CN211467556U - 一种碳纤维预浸料产品的成型系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种碳纤维预浸料产品的成型系统，该碳纤维预浸料产品的成型系统包括合模油缸、模具、平行设置的拉杆、固定置于拉杆前端的定翻板，拉杆上设置与拉杆滑动配合的动翻板，合模油缸经曲肘连杆与动翻板传动配合，模具包括相配合的动模和定模，定模固定设置在定翻板上，动模固定设置在动翻板上，以使动翻板移动时动模可靠近或远离定模，动翻板上设置顶出油缸，顶出油缸的活塞杆伸入动模内，以使顶出油缸在动模离开定模时将模具内的制品推离动模。

Description

一种碳纤维预浸料产品的成型系统

技术领域

本实用新型涉及碳纤维产品的制备，特别是一种碳纤维预浸料产品的成型系统。

背景技术

近年来我国城市公共交通发展迅速，地铁、轻轨、高铁等车辆作为城市交通的重要组成部分，具有载客量大、速度快、安全、准时、节能环保等优点。随着人们生活水平的不断提高，人们对所乘坐的轨道交通车辆的舒适性和安全性也有了新的要求。

碳纤维增强的先进复合材料，具有比强度高、比刚度大、材料性能可设计性等优点。正是由于上述优点，复合材料已在航空领域得到较为广泛的应用。无论是军用飞机还是民用飞机，先进复合材料在飞机结构中的采用量都在不断加大，以此来提高飞机的性能和效率。

近10年是我国高速铁路行业发展的“黄金十年”，为了配套高速铁路和轻轨、城轨、地铁等产业，轻质高强的碳纤维增强的先进复合材料技术和产品从一片空白，到全面配套，在原材料选择、结构设计、工艺成型等方面获得了全面的提升。而连续碳纤维长丝、碳纤维二维织物和三维织物增强的热塑性预浸料产品制备应用及制备方法处在相对滞后的水平，现有工艺多为只能成型板材类或没有复杂曲面形变类的产品，而对于有高光高亮要求的碳纤维增强的热塑性产品以及有复杂曲面形变的碳纤维增强的热塑性没有良好的解决方案，成型以后的产品表面粗糙，必须使用喷漆修整等其他方式改变表面效果，且只能成型板材类产品不能成型具有复杂形状变化的产品。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种结构简单、自动化程度高、避免打滑的碳纤维预浸料产品的成型系统。

为解决上述技术问题，本实用新型提供的碳纤维预浸料产品的成型系统，包括合模油缸、模具、平行设置的拉杆、固定置于拉杆前端的定翻板，所述拉杆上设置与拉杆滑动配合的动翻板，所述合模油缸经曲肘连杆与动翻板传动配合，所述模具包括相配合的动模和定模，所述定模固定设置在定翻板上，所述动模固定设置在动翻板上，以使动翻板移动时动模可靠近或远离定模，所述动翻板上设置顶出油缸，所述顶出油缸的活塞杆伸入所述动模内，以使顶出油缸在动模离开定模时将模具内的制品推离动模。

进一步，碳纤维预浸料产品的成型系统还包括快速热循环系统，所述定模、动模内设置换热管道，快速热循环系统包括电热蒸汽发生器，电热蒸汽发生器经蒸汽管道与的换热管道相通，蒸汽管道上设置蒸汽入口阀，以使电热蒸汽发生器产生的蒸汽可进入换热管道内，进行快速换热。

进一步，碳纤维预浸料产品的成型系统还包括冷却水回收装置，所述换热管道的出口端经出水管道与冷却水回收装置相通，出水管道上设置冷却水出口阀，以使换热管道内换热后水汽进入冷却水回收装置。

进一步，碳纤维预浸料产品的成型系统还包括冷却塔，所述冷却塔经冷却管道与换热管道相通，冷却管道上串联设置增压泵和冷却水入口阀，用于向换热管道内通入冷却水。

进一步，碳纤维预浸料产品的成型系统还包括空压机，所述空压机经空气管道与换热管道相通，空气管道上设置空气阀，用于向换热管道内通入压缩空气。

进一步，所述冷却水回收装置与冷却塔之间经回收管道连通，以使冷却水回收装置回收的水可进入冷却塔。

进一步，碳纤维预浸料产品的成型系统还包括贮水箱，所述贮水箱经贮水管道与电热蒸汽发生器相通，贮水管道上设置贮水增压泵，用于将贮水箱内的水泵入电热蒸汽发生器。

进一步，碳纤维预浸料产品的成型系统还包括抽真空系统，所述动模与定模闭合后由抽真空系统将模具内进行抽真空和保压。

进一步，碳纤维预浸料产品的成型系统还包括PLC控制单元，所述定模内设置温度传感器，所述温度传感器、蒸汽入口阀、贮水增压泵、增压泵、冷却水入口阀、冷却水出口阀、空气阀与PLC控制单元电性连接，以使PLC控制单元可根据温度传感器反馈的温度信息选择向换热管道内输入蒸汽、或冷却水、或空压气。

