[發明專利]一種低成本工藝成型的碳纖維復合材料地鐵車身及其制造方法

在審

• 申請號: 201710636559.7
• 申請日: 2017-07-31
• 公開（公告）號: CN107214977A
• 公開（公告）日: 2017-09-29
• 發明（設計）人: 商莉;陳征輝;王林臣;鐘進;劉子茗;周偉旭
• 申請（專利權）人: 江蘇恒神股份有限公司
• 主分類號: B29C70/34
• 分類號: B29C70/34;B29C70/70;B29C35/02;B29L31/30
• 代理公司: 南京正聯知識產權代理有限公司32243
• 代理人: 郭俊玲

技術領域

本發明涉及地鐵車輛技術領域，特別是一種低成本工藝成型的碳纖維復合材料地鐵車身及其制造方法，以達到地鐵車體輕量化的目的。

背景技術

地鐵車體是用于容納旅客、司乘人員、行李等和安裝各種設備的部件，由轉向架支撐，主要起承載作用，是軌道車輛的主要組成部分。現有的地鐵車體多使用金屬材料，車身由兩側墻和車頂三部分組成，它存在重量大，成本高，耗能大，耐腐蝕性差，使用周期短等缺點；一般車體承載結構的重量約占車輛總重的20%-25%，因此，有效的減輕車體的重量，達到車體輕量化的目的具有重要意義。

碳纖維復合材料由于具有高比強度和高比模量，密度小，耐高溫，耐腐蝕，抗腐蝕，熱膨脹系數低等優點，在軌道交通領域的應用得到了很大的發展。

發明內容

為了解決上述問題，本發明提供一種低成本工藝成型的碳纖維復合材料地鐵車身及其制造方法，解決了現有車身重量大，耐腐蝕性差，抗疲勞性能差，使用周期短等缺點，達到車體輕量化的目的。

為了達到上述目的，本發明是通過以下技術方案實現的：

本發明是一種低成本工藝成型的碳纖維復合材料地鐵車身，包括碳纖維外蒙皮、碳纖維內蒙皮、鋪設在碳纖維外蒙皮與碳纖維內蒙皮之間的蜂窩夾芯層，夾芯層為蜂窩、泡沫與數個縱橫加強筋、門框、窗框拼接而成，夾芯層與碳纖維外蒙皮和碳纖維內蒙皮通過膠膜連接采用OOA工藝整體固化成型。

本發明的進一步改進在于：碳纖維外蒙皮、碳纖維內蒙皮、縱橫加強筋、門框和窗框均為碳纖維織物預浸料。

本發明的進一步改進在于：所述碳纖維織物預浸料和膠膜具有阻燃性能。

本發明是一種低成本工藝成型的碳纖維復合材料地鐵車身，所述碳纖維復合材料地鐵車身成型包括以下步驟：

（1）碳纖維外蒙皮OOA工藝成型：按鋪貼角度及鋪層數設計順序，以激光投影線為鋪貼基準線，將裁剪成特定形狀的碳纖維織物預浸料依次鋪貼在車身模具上，碳纖維外蒙皮鋪貼厚度3 mm -5mm,利用定制的車身模具的自加熱系統固化成型碳纖維外蒙皮；

（2）夾芯層OOA工藝成型：打磨處理碳纖維外蒙皮、門框、窗框及縱橫加強筋膠接面，將門框和窗框放置在定位區域，按照激光投影定位的區域將蜂窩、泡沫與縱橫加強筋進行拼接，檢測拼接位置以及尺寸情況，拼接完成后，利用定制的車身模具的自加熱系統及鼓風加熱設備固化成型夾芯層；

（3）碳纖維內蒙皮OOA工藝成型：按鋪貼角度及鋪層數設計順序，以激光投影線為鋪貼基準線，將裁剪成特定形狀的碳纖維織物預浸料依次鋪貼在車身模具上，碳纖維內蒙皮鋪貼厚度3 mm -5mm,利用定制的車身模具的自加熱系統及鼓風加熱設備固化成型碳纖維內蒙皮，即完成車身整體成型。

本發明的進一步改進在于：碳纖維內蒙皮和碳纖維外蒙皮均為碳纖維織物預浸料鋪貼并采用OOA工藝成型，碳纖維內蒙皮鋪貼厚度3 mm -5mm,碳纖維外蒙皮鋪貼厚度3 mm -5mm,在碳纖維織物預浸料鋪貼過程中，第一層需進行預壓實，后續過程中每3-4層需進行一次預壓實。

本發明的進一步改進在于：門框、窗框均為碳纖維織物預浸料包纏泡沫采用熱壓罐工藝成型，其中泡沫夾芯通過膠模具與碳纖維織物預浸料進行連接。

本發明的進一步改進在于：縱橫加強筋為碳纖維織物預浸料鋪貼并采用熱壓罐工藝成型的工字梁。

本發明的進一步改進在于：夾芯層OOA工藝成型過程中，蜂窩和泡沫與縱橫加強筋、碳纖維內蒙皮、碳纖維外蒙皮通過膠膜進行連接，蜂窩與蜂窩通過帶狀發泡膠進行拼接。

本發明的進一步改進在于：碳纖維外蒙皮、碳纖維內蒙皮及夾芯層OOA工藝成型過程中，固化升溫速率控制在1-3℃/min，固化結束后降溫速率不大于2℃/min。

本發明的有益效果是：

（1）本發明提供一種低成本工藝成型的碳纖維復合材料地鐵車身及其制造方法，采用碳纖維復合材料替代金屬材料，解決了現有車身重量大，耐腐蝕性差，抗疲勞性能差、使用周期短等缺點，達到車體輕量化的目的。

（2）本發明碳纖維復合材料地鐵車身為碳纖維復合材料夾芯結構，包括碳纖維外蒙皮、碳纖維內蒙皮，鋪設在碳纖維內、外蒙皮之間的夾芯層，夾芯層與碳纖維內、外蒙皮通過膠膜膠接整體成型，不僅減少車體零部件數量和裝配工作量，而且大大提高了車身的隔音、隔熱性能。

（3）本發明碳纖維復合材料地鐵車身為夾芯結構，該結構的抗沖擊性和抗沖擊回彈變形能力增強。