[實用新型]碳纖維復合材料真空模壓成型裝置

有效

• 申請號: 201520672891.5
• 申請日: 2015-09-01
• 公開（公告）號: CN204894561U
• 公開（公告）日: 2015-12-23
• 發明（設計）人: 莊蔚敏;敖文宏;劉西洋;解東旋;楊冠男;胡哲;李冰嬌;張凱希;郭帥;閆雪艷
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: B29C70/44
• 分類號: B29C70/44;B29C70/54
• 代理公司: 長春吉大專利代理有限責任公司 22201
• 代理人: 齊安全;胡景陽

技術領域

本實用新型涉及一種碳纖維復合材料成型裝置，更確切地說，本實用新型涉及一種碳纖維復合材料真空模壓成型裝置。

背景技術

汽車輕量化技術是汽車發展中的熱門研究課題，采用新型復合材料代替傳統的金屬材料是汽車輕量化的重要途徑。碳纖維復合材料具有高強度、高模量、高比強度、高比模量的力學特性，使得碳纖維復合材料可以在不降低汽車整體力學性能的前提下實現汽車輕量化。車用碳纖維復合材料已經取得了顯著進展，目前在汽車領域生產碳纖維復合材料結構件通常使用模壓成型、樹脂傳遞模塑成型、注塑成型，其中模壓成型為適合生產高性能、大批量、相對低成本的碳纖維復合材料車身構件的成型方法。高性能的碳纖維復合材料制品尤其在航天和軍工領域中主要采用真空環境制造，成本很高，不適合批量化生產車身機構件，現有的模壓成型裝置不具備真空模壓條件。在模壓成型過程中，環氧樹脂會發生固化反應，環氧樹脂固化反應過程直接影響成型后碳纖維復合材料的自身性能。環氧樹脂及其固化劑在模壓成型階段要經歷凝膠階段、硬化階段、固化階段，三個階段通常發生在不同溫度，溫度控制在模壓成型過程至關重要，同時在凝膠完成加壓過程中可能導致模具腔內有空氣殘留導致碳纖維復合材料孔隙率過大，致使其力學性能下降。使用模壓成型制備碳纖維復合材料，需要將已經處理好的預浸布裝入模具中，按照設計好的形狀、層數和角度進行鋪設，然后將模具升溫到90～110℃(根據所選用的樹脂及固化劑而定)進行凝膠，當凝膠一段時間后閉合模具施加0.5～30MPa(根據所選用的樹脂及固化劑而定)的壓力，模具閉合后立即升溫到已選樹脂的固化溫度，達到固化溫度需要保持一段時間(根據所選用的樹脂及固化劑而定)，當固化完全后需要將模具降至60℃以下方可進行脫模。碳纖維復合材料模壓工藝流程圖如圖1所示。而現有的工藝流程存在的幾個問題為：

1.現有的碳纖維復合材料模壓成型工藝中不具備真空模壓工藝，使成型后的試件孔隙率難以控制，導致試件的性能參差不齊。現有的各種的真空成型工藝在航天和軍工中使用，制得的試件拉伸強度可達1500MPa以上。

2.在凝膠階段，上下模溫度不均勻，容易導致合模過程中試件上下表面出現溫度差，由于碳纖維復合材料試件是層合結構，層與層之間的溫度差異會導致試件翹曲或褶皺。

3.在合模階段沒有嚴格的壓力控制裝置，很容易導致碳纖維復合材料試件出現氣泡過多、表面粗糙、分層、結構松散等問題。同時對于加壓速度也沒有控制，在合模過程中，上模下行要快，但在與碳纖維復合材料接觸時其速度要放慢。

4.在模壓過程中升溫速率過快，在制備試件中易造成內外固化不均勻而產生內應力，影響試件強度。升溫過慢又影響生產效率。

5.樹脂的固化反應通常會放出或者吸收一定的熱量，成型溫度的不穩定會降低碳纖維試件的力學性能。

6.固化反應結束后，模具需要在一定壓力下迅速降溫至60℃以下才能脫模，自然不能滿足批量生產要求，需要添加冷卻裝置。

因此，需要在現有碳纖維復合材料模壓成型工藝流程中，增設新的裝置，保證模壓成型過程中的試件孔隙率、凝膠溫度、加壓速度、壓力控制范圍、升溫速率、固化反應溫度以及模具的冷卻速度控制在最佳范圍內，進而提高碳纖維復合材料模壓成型試件的性能。

發明內容

本實用新型所要解決的技術問題是克服了現有技術存在的碳纖維復合材料模壓成型中缺少真空模壓工藝以及真空模壓裝置所導致試件性能不足的問題，提供了一種碳纖維復合材料真空模壓成型裝置。

為解決上述技術問題，本實用新型是采用如下技術方案實現的：所述的碳纖維復合材料真空模壓成型裝置包括上部機構、下部機構、抽真空裝置、溫度控制裝置、壓力控制裝置與數控操作臺。

下部機構通過真空模壓裝置底座安裝在地基上，上部機構通過上導熱板安裝在下部機構中的4個結構相同的導柱的頂端為焊接連接；壓力控制裝置中的上貼片式壓力傳感器膠粘在上導熱板的底面上，并通過外接導線與數控操作臺連接，壓力控制裝置中的下貼片式壓力傳感器膠粘在下導熱板上，并通過外接導線與數控操作臺連接；溫度控制裝置中的上溫度傳感器膠粘在上部機構中的上凸模中固定平板底面的兩側，并通過外接導線與數字控制臺連接，溫度控制裝置中的下溫度傳感器膠粘在下凹模上表面的兩側，并通過外接導線與數字控制臺連接；抽真空裝置安裝在下部機構左側的真空模壓裝置底座上，抽真空裝置中的單向閥安裝在下部機構中的下凹模上為密封連接；數控操作臺安裝在下部機構右側的真空模壓裝置底座上。