一种碳纤维预浸料产品的成型方法，包括如下步骤：

A、将由连续碳纤维长丝、碳纤维二维织物和三维织物增强的热塑性预浸料经过红外加热箱对其加热，使得连续碳纤维长丝、碳纤维二维织物和三维织物增强的热塑性预浸料软化并达到可以塑性变形的状态。

B、将预热后的连续碳纤维长丝、碳纤维二维织物和三维织物增强的热塑性预浸料坯料置于模具中，合模油缸动作使得动模移动，模具合模。

C、模具进入快速热循环的加热阶段，启动电热蒸汽发生器并打开蒸汽入口阀，使得产生的高温蒸汽进入模具的换热管道内进行加热；同时打开冷却水出口阀，使得换热后形成的冷却水进入冷却水回收装置。

D、由温度传感器检测模具内的温度并反馈至PLC控制单元，由PLC控制单元判断加热完成后关闭电热蒸汽发生器和蒸汽入口阀。

E、对模具进行抽真，去除模腔内的空气；并对模腔内进行设定压力加压。

F、启动增压泵并打开冷却水入口阀，使得冷却塔内的冷却水进入模具的换热管道进行水冷，打开冷却水出口阀，使得冷却水进入冷却水回收装置以进行循环利用。

G、由温度传感器检测模具内的温度并反馈至PLC控制单元，由PLC控制单元判断冷却完成后关闭增压泵和冷却水入口阀。

H、启动空压机并打开空气阀，空压机中的高压气体进入换热管道，将换热管道中的残存水排出，为下一个循环周期做好准备。

I、由合模油缸带动动模移动，使得动模脱离定模，同时启动顶出油缸，以推动模具内成型的制品脱离动模，并将制品从定模内取出。

实用新型的技术效果：（1）本实用新型的碳纤维预浸料产品的成型系统，相对于现有技术，采用顶出油缸与合模油缸相配合，使得动模脱离定模时由顶出油缸推动制品脱离动模，加快了制品与模具的分离速度；（2）利用合模油缸对模具进行驱动，稳定可靠，易于控制；（3）快速热循环系统的设置，使制品成型后产品表面呈现高光状态无需再次经过表面处理，喷漆等后续工序；解决了制品表面出现的熔接痕、流痕、银纹、浮纤等缺陷，提升塑件表面质量，消除打磨、喷涂等二次加工工序有效缩短制品的生产流程，降低生产成本和能耗，减少环境污染；（4）根据制品形状的复杂程度可以设计任意复杂程度的模具以成型有较为复杂形变的制品，且使用碳纤维热塑性产品的韧性较碳纤维热固性产品的韧性有较大提升；（5）该套成型系统投入成本较低，成型周期为5-10min，较现有工艺方法有大范围提升。

附图说明

下面结合说明书附图对本实用新型作进一步详细说明：

图1是本实用新型碳纤维预浸料产品的成型系统的结构示意图；

图2是本实用新型的快速热循环系统的结构示意图；

图3是本实用新型的碳纤维预浸料立罩板的结构示意图；

图4是本实用新型的碳纤维预浸料产品的成型方法的流程图。

图中：合模油缸1，调模螺母2，后翻板3，拉杆4，曲肘连杆5，动翻板6，定翻板7，顶出油缸8，模具9，温度传感器10，冷却塔11，冷却水回收装置12，增压泵13，冷却水入口阀14，冷却水出口阀15，空压机16，空气阀17，电热蒸汽发生器18，蒸汽入口阀19，贮水增压泵20，贮水箱21，PLC控制单元22，定模23，动模24，碳纤维预浸料立罩板25。

