本發(fā)明屬于航空交通運(yùn)輸設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種制作航空旅客座椅用碳纖維復(fù)合材料制件的方法。

背景技術(shù)：

目前市場(chǎng)上航空旅客經(jīng)濟(jì)艙標(biāo)準(zhǔn)三聯(lián)座座椅普遍采用合金金屬材料，雖然能滿足安全性能要求，但因材料較重，使得航空成本居高不下。

現(xiàn)有技術(shù)中有采用較輕的酚醛樹脂為基體的碳纖維復(fù)合材料來(lái)制作航空旅客座椅的組成部分，如椅背骨架、扶手、餐桌板和裝飾板，這些制件一般采用樹脂傳遞模塑法制作而成，如圖1所示的工藝原理圖，包括如下步驟：步驟1)在模具中鋪設(shè)碳纖維干布；步驟2)合模具后檢查氣密性，之后注入固化劑與稀釋后液態(tài)酚醛樹脂混合液，注射充分后，停止注射；步驟3)加熱固化，開模具，去毛刺即得制件。但樹脂傳遞模塑法在成型固化過(guò)程中酚醛樹脂發(fā)生縮聚反應(yīng)，在密閉的模具中產(chǎn)生小分子，不易排除，從而導(dǎo)致制件孔隙率大，降低制件力學(xué)性能；并且一般采用frp模具，壽命較低，模具綜合壽命超過(guò)3000～5000模實(shí)屬罕見；固化溫度也一般在160℃以上，耗費(fèi)能源；樹脂傳遞模塑法所使用的液態(tài)樹脂和固化劑也都是揮發(fā)性的液體，對(duì)人體健康有害。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

因此，本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中樹脂傳遞模塑法制作的航空旅客座椅用碳纖維復(fù)合材料制件的力學(xué)性能差的技術(shù)問(wèn)題，目的之一在于提供一種制作航空旅客座椅用碳纖維復(fù)合材料制件的方法，包括如下步驟：

1)將裁切好的片狀的環(huán)氧樹脂基碳纖維預(yù)浸料層層包裹在芯軸上，然后抽出芯軸，形成內(nèi)部中空的預(yù)型體；

2)將可膨脹氣袋放入步驟1)所得預(yù)型體的中空的內(nèi)部，然后再將預(yù)型體放入模具中，閉合模具并鎖緊，氣袋內(nèi)充壓后，固化成型形成碳纖維復(fù)合材料制件——即熱壓氣袋膨脹法。其工藝原理如圖2所示。

本發(fā)明中所述環(huán)氧樹脂基碳纖維預(yù)浸料中樹脂與碳纖維的質(zhì)量比為33～42：100，有市售產(chǎn)品，例如也可以由山東威海光威復(fù)合材料有限公司的9b14阻燃環(huán)氧樹脂與日本toray的碳纖維絲復(fù)合而成。

本發(fā)明中所述的氣袋可以選用延伸率200％的尼龍材質(zhì)的氣袋，成本較低，且不易漏氣。

步驟2)中模具的鎖緊壓力為3.5-6mpa，例如優(yōu)選4mpa。所述的固化成型于氣袋內(nèi)壓為0.6～1.2mpa下、于120～150℃溫度下固化成型30～60min。

步驟1)按照每層的包裹角度為0～±90度，將2片環(huán)氧樹脂基碳纖維預(yù)浸料疊為一層，將裁切好的片狀的環(huán)氧樹脂基碳纖維預(yù)浸料層層包裹在芯軸上，共包裹3～8層，所述的包裹角度是指所述環(huán)氧樹脂基碳纖維預(yù)浸料的纖維方向與所述芯軸的軸向的夾角；所述的環(huán)氧樹脂基碳纖維預(yù)浸料包裹在芯軸上的面密度為400～850g/m²。

例如每層的包裹角度可以是±45度、±30度、±22.5度或0度。

在一具體實(shí)施方式中，步驟1)中，共包裹7層，第一層的包裹角度為±45度、第二層的包裹角度為0度、第三層的包裹角度為±30度、第四層的包裹角度為0度、第五層的包裹角度為±22.5度、第六層的包裹角度為0度、第七層的包裹角度為±45度。

在本發(fā)明中，包裹角度中的“±”是指，以制件的軸線為極坐標(biāo)的極軸，逆時(shí)針?lè)较虻慕嵌葹椤?”，順時(shí)針?lè)较虻慕嵌葹椤?”。環(huán)氧樹脂基碳纖維預(yù)浸料的每層具有2片片料，當(dāng)一片片料的包裹角度為“+”時(shí)，另一片片料的包裹角度即為“-”。

在本發(fā)明中，優(yōu)選地，1)將裁切好的片狀的環(huán)氧樹脂基碳纖維預(yù)浸料層層包裹在芯軸上，然后抽出芯軸，形成內(nèi)部中空的分段預(yù)型體；將分段預(yù)型體組配成整體預(yù)型體，在整體預(yù)型體的薄弱處用環(huán)氧樹脂基碳纖維預(yù)浸料進(jìn)行局部補(bǔ)強(qiáng)，局部補(bǔ)強(qiáng)時(shí)的包裹角度范圍為0～±90度；

