CN119526784B - 一种碳纤维夹心结构的成形方法及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种碳纤维夹心结构的成形方法及其应用，属于复合材料成型技术领域。成形方法包括：在上模具和下模具的成形面与分模缝上喷涂胶衣；胶衣固化后在胶衣表面涂刷外层环氧树脂液料，之后在外层环氧树脂液料上铺设碳纤维布，碳纤维布的边缘位于分模缝中；机械加工获得泡沫材料内芯，并在泡沫材料内芯表面加工多个垂直于泡沫材料内芯表面的通孔；在泡沫材料内芯表面涂刷内层环氧树脂液料后放入上模具和下模具之间，合模加热；脱模并打磨产品的分模缝。与常规碳纤维夹心结构相比，由于消除了注胶管路且使用上下两个成形模具合模制备，因此能够实现异形结构的表面光滑成形。可以使厚度不均匀结构的正面、背面及四周里面均具有外观面的表面质量。

Description

一种碳纤维夹心结构的成形方法及其应用

技术领域

本发明属于复合材料成型技术领域，具体涉及一种碳纤维夹心结构的成形方法及其应用。

背景技术

公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

随着交通轨道机车的高速发展，影响交通轨道机车速度与能耗的主要因素之一将是车辆本身的重量。现有的轨道车辆上的座椅等装置常常采用玻璃钢材质，使用手糊方法制备玻璃钢装置，存在产品重量重、背部存在毛刺、不平整、产品厚度不均等问题。采用真空成形方法时，需要在模腔预留出多个注胶管路进行注胶，注胶管路中残留的胶液会形成柱形结构保留在产品表面上，需要后续采用机械加工的方法去除，增加了表面加工的复杂程度。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种碳纤维夹心结构的成形方法及其应用，在上模具和下模具之间放入泡沫材料内芯，在模具的内表面刷涂环氧树脂与铺设碳纤维布，合模后加固化处理，获得两面光的产品，减少后续加工的复杂程度。

为了实现上述目的，本发明的技术方案为：

第一方面，一种碳纤维夹心结构的成形方法，包括以下步骤：

S1、在上模具和下模具的成形面与分模缝上喷涂胶衣；

S2、胶衣固化后在胶衣表面涂刷外层环氧树脂液料，之后在外层环氧树脂液料上铺设碳纤维布，碳纤维布的边缘位于分模缝中；

S3、机械加工获得泡沫材料内芯，并在泡沫材料内芯表面按照设定的密度加工多个垂直于泡沫材料内芯表面的通孔；

S4、在泡沫材料内芯表面涂刷内层环氧树脂液料后放入上模具和下模具之间，之后合模，之后将合模后的模具加热，使内部的环氧树脂液料固化；

S5、脱模并打磨产品的分模缝；

制备过程中，外层环氧树脂液料与内层环氧树脂液料过量，在分模缝位置形成宽度为20～40mm的成型飞边；在泡沫材料内芯表面的通孔中形成栓柱。

可选的，S1中，分模缝位于产品的厚度方向的中间位置。

可选的，S1中，胶衣厚度为0.3～0.5mm。

可选的，S2中，外层环氧树脂液料按照树脂TDS添加固化剂，并进行调配，使其粘度为25℃时500～1000mPa.s。

可选的，S2中，外层环氧树脂液料与碳纤维布的质量比为(1.0～1.5):1。

可选的，S2中，碳纤维布包括多层斜纹碳纤维布，各层碳纤维布按照设定的方向铺设。

可选的，S3中，泡沫材料内芯表面通孔的孔径为1～3mm，通孔的分布密度为100～150孔/平方米。

可选，所述栓柱的长度为3～5mm。

可选的，S3中，泡沫材料内芯上安装金属预埋件。

可选的，S4，将依据金属预埋件在模具的定位位置，在碳纤维布上加工出金属预埋件开孔，以暴露金属预埋件。

可选的，S4中，合模时使用螺栓将上模具与下模具固定在一起。

可选的，S4中，内层环氧树脂液料与碳纤维布的质量比为(1.0～1.5):1。

可选的，S4中，内层环氧树脂液料按照树脂TDS添加固化剂，并进行调配使其粘度为25℃时500-1000mPa.s。

可选的，S5中，分模缝的打磨方法包括：先使用角磨机切割，再用砂纸打磨，去除缝内的碳纤维布与环氧树脂。

第二方面，上述的碳纤维夹心结构的成形方法在制备座椅或裙板中的应用。

本发明的有益效果为：

1.本发明提供了碳纤维夹心结构的成形方法，与常规碳纤维夹心结构相比，由于消除了注胶管路且使用上下两个成形模具合模制备，因此能够实现异形结构的表面光滑成形。可以使厚度不均匀结构的正面、背面及四周里面均具有外观面的表面质量。