具体实施方式

实施例1

如图1所示，本实施例的碳纤维预浸料产品的成型系统，包括合模油缸1、模具9、四根平行设置的拉杆4、固定置于拉杆4前端的定翻板7，定翻板7经焊接固定在拉杆4的前端，拉杆4上还设置与拉杆4滑动配合的动翻板6，且动翻板6与定翻板7平行设置，模具9包括相配合的动模24和定模23，其中定模23通过螺栓连接的方式固定设置在定翻板7上，动模24通过螺栓连接的方式固定设置在动翻板6上，以便于更换定模23和动模24；碳纤维预浸料产品的成型系统还包括后翻板3和调模螺母2，各拉杆4的尾端设置外螺纹，后翻板3的四角套接在拉杆4的尾端且后翻板3与动翻板6、定翻板7平行设置，通过在后翻板3的两侧设置调模螺母2，可对后翻板3的位置进行固定；后翻板3的中心设置合模油缸1，曲肘连杆5置于后翻板3和动翻板6之间，合模油缸1的活塞杆穿过后翻板3且与曲肘连杆5的后端传动配合，曲肘连杆5的前端与动翻板6传动配合，以使合模油缸1可以通过曲肘连杆5推动动翻板6移动，进而带动动模24可靠近或远离定模23；动翻板6的中心设置顶出油缸8，顶出油缸8的活塞杆伸入动模24内，以使顶出油缸8在动模24离开定模23时将模具9内的制品推离动模24。

实施例2

在实施例1的基础上，本实施例的碳纤维预浸料产品的成型系统，存在如下变形，定模23、动模24内均设置隔套，隔套内设置用于对制品进行加热或冷却的换热管道，定模23与动模24密封后换热管道均布在制品的外围；如图2所示，碳纤维预浸料产品的成型系统还包括快速热循环系统，快速热循环系统包括电热蒸汽发生器18，电热蒸汽发生器18经蒸汽管道与换热管道相通，蒸汽管道上设置蒸汽入口阀19，以使电热蒸汽发生器18产生的高温蒸汽可进入换热管道内，进行快速换热。

碳纤维预浸料产品的成型系统还包括贮水箱21，贮水箱21经贮水管道与电热蒸汽发生器18相通，贮水管道上设置贮水增压泵20，用于将贮水箱21内的水泵入电热蒸汽发生器18。

碳纤维预浸料产品的成型系统还包括冷却水回收装置12，各换热管道的出口端经出水管道与冷却水回收装置12相通，出水管道上设置冷却水出口阀15，以使换热管道内换热后产生的水汽进入冷却水回收装置12。

碳纤维预浸料产品的成型系统还包括冷却塔11，冷却塔11经冷却管道与换热管道相通，冷却管道上串联设置增压泵13和冷却水入口阀14，用于向换热管道内通入冷却水；冷却水回收装置12与冷却塔11之间经回收管道连通，以使冷却水回收装置12回收的水可进入冷却塔11。

碳纤维预浸料产品的成型系统还包括空压机16，空压机16经空气管道与换热管道相通，空气管道上设置空气阀17，用于向换热管道内通入压缩空气。

碳纤维预浸料产品的成型系统还包括PLC控制单元22，定模23内设置温度传感器10，温度传感器10、蒸汽入口阀19、贮水增压泵20、增压泵13、冷却水入口阀14、冷却水出口阀15、空气阀17与PLC控制单元22电性连接，以使PLC控制单元22可根据温度传感器10反馈的温度信息选择向换热管道内输入蒸汽、或冷却水、或空压气。

实施例3

以高速动车用碳纤维预浸料立罩板的生产为例，其结构如图3所示，上述碳纤维预浸料产品的成型方法，其工作流程如图4所示，包括如下步骤：

A、首选需要根据碳纤维预浸料立罩板25的形状设置模具9，并将模具9设计为由动模24和定模23扣合形成，将由连续碳纤维长丝、碳纤维二维织物和三维织物增强的热塑性预浸料经过红外加热箱对其加热，其中碳纤维长丝、碳纤维二维织物和三维织物的基体为热塑性树脂粉末为聚丙烯（PP）、聚氯乙烯（PVC）、聚碳酸酯（PC）、聚酰胺（PA）、聚苯硫醚（PPS）、聚醚醚酮（PEEK）、聚苯醚、ABS、聚醚酮以及聚砜中的一种或多种，红外加热箱对连续碳纤维长丝、碳纤维二维织物和三维织物增强的热塑性预浸料加热软化，加热温度为高于塑料熔化温度10-30℃，使得连续碳纤维长丝、碳纤维二维织物和三维织物增强的热塑性预浸料软化并达到可以塑性变形的状态。

