[發明專利]一種碳纖維增強熱塑性復合材料結構件的成型模具、熱壓成型系統及成型方法

在審

• 申請號: 202110166827.X
• 申請日: 2021-02-05
• 公開（公告）號: CN112976606A
• 公開（公告）日: 2021-06-18
• 發明（設計）人: 翟瞻宇;陳超;王曉雨;丁玉棟
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: B29C70/34
• 分類號: B29C70/34;B29C70/54;B29C33/02
• 代理公司: 長沙朕揚知識產權代理事務所(普通合伙) 43213
• 代理人: 周孝湖

本發明公開了一種碳纖維增強熱塑性復合材料結構件的成型模具、熱壓成型系統及成型方法，該成型模具包括：第一熱壓模具；第二熱壓模具，與第一熱壓模具相對設置，第一熱壓模具與第二熱壓模具之間形成模具型腔；第一電極，設于第一熱壓模具上遠離模具型腔的一端；第二電極，設于第二熱壓模具上遠離模具型腔的一端；電源，第一電極和第二電極均與電源相連接。本發明的成型模具、熱壓成型系統及成型方法生產工序少、加工效率高、產品質量好、適合于大批量自動化生產，并且成型過程中電極不易受壓變形損壞。

技術領域

本發明涉及復合材料結構件成型技術領域，具體而言，涉及一種快速成型連續碳纖維增強熱塑性復合材料結構件的成型模具、熱壓成型系統及成型方法。

背景技術

高性能連續碳纖維增強熱塑性復合材料憑借其優良的承載性能、較低的密度和環?？苫厥盏葍灝愋阅?，在航空航天、軌道交通、汽車工業等領域已獲得廣泛應用，是踐行當前節能減排與可持續發展戰略的重要舉措。

目前碳纖維增強熱塑性復合材料構件的制造方法主要有熱壓罐成型工藝、模壓成型工藝、纖維纏繞成型工藝等，均采用外部熱源加熱，由外向內進行熱傳導。由于熱塑性聚合物具有熱導率低、熔點高的特點，加熱熔融與降溫周期較長，傳統成型工藝中從外向內的加熱方式導致碳纖維增強熱塑性復合材料高昂的制造成本。因此，發展一種高效、低成本的成型工藝，用以實現碳纖維增強熱塑性復合材料的快速成型，對踐行汽車行業節能減排具有重要的現實意義。

碳纖維具有導電性，將碳纖維同時作為增強材料和加熱源，利用其自阻加熱效應，可以實現碳纖維增強樹脂基復合材料的成型。但是，在現有成型工藝中，通常是在沿碳纖維布或者碳纖維預浸料的長度方向上(兩端)布置電極，或者將電極布置在模具型腔的表面。

在碳纖維預浸料兩端連接電極的方式，一方面沿纖維長度方向形成的電流回路容易受碳纖維自身斷裂等缺陷的影響，從而影響碳纖維的溫度分布，造成聚合物流動不均勻，最終影響結構件的成型質量，存在孔隙等缺陷。另一方面，在碳纖維預浸料兩端連接電極，每一次生產都需要安裝和取下電極，阻礙生產效率的提升，不利于大批量自動化生產。將電極布置在模具型腔表面的方式，在加工過程中，電極承受壓力，容易遭到破壞；并且，該方法同樣面臨成型過程中電極反復安裝的問題，不利于大批量生產。

因此，需要開發一種新型的碳纖維增強熱塑性復合材料結構件的成型方法，以減少生產工序、提高加工效率和加工質量，適用于大批量自動化生產。

發明內容

本發明的主要目的在于提供一種碳纖維增強熱塑性復合材料結構件的成型模具、熱壓成型系統及成型方法，該成型模具、熱壓成型系統及成型方法生產工序少、加工效率高、產品質量好、適合于大批量自動化生產，并且成型過程中電極不易受壓變形損壞。

為了實現上述目的，根據本發明的一個方面，提供了一種碳纖維增強熱塑性復合材料結構件的成型模具，包括：

第一熱壓模具；

第二熱壓模具，與第一熱壓模具相對設置，第一熱壓模具與第二熱壓模具之間形成模具型腔；

第一電極，設于第一熱壓模具上遠離模具型腔的一端；

第二電極，設于第二熱壓模具上遠離模具型腔的一端；

電源，第一電極和第二電極均與電源相連接。

進一步地，第一熱壓模具上遠離模具型腔的一端開設第一電極槽，第一電極置于第一電極槽內；第二熱壓模具上遠離模具型腔的一端開設第二電極槽，第二電極置于第二電極槽內。

進一步地，第一熱壓模具和第二熱壓模具內于靠近模具型腔的一端設有冷卻系統。

進一步地，冷卻系統為沿模具型腔排列設置的多根冷卻通道。