2.本发明泡沫材料内芯采用机械加工的方法制备，能够将金属件预埋在产品内部，有效杜绝金属件粘接失效问题及粘接所涉及的成本。

3.本发明在泡沫材料内芯表面的一定范围内形成了泡沫材料与环氧树脂的栓柱组成的复合材料，产生协同作用提高抗压能力，使其在减重的同时强度不降低。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1为实施例1中的碳纤维夹心结构的结构示意图。

图2为实施例2中的座椅的外观示意图。

其中，1、上模具；2、下模具；3、分模缝；4、胶衣；5、泡沫材料内芯；6、纤维增强层；7、金属预埋件；8、栓柱。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

实施例1

一种碳纤维夹心结构的成形方法，包括以下步骤。

S1、如图1所示，在上模具1和下模具2的成形面与分模缝3上喷涂胶衣4，分模缝3位于产品的厚度方向的中间位置，由于上模具1和下模具2都有成形面，因此制得的产品的多个表面都具有外观面的表面质量；胶衣4的厚度为0.3mm，喷枪压力控制在0.6-0.7Mpa。

S2、胶衣4固化后，在胶衣4表面用刮板涂刷外层环氧树脂液料，之后在外层环氧树脂液料上铺设碳纤维布，外层环氧树脂液料按照树脂TDS添加固化剂，并调配获得粘度为(800mPa.s，25℃)的液料；碳纤维布包括两层，靠近胶衣4的一层为200g斜纹碳布，远离胶衣4的一层为400g斜纹碳布，外层环氧树脂的涂刷范围与碳纤维布的铺设范围均包括分模缝3，涂刷过程中，外层环氧树脂液料与碳纤维布的质量比为1:1，使外层环氧树脂液料浸透碳纤维布。

S3、CNC机械加工获得泡沫材料内芯5，并在泡沫材料内芯5表面按照100孔/平方米的密度加工多个垂直于泡沫材料内芯5表面的φ1通孔；加工过程中在金属预埋件7的位置加工出凹槽；通孔的作用容纳为环氧树脂液料形成锚固结构，同时增加泡沫强度。

S4、在泡沫材料内芯5表面安装金属预埋件7后，整体涂刷粘度为(800mPa.s，25℃)的内层环氧树脂液料(环氧树脂液料与碳纤维布的质量比为1:1)，依据模具定位的金属预埋件位置在碳纤维布上剪裁出金属预埋件开口，将安装有金属预埋件7安装泡沫材料内芯5上，之后将涂刷内层环氧树脂液料的泡沫材料内芯5放入上模具1和下模具2之间，合模后使用螺栓将上模具1与下模具2固定在一起，将模具加热至外层环氧树脂液料和内层环氧树脂液料的固化温度并保温，使内部的外层环氧树脂液料和内层环氧树脂液料固化，与碳纤维布结合成为纤维增强层6。

S5、脱模并打磨产品的分模缝3位置的多余材料，打磨方法为：先使用角磨机切割，再用砂纸打磨，去除缝内的碳纤维布与环氧树脂。

获得的碳纤维夹心结构主要由内层的泡沫材料内芯5和外层的蒙皮(纤维增强层6)组成，蒙皮由外层环氧树脂液料、碳纤维布和内层环氧树脂液料熔合固化形成，通过环氧树脂与固化剂发生反应，使其形成坚固的交联结构，且多余的液料进入泡沫材料内芯5表面的通孔中，形成长度为3～5mm的栓柱8结构，保证泡沫材料内芯5和蒙皮牢牢地结合在一起，蒙皮的外表面在上模具1和下模具2的成形面的作用下固化成形，多余的液料进入分模缝3中形成宽度为20mm的成型飞边，因此不需在模具上增设注胶管路，不需在模具内部利用负压辅助成形，即可使产品的形状尺寸与表面质量满足要求。