B、将预热后的连续碳纤维长丝、碳纤维二维织物和三维织物增强的热塑性预浸料坯料层层叠置在模具9中，合模油缸1动作使得动模24移动，模具9合模。

C、模具9进入快速热循环的加热阶段，启动电热蒸汽发生器18并打开蒸汽入口阀19，使得产生的高温蒸汽进入模具9的换热管道内进行加热，快速热循环系统对模具9的加热温度设定为高于热塑性预浸料坯料熔化温度10-30℃；同时打开冷却水出口阀15，使得换热后形成的冷却水进入冷却水回收装置12。

D、由温度传感器10检测模具9内的温度并反馈至PLC控制单元22，由PLC控制单22元判断加热完成后关闭电热蒸汽发生器18和蒸汽入口阀19。

E、对模具9进行抽真，去除模腔内的空气；并对模腔内进行设定压力加压，模具9加压的压力设定为10-20Mpa，压力保持时间为5-10分钟。

F、压力保持至设定时间后启动增压泵13并打开冷却水入口阀14，使得冷却塔11内的冷却水进入模具9的换热管道进行水冷，打开冷却水出口阀15，使得热交换后的冷却水进入冷却水回收装置12以进行循环利用。

G、对模具9的冷却温度设定为40-80℃，由温度传感器10检测模具9内的温度并反馈至PLC控制单元22，由PLC控制单元22判断冷却完成后关闭增压泵13和冷却水入口阀14。

H、启动空压机16并打开空气阀17，空压机16中的高压气体进入换热管道，将换热管道中的残存水排出，为下一个循环周期做好准备。

I、由合模油缸1带动动模24移动，使得动模24脱离定模23，同时启动顶出油缸8，以推动模具9内成型的碳纤维预浸料立罩板25制品脱离动模24，并将制品从定模23内取出。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而这些属于本实用新型的精神所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型的保护范围之中。

Claims (9)

1.一种碳纤维预浸料产品的成型系统，其特征在于，包括合模油缸、模具、平行设置的拉杆、固定置于拉杆前端的定翻板，所述拉杆上设置与拉杆滑动配合的动翻板，所述合模油缸经曲肘连杆与动翻板传动配合，所述模具包括相配合的动模和定模，所述定模固定设置在定翻板上，所述动模固定设置在动翻板上，以使动翻板移动时动模可靠近或远离定模，所述动翻板上设置顶出油缸，所述顶出油缸的活塞杆伸入所述动模内，以使顶出油缸在动模离开定模时将模具内的制品推离动模。

2.根据权利要求1所述的碳纤维预浸料产品的成型系统，其特征在于，还包括快速热循环系统，所述定模、动模内设置换热管道，快速热循环系统包括电热蒸汽发生器，电热蒸汽发生器经蒸汽管道与的换热管道相通，蒸汽管道上设置蒸汽入口阀，以使电热蒸汽发生器产生的蒸汽可进入换热管道内。

3.根据权利要求2所述的碳纤维预浸料产品的成型系统，其特征在于，还包括冷却水回收装置，所述换热管道的出口端经出水管道与冷却水回收装置相通，出水管道上设置冷却水出口阀，以使换热管道内换热后水汽进入冷却水回收装置。

4.根据权利要求3所述的碳纤维预浸料产品的成型系统，其特征在于，还包括冷却塔，所述冷却塔经冷却管道与换热管道相通，冷却管道上串联设置增压泵和冷却水入口阀，用于向换热管道内通入冷却水。

5.根据权利要求4所述的碳纤维预浸料产品的成型系统，其特征在于，还包括空压机，所述空压机经空气管道与换热管道相通，空气管道上设置空气阀，用于向换热管道内通入压缩空气。

6.根据权利要求5所述的碳纤维预浸料产品的成型系统，其特征在于，所述冷却水回收装置与冷却塔之间经回收管道连通，以使冷却水回收装置回收的水可进入冷却塔。

7.根据权利要求6所述的碳纤维预浸料产品的成型系统，其特征在于，还包括贮水箱，所述贮水箱经贮水管道与电热蒸汽发生器相通，贮水管道上设置贮水增压泵，用于将贮水箱内的水泵入电热蒸汽发生器。

8.根据权利要求7所述的碳纤维预浸料产品的成型系统，其特征在于，还包括抽真空系统，所述动模与定模闭合后由抽真空系统将模具内进行抽真空和保压。

9.根据权利要求8所述的碳纤维预浸料产品的成型系统，其特征在于，还包括PLC控制单元，所述定模内设置温度传感器，所述温度传感器、蒸汽入口阀、贮水增压泵、增压泵、冷却水入口阀、冷却水出口阀、空气阀与PLC控制单元电性连接。

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