CN212400404U - 一种碳纤维增强复合材料 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种碳纤维增强复合材料，包括发泡增强层，所述发泡增强层的顶端安装有碳纤维增强面板层，所述碳纤维增强面板层的顶端安装有预埋件，且预埋件底端处于碳纤维增强面板层内部，所述预埋件的上方安装有发泡增强筋。本实用新型通过碳纤维增强复合材料制备工艺技术，生产出来的碳纤维增强复合材料，区别于完全依靠模具加工的方式，适用于重量控制要求高、载荷复杂的小型结构成型加工领域，可结合3D打印技术，将多层材料进行堆叠，实现层层叠加，提高生产效率的同时，提高复合材料的性价比，降低复合材料的制造成本，制得的碳纤维复合材料制品，便于与外部设备进行安装，整体质量较轻。

Description

一种碳纤维增强复合材料

技术领域

本实用新型涉及复合材料加工技术领域，具体为一种碳纤维增强复合材料。

背景技术

复合材料制品是通过由两种或两种以上不同性质的材料，通过物理或化学的方法结合制得的产品，复合材料的基体材料分为金属和非金属两大类，并可以根据基体材料不同进行分类，包括玻璃钢制品、碳纤维制品、玄武岩纤维制品等，由于其具有质轻而硬、机械强度高、回收利用少和耐腐蚀等优点，所以在有些领域，能够代替钢材，如今被广泛用于制造机器零件和汽车、船舶外壳等。

在碳纤维制品的生产过程中，因需要多种材料相互结合，并在保证产品成形的情况下，需与模具相互结合，而实际模具使用仅适用于大批量的生产制造中，而现代交通工具、机械设备、家居装修及各种定制化产品，往往是朝高档化、多品种、个性化、小批量的特点发展的，使得单纯的利用模具进行碳纤维制品的生产这一方法适用性较差，随着科技的发展，3D打印技术发展越来越快，在材料生产上，目前3D打印技术成型发泡材料的效率低，仍无法适应大型部件的批量制造，可在重量控制要求高、载荷复杂的小型结构成型中仍然具有较大应用潜力。

而且，现有的工艺技术中，单纯的使用模具进行碳纤维复合材料制品生产时，受复合材料的种类影响，单纯的使用模具加工时，需要闭模开模等操作，其效率较低，特别是复合材料中预埋件的安装过程，其完全需依靠人工进行操作，且加工成本较高，无法保证复合材料生产的性价比需求，经济性较差。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种碳纤维增强复合材料，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种碳纤维增强复合材料，包括发泡增强层，所述发泡增强层的顶端安装有碳纤维增强面板层，所述碳纤维增强面板层的顶端安装有预埋件，且预埋件底端处于碳纤维增强面板层内部，所述预埋件的上方安装有发泡增强筋。

优选的，还包括碳纤维增强复合材料生产工艺，为如下步骤：

步骤1：模具内腔抛光；

步骤2：涂脱模剂；

步骤3：铺设碳纤维增强丝或碳纤维布；

步骤4：铺设玻璃纤维布；

步骤5：真空或手糊导入粘结胶；

步骤6：粘结胶固化；

步骤7：在产品背面通过粘结胶安置预埋件；

步骤8：通过3D打印的方式在产品背面构建发泡结构；

步骤9：固化后脱模取件。

优选的，所述发泡增强层的顶端设置有下凹的槽体，且碳纤维增强面板层、预埋件和发泡增强筋皆安装在下凹的槽体内。

优选的，所述步骤3、步骤4和步骤5构成碳纤维增强面板。

优选的，所述预埋件上开设有导通的开口，且开口的内部安装有安装片，安装片上设置有装配孔。

优选的，所述步骤4中至少铺设两层玻璃纤维布。

优选的，所述步骤9中，将复合材料制品从复合材料成型模具取出，并将脱模后的复合材料制品切边、修磨后即完工。

优选的，所述步骤6中，粘结胶为不饱和树脂，固化时间为1-4小时左右。

优选的，所述步骤6中，粘结胶为环氧树脂，固化时间为12-24小时固化时间。

优选的，所述步骤1中模具内腔抛光是用细砂打磨复合材料成型模具，并打蜡处理。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