由于泡沫材料内芯5的材质有弹性，且通孔的长度较长，使通孔内部的气体有一定的压缩余量，因此，当泡沫材料内芯5表面的环氧树脂受到合模压力时，即使没有负压装置也能进入通孔内部，并固化成栓柱8结构，不同部位的栓柱8的长度随泡沫材料内芯5的不同部位厚度而有所差异，当厚度较薄时，能够形成通孔长度的栓柱结构(如图1中左侧的栓柱8)。环氧树脂固化成形后，栓柱8结构与纤维增强层6成为一个整体，当在使用过程中纤维增强层6受到压力时，栓柱8有向通孔内部运动的趋势，而栓柱8侧壁与孔壁的粘接作用会抵抗这种趋势，因此与纤维增强层6表面垂直排列的众多栓柱8能够阻挡纤维增强层6的受压变形，相当于从泡沫材料内芯5表面一定范围内形成了泡沫材料与环氧树脂的栓柱8组成的复合材料，产生协同作用提高抗压能力，使制得产品的承压能力高于单独的纤维增强层6和泡沫材料内芯5。

实施例2

本实施例采用实施例1中碳纤维夹心结构的成形方法制备座椅，如图2所示。

泡沫材料内芯选用低密度泡沫，密度60-100kg/m³3，轻质且具有一定的抗压能力

外层环氧树脂液料选用BST-E760环氧树脂。

内层环氧树脂液料选用BST-E760环氧树脂。

制得的产品相对原有的玻璃钢分体粘接结构(3mm厚的空心壳体结构)可减重70％以上，且强度不降低。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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 (10)

1.一种碳纤维夹心结构的成形方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、在上模具和下模具的成形面与分模缝上喷涂胶衣；

S2、胶衣固化后在胶衣表面涂刷外层环氧树脂液料，之后在外层环氧树脂液料上铺设碳纤维布，碳纤维布的边缘位于分模缝中；

S3、机械加工获得泡沫材料内芯，并在泡沫材料内芯表面按照设定的密度加工多个垂直于泡沫材料内芯表面的孔；

S4、在泡沫材料内芯表面涂刷内层环氧树脂液料后放入上模具和下模具之间，之后合模，之后将合模后的模具加热，使内部的环氧树脂液料固化；

S5、脱模并打磨产品的分模缝；

制备过程中，外层环氧树脂液料与内层环氧树脂液料过量，在分模缝位置形成宽度为20～40mm的成型飞边；在泡沫材料内芯表面的孔中形成栓柱。

2.如权利要求1所述的碳纤维夹心结构的成形方法，其特征在于，S1中，分模缝位于产品的厚度方向的中间位置；

可选的，S1中，胶衣厚度为0.3～0.5mm。

3.如权利要求1所述的碳纤维夹心结构的成形方法，其特征在于，S2中，外层环氧树脂液料按照树脂TDS添加固化剂，并进行调配，使其粘度为25℃时500～1000mPa.s；

可选的，外层环氧树脂液料与碳纤维布的质量比为(1.0～1.5):1。

4.如权利要求1所述的碳纤维夹心结构的成形方法，其特征在于，S2中，碳纤维布包括多层斜纹碳纤维布，各层碳纤维布按照设定的方向铺设。

5.如权利要求1所述的碳纤维夹心结构的成形方法，其特征在于，S3中，泡沫材料内芯表面孔的孔径为1～3mm，孔的分布密度为100～150孔/平方米。

6.如权利要求1所述的碳纤维夹心结构的成形方法，其特征在于，所述栓柱的长度为3～5mm。

7.如权利要求1所述的碳纤维夹心结构的成形方法，其特征在于，S3中，泡沫材料内芯上安装金属预埋件。

8.如权利要求1所述的碳纤维夹心结构的成形方法，其特征在于，S4中，内层环氧树脂液料的用量为环氧树脂液料与碳纤维布的质量比为(1.0～1.5):1；

可选的，S4中，内层环氧树脂液料按照树脂TDS添加固化剂，并进行调配使其粘度为25℃时500～1000mPa.s。

9.如权利要求1所述的碳纤维夹心结构的成形方法，其特征在于，

S5中，分模缝的打磨方法包括：先使用角磨机切割，再用砂纸打磨，去除缝内的碳纤维布与环氧树脂。

10.一种如权利要求1-9任一所述的碳纤维夹心结构的成形方法在制备座椅或裙板中的应用。