这种材料，抗拉强度达到700-720MPa，弯曲强度为950-1000Mpa；
步骤二：浸渍，预浸碳纤维编织布的树脂含量在预浸机上浸渍时，预浸机内部设置有碳纤维浸渍液，获得预浸碳纤维布A；
步骤三：铺贴，将预浸碳纤维布A进行加热，加热软化后在对应的箱体模具中进行铺贴，完成预定形状的铺贴，铺贴完成后进行自然冷却至室温后在进行二次铺贴，二次铺贴前需要在预浸碳纤维布A底部的贴合面涂抹复合胶，再将预浸碳纤维布A进行加热，加热软化后在铺贴在底层的预浸碳纤维布A的贴合面上，并进行压紧，后冷却至室温；
步骤四：填充，工艺上采取分别成型内、外壁薄壳相结合的方法来实现，避免逐层自内向外或者自外向内铺贴导致的应力集中，可以将内、外壁薄壳的应力减小，从而提升对于表面的结构强度，提升防爆性能。
进一步的，还包括有步骤五：固化，将上述填充后的碳纤维框体放置到温度在0-5℃的低温舱中冷却6-8min，后取出静止到室温半小时，再次进行冷却6-8min，重复上述操作3-5次，减少铺贴工艺产生的应力集中。
进一步的，所述操作步骤二：浸渍，碳纤维浸渍液按重量份数计，包括以下组分，碳纤维20～35份，超高分子量聚乙烯纤维30～45份，环氧树脂12～17份，氟碳树脂8～13份，纳米级碳粉8～9份，树脂2～3份。
进一步的，所述上述成分加热熔融后搅拌均匀，将碳纤维编织布浸泡在碳纤维浸渍液中3～5min，取出后刮掉表面的浸渍液，保证后续碳纤维材料厚度的一致性，进行自然晾干，重复2～3次。
进一步的，所述操作步骤三：铺贴，根据工艺的要求进行逐层铺贴至工艺要求，一般铺贴层数为5-8层，上述铺贴操作需要在无尘车间进行，减少粉尘在多层复合布之间影响铺贴质量，要求车间温度为20-25℃，湿度40-45％，避免产生静电，影响铺贴质量，对于如本项目的盒形结构，可以保证所有部位纤维是连贯的均匀的，同时，质量控制检验对于铺贴质量可以监控检测到。
进一步的，所述操作步骤四：填充，内外壁分别成型后，中层的4～5mm的厚度，通过将碳纤维编织布铺设在内，采用HP-RTM工艺，以液态树脂注入，3层一起共固化成为整体。
进一步的，所述操作步骤四：填充，HP-RTM工艺，在树脂注入碳纤维编织布坯体时，首先抽真空，然后温度达到树脂最佳流动温度，然后将树脂压力注射入坯体内，工艺效率高，树脂对纤维的浸润好，由于带压注射，树脂含量可以控制在比较合理范围内。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
1.在树脂注入碳纤维编织布坯体时，首先抽真空，然后温度达到树脂最佳流动温度，然后将树脂压力注射入坯体内，工艺效率高，树脂对纤维的浸润好，由于带压注射，树脂含量可以控制在比较合理范围内；这样做的一个重要的好处是对于螺栓头沉孔窝，内部隔板外表的三维拐角处，均可以通过模具及铺贴工艺，达到免加工和纤维连续，这对保证产品的抗爆耐压性能十分有益，铺贴工艺可以更好地中部的隔板结构进行铺贴，减少加工量，避免对于加工刀具的磨损，提升经济性；
2.上述铺贴操作需要在无尘车间进行，减少粉尘在多层复合布之间影响铺贴质量，要求车间温度为20-25℃，湿度40-45％，避免产生静电，影响铺贴质量，对于如本项目的盒形结构，可以保证所有部位纤维是连贯的均匀的，同时，质量控制检验对于铺贴质量可以监控检测到；
3.工艺上采取分别成型内、外壁薄壳相结合的方法来实现，避免逐层自内向外或者自外向内铺贴导致的应力集中，可以将内、外壁薄壳的应力减小，从而提升对于表面的结构强度，提升防爆性能。
具体实施方式
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，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明较优实施例中一种用于井下巡检机器人的碳纤维材料的铺贴和固化工艺，具体操作步骤如下：
步骤一：选材，目前碳纤维复合材料的工艺，预浸碳纤维编织布厚度约0.2-0.25mm，按照以往项目对材料的检测，采用真空热压成型的这种材料，抗拉强度达到700-720MPa，弯曲强度为950-1000Mpa；
步骤二：浸渍，预浸碳纤维编织布的树脂含量在预浸机上浸渍时，预浸机内部设置有碳纤维浸渍液，碳纤维浸渍液按重量份数计，包括以下组分，碳纤维20～35份，超高分子量聚乙烯纤维30～45份，环氧树脂12～17份，氟碳树脂8～13份，纳米级碳粉8～9份，树脂2～3份，上述成分加热熔融后搅拌均匀，将碳纤维编织布浸泡在碳纤维浸渍液中3～5min，取出后刮掉表面的浸渍液，保证后续碳纤维材料厚度的一致性，进行自然晾干，重复2～3次，获得预浸碳纤维布A；