1、本碳纤维增强复合材料，通过构建发泡机构，具有成本低、加工效率高，且轻巧的特点，并具备一定的材料韧性，可借助外部机械臂，利于对预埋件进行机械化自动化安装，提高安装效率和加工精度，并可借助现有技术中3D打磨的特点，根据层片信息，在数字化控制驱动下，将熔覆的成型发泡材料通过连续的物理层叠加固化，逐层增加材料来生成三维实体产品，区别于注塑加工、单纯模具加工等加工方法，3D打印可摆脱一些设备的需求，借助机械臂的运动，能适应复杂的结构需求，将发泡材料进行任意形状的构造，区别于完全依靠模具加工时，模具结构复杂，且模具制造成本高的问题，提高复合材料的性能价格比，降低复合材料的制造成本。

2、本碳纤维增强复合材料，通过碳纤维增强面板层，为碳纤维增强丝和玻璃纤维布构成，作为复合材料的主要性能部分使用，借助粘结胶，对预埋件进行固定安装，并通过发泡增强层，实际加工时，以敞开的模具为容器，可由3D打印的方法将发泡材料进行堆叠铺设，作为对碳纤维增强面板层的底端基底部件使用，具有结构轻成本低的特点，并通过在发泡增强层顶端设置一个下凹的槽体，可形成一个约束，便于多层材料堆叠制造使用，通过发泡增强筋，可作用在碳纤维增强面板层的上方，对预埋件进行约束增强的同时，作为一个骨架结构，实现力学性能上的强化。

3、本碳纤维增强复合材料，通过安装片，在预埋件表面开设有开口，作为外部设备穿过预埋件通道时，安装片与外部设备相接触，在安装片上设置装配孔，可将外部设备的部件，如加强筋通过U型螺栓等固定连接，利于对整个复合材料制品进行固定安装。

附图说明

图1为本实用新型的碳纤维增强复合材料成品结构示意图；

图2为本实用新型的图1中预埋件侧视剖视图。

图中：1、预埋件；2、发泡增强筋；3、发泡增强层；4、碳纤维增强面板层；5、安装片；6、装配孔。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

实施例1

本实施例碳纤维增强复合材料，其中包括如下步骤：

步骤1：模具内腔抛光，改变模具内腔的光洁度，以便于提高后续加工出的产品表面质量，从而使制作出来的零件表面光滑精度高；

步骤2：涂脱模剂，需均匀且多次涂覆，以便于后续模具与产品的分离操作进行；

步骤3：铺设碳纤维增强丝或碳纤维布，碳纤维增强丝和碳纤维布材料皆相同，皆为碳纤维材料制造而成，碳纤维增强丝具有较高的断裂韧性、抗热性、抗疲劳性和抗蠕变性，而且拉伸强度和弹性模量高于一般的碳素材料，因碳纤维布为块状连续结构，更便于铺设在模具内部；

步骤4：铺设玻璃纤维布；

步骤5：真空或手糊导入粘结胶，粘结胶均匀覆盖在玻璃纤维布上；

步骤6：粘结胶固化；

步骤7：在产品背面通过粘结胶安置预埋件，预埋件底端处于粘结胶内部进行固定安装；

步骤8：通过3D打印的方式在产品背面构建发泡结构，发泡机构实际为发泡类材料堆叠而成，具有成本低、加工效率高，且轻巧的特点，并使用3D打印的方式，可借助现有技术中3D打磨的特点，具备机械臂的部件，可根据层片信息，在数字化控制驱动下，将熔覆的成型发泡材料通过连续的物理层叠加固化，逐层增加材料来生成三维实体产品，区别于注塑加工、单纯模具加工等加工方法，3D打印可摆脱一些设备的需求，可借助机械臂对预埋件进行安装，并借助机械臂带动3D喷涂发泡材料时进行任意位置的运动，能适应产品复杂的结构需求，将发泡材料进行任意形状的构造，区别于完全依靠模具加工时，模具结构复杂，且模具制造成本高的问题，提高复合材料的性能价格比，降低复合材料的制造成本；

步骤9：固化后脱模取件，区别于现有的模具加工，无需开模操作，仅由模具对材料成品进行底端加工。

具体的，步骤4中至少铺设两层玻璃纤维布，实际生产时可为多层玻璃纤维布的上下方位堆叠，以改变玻璃纤维布所造成的层厚，增强材料性能。

进一步的，步骤9中，将复合材料制品从复合材料成型模具取出，并将脱模后的复合材料制品切边、修磨后即完工，对脱模后的复合材料制品进行外形上的改良。

进一步的，步骤6中，粘结胶为不饱和树脂，固化时间为1-4小时左右，不饱和树脂价格较低，容易固化，而固化实际存在一定区间，该区间与零件大小、添加的固化剂多少和温度等有关，相对意义上，零件越小，料厚越薄，固化剂添加的比例越大，固化越快。