步骤三：铺贴，将预浸碳纤维布A进行加热，加热软化后在对应的箱体模具中进行铺贴，完成预定形状的铺贴，铺贴完成后进行自然冷却至室温后在进行二次铺贴，二次铺贴前需要在预浸碳纤维布A底部的贴合面涂抹复合胶，再将预浸碳纤维布A进行加热，加热软化后在铺贴在底层的预浸碳纤维布A的贴合面上，并进行压紧，后冷却至室温，根据工艺的要求进行逐层铺贴至工艺要求，一般铺贴层数为5-8层，
上述铺贴操作需要在无尘车间进行，减少粉尘在多层复合布之间影响铺贴质量，要求车间温度为20-25℃，湿度40-45％，避免产生静电，影响铺贴质量，对于如本项目的盒形结构，可以保证所有部位纤维是连贯的均匀的，同时，质量控制检验对于铺贴质量可以监控检测到；
步骤四：填充，工艺上采取分别成型内、外壁薄壳相结合的方法来实现，避免逐层自内向外或者自外向内铺贴导致的应力集中，可以将内、外壁薄壳的应力减小，从而提升对于表面的结构强度，提升防爆性能；
内外壁分别成型后，中层的4～5mm的厚度，通过将碳纤维编织布铺设在内，采用HP-RTM工艺，以液态树脂注入，3层一起共固化成为整体，
HP-RTM工艺，在树脂注入碳纤维编织布坯体时，首先抽真空，然后温度达到树脂最佳流动温度，然后将树脂压力注射入坯体内，工艺效率高，树脂对纤维的浸润好，由于带压注射，树脂含量可以控制在比较合理范围内。成型后材料的内部缺陷少，理化性能高，层间结合力强；
步骤五：固化，将上述填充后的碳纤维框体放置到温度在0-5℃的低温舱中冷却6-8min，后取出静止到室温半小时，再次进行冷却6-8min，重复上述操作3-5次，减少铺贴工艺产生的应力集中。
具体实施过程：这样获得碳纤维复合材料的理化性能是稳定可控的。这样做的一个重要的好处是对于螺栓头沉孔窝，内部隔板外表的三维拐角处，均可以通过模具及铺贴工艺，达到免加工和纤维连续，这对保证产品的抗爆耐压性能十分有益。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (7)
1.一种用于井下巡检机器人的碳纤维材料的铺贴和固化工艺，其特征在于：具体操作步骤如下：
步骤一：选材，目前碳纤维复合材料的工艺，预浸碳纤维编织布厚度约0.2-0.25mm，按照以往项目对材料的检测，采用真空热压成型的这种材料，抗拉强度达到700-720MPa，弯曲强度为950-1000Mpa；
步骤二：浸渍，预浸碳纤维编织布的树脂含量在预浸机上浸渍时，预浸机内部设置有碳纤维浸渍液，获得预浸碳纤维布A；
步骤三：铺贴，将预浸碳纤维布A进行加热，加热软化后在对应的箱体模具中进行铺贴，完成预定形状的铺贴，铺贴完成后进行自然冷却至室温后在进行二次铺贴，二次铺贴前需要在预浸碳纤维布A底部的贴合面涂抹复合胶，再将预浸碳纤维布A进行加热，加热软化后在铺贴在底层的预浸碳纤维布A的贴合面上，并进行压紧，后冷却至室温；
步骤四：填充，工艺上采取分别成型内、外壁薄壳相结合的方法来实现。
2.根据权利要求1所述的一种用于井下巡检机器人的碳纤维材料的铺贴和固化工艺，其特征在于：还包括有步骤五：固化，将上述填充后的碳纤维框体放置到温度在0-5℃的低温舱中冷却6-8min，后取出静止到室温半小时，再次进行冷却6-8min，重复上述操作3-5次，减少铺贴工艺产生的应力集中。
3.根据权利要求1所述的一种用于井下巡检机器人的碳纤维材料的铺贴和固化工艺，其特征在于：所述操作步骤二：浸渍，碳纤维浸渍液按重量份数计，包括以下组分，碳纤维20～35份，超高分子量聚乙烯纤维30～45份，环氧树脂12～17份，氟碳树脂8～13份，纳米级碳粉8～9份，树脂2～3份。
4.根据权利要求3所述的一种用于井下巡检机器人的碳纤维材料的铺贴和固化工艺，其特征在于：所述上述成分加热熔融后搅拌均匀，将碳纤维编织布浸泡在碳纤维浸渍液中3～5min，取出后刮掉表面的浸渍液，保证后续碳纤维材料厚度的一致性，进行自然晾干，重复2～3次。
5.根据权利要求1所述的一种用于井下巡检机器人的碳纤维材料的铺贴和固化工艺，其特征在于：所述操作步骤三：铺贴，根据工艺的要求进行逐层铺贴至工艺要求，一般铺贴层数为5-8层，上述铺贴操作需要在无尘车间进行，要求车间温度为20-25℃，湿度40-45％。
6.根据权利要求2所述的一种用于井下巡检机器人的碳纤维材料的铺贴和固化工艺，其特征在于：所述操作步骤四：填充，内外壁分别成型后，中层的4～5mm的厚度，通过将碳纤维编织布铺设在内，采用HP-RTM工艺，以液态树脂注入，3层一起共固化成为整体。
7.根据权利要求6所述的一种用于井下巡检机器人的碳纤维材料的铺贴和固化工艺，其特征在于：所述操作步骤四：填充，HP-RTM工艺，在树脂注入碳纤维编织布坯体时，首先抽真空，然后温度达到树脂最佳流动温度，然后将树脂压力注射入坯体内。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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