更进一步的，步骤1中模具内腔抛光是用细砂打磨复合材料成型模具，以满足抛光需求，并打蜡处理，并使用8次打蜡处理，石蜡可产生脱模剂的效果，以改变内腔的光洁度，并便于提高制造出的复合材料成品表面质量。

实施例2

本实施例碳纤维增强复合材料与实施例1碳纤维增强复合材料内容基本相同，其不同之处在于：步骤6中，粘结胶为环氧树脂，固化时间为12-24小时固化时间。

环氧树脂的价格相比不饱和树脂价格较高，胺基固化剂参与固化反应，最终产物性能与固化剂性能很大，但总的来说环氧树脂最终固化产品要比不饱和树脂的固化产物硬度和强度都大，而固化时间实际为12-24小时，该时间区间与零件大小、添加的固化剂多少和温度等有关，相对意义上，零件越小，料厚越薄，固化剂添加的比例越大，固化越快。

实施例3

请参阅图1和图2，一种基于碳纤维增强复合材料的碳纤维增强复合材料，包括发泡增强层3，实际生产时，发泡增强层3作为材料的基底使用，发泡增强层3的顶端安装有碳纤维增强面板层4，为该碳纤维复合材料的主要性能部分使用，碳纤维增强面板层4的顶端安装有预埋件1，为桥型结构的金属部件，具有预埋脚，且预埋件1底端预埋脚处于碳纤维增强面板层4内部，二者相互固定，预埋件1的上方安装有发泡增强筋2，可作用在碳纤维增强面板层的上方，对预埋件进行约束增强的同时，作为一个骨架结构，实现力学性能上的强化，而实际发泡增强层3和发泡增强筋2皆是结合3D打印技术，将发泡材料进行堆叠形成，而该碳纤维增强复合材料可广泛适用于汽车制造、机械设备、轨道交通、家装和大型广告牌等领域。

具体的，发泡增强层3的顶端设置有下凹的槽体，结合实施例1中的碳纤维增强复合材料，发泡增强层3可由3D打印设备在特定的模具中堆叠发泡材料形成，且碳纤维增强面板层4、预埋件1和发泡增强筋2皆安装在下凹的槽体内，此时下凹的槽体可形成一个约束，便于多层材料堆叠制造使用，使得该材料整体顶端较为平整。

进一步的，在实施例1的碳纤维增强复合材料中，步骤3、步骤4和步骤5构成碳纤维增强面板层4，且通过粘结胶和发泡增强层3对预埋件1进行安装，由此使得预埋件1底端预埋脚部分固定在碳纤维增强面板层4上。

更进一步的，预埋件1上开设有导通的开口，外部设备上的部件经开口形成的通道穿过整个预埋件1，且开口的内部安装有安装片5，安装片5至少存在四个，彼此之间设置有间隙，外部设备上的部件，如加强筋处于安装片5之间，安装片5上设置有装配孔6，通过U型螺栓等固定部件穿过装配孔6上，对加强筋等部件进行固定限位，利于对整个复合材料制品进行固定安装。

需要说明的是,在本文中,诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一一个实体或者操作与另--个实体或操作区分开来,而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含,从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素,而且还包括没有明确列出的其他要素,或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例,对于本领域的普通技术人员而言,可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型,本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (4)

1.一种碳纤维增强复合材料，其特征在于：包括发泡增强层(3)，所述发泡增强层(3)的顶端安装有碳纤维增强面板层(4)，所述碳纤维增强面板层(4)的顶端安装有预埋件(1)，且预埋件(1)底端处于碳纤维增强面板层(4)内部，所述预埋件(1)的上方安装有发泡增强筋(2)。

2.根据权利要求1所述的一种碳纤维增强复合材料，其特征在于：所述发泡增强层(3)的顶端设置有下凹的槽体，且碳纤维增强面板层(4)、预埋件(1)和发泡增强筋(2)皆安装在下凹的槽体内。

3.根据权利要求1所述的一种碳纤维增强复合材料，其特征在于：所述预埋件(1)上开设有导通的开口。

4.根据权利要求3所述的一种碳纤维增强复合材料，其特征在于：所述开口的内部安装有安装片(5)，安装片(5)上设置有装配孔(6)。

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