2)將可膨脹氣袋放入局部補(bǔ)強(qiáng)后的整體預(yù)型體的中空的內(nèi)部，然后再將整體預(yù)型體放入模具中，閉合模具并鎖緊，氣袋內(nèi)充壓后，固化成型形成碳纖維復(fù)合材料制件。

步驟1)將裁切好的片狀的環(huán)氧樹脂基碳纖維預(yù)浸料層層包裹在芯軸上，上一層與下一層之間的搭接口進(jìn)行錯(cuò)位布置，如圖3所示。

本發(fā)明所述碳纖維復(fù)合材料制件可為碳纖維復(fù)合材料椅背骨架、碳纖維復(fù)合材料扶手、碳纖維復(fù)合材料餐桌板或碳纖維復(fù)合材料裝飾板。

本發(fā)明的積極進(jìn)步效果在于：

a、模具壽命的區(qū)別

傳統(tǒng)的樹脂傳遞模塑法一般采用原模復(fù)制方法制得的frp模具，在生產(chǎn)過(guò)程中需要不斷的維修、保養(yǎng)(一般5到6模)，且外界環(huán)境和工藝溫度條件變化都易使得模具開裂、扭曲變形，從而影響其尺寸精度，綜合模具壽命超過(guò)3000～5000模實(shí)屬罕見。

本發(fā)明的環(huán)氧樹脂預(yù)浸料熱壓氣袋膨脹法采用金屬材質(zhì)模具，不但精確度高，在保證尺寸精度不受影響的情況下，模具壽命可以達(dá)到30000～50000模，且金屬模具具有再可塑性，與frp模具相比較具有較高質(zhì)量保證能力。

b、工藝固化溫度的區(qū)別

樹脂傳遞模塑法中，酚醛樹脂基碳纖維復(fù)合材料預(yù)浸料的成型固化溫度為160℃以上。本發(fā)明中，環(huán)氧樹脂基碳纖維預(yù)浸料的成型固化溫度在120℃左右。因此，本發(fā)明方法的生產(chǎn)成本顯著降低。

c、工藝可操作性的區(qū)別

碳纖維是各向異性材料，在纖維方向上的強(qiáng)度是最大的。本發(fā)明的環(huán)氧樹脂基碳纖維預(yù)浸料預(yù)先裁切成片狀、包裹芯軸獲得預(yù)型體再經(jīng)過(guò)熱壓氣袋膨脹法固化成型，可以保證設(shè)計(jì)人員纖維設(shè)計(jì)意圖與實(shí)際操作的吻合性，也可以通過(guò)有限元分析方法，對(duì)碳纖維復(fù)合材料制件的薄弱環(huán)節(jié)進(jìn)行精確的局部補(bǔ)強(qiáng)可大大節(jié)約材料，也使座椅本身的自重減輕，帶來(lái)巨大效益。

由于其分子結(jié)構(gòu)固有特性，環(huán)氧樹脂基碳纖維預(yù)浸料可以做到粘而不黏，這個(gè)特點(diǎn)是酚醛樹脂基碳纖維復(fù)合材料不具備的優(yōu)勢(shì)。由于環(huán)氧樹脂基碳纖維預(yù)浸料較好的可操作性，使形態(tài)結(jié)構(gòu)復(fù)雜的制件亦能夠成功實(shí)現(xiàn)。

d、環(huán)境保護(hù)的區(qū)別

本發(fā)明的環(huán)氧樹脂基碳纖維預(yù)浸料是基體(即樹脂)與碳纖維均勻地結(jié)合在一起的片狀材料，且黑色、無(wú)味，對(duì)人體健康無(wú)害。而樹脂傳遞模塑法所使用的樹脂與固化劑都是易揮發(fā)性的液體，在使用過(guò)程中有較多對(duì)人體有害的氣體揮發(fā)，對(duì)環(huán)境不友好。

e、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的區(qū)別

碳纖維復(fù)合材料制件的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)之一就是增強(qiáng)體與基體的致密程度，因?yàn)橹旅艹潭葲Q定了碳纖維復(fù)合材料制件的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。樹脂傳遞模塑法中，不但樹脂與固化劑反應(yīng)過(guò)程中產(chǎn)生氣體，其模具的密閉性也是產(chǎn)生氣泡很重要的因素，這二者的氣泡很難排除，直接影響碳纖維復(fù)合材料制件的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。

而本發(fā)明的環(huán)氧樹脂基碳纖維預(yù)浸料是通過(guò)精密設(shè)備(具體參見中國(guó)專利文獻(xiàn)cn201010247577)預(yù)先將基體與增強(qiáng)體均勻的混合，保證每一根增強(qiáng)體都會(huì)被基體均勻的包圍。本發(fā)明的熱壓氣袋膨脹法中固化成型時(shí)由氣袋內(nèi)的壓力可以將環(huán)氧樹脂基碳纖維預(yù)浸料層與層之間的氣泡趕出，其結(jié)構(gòu)密度更均勻、致密，碳纖維復(fù)合材料制件表現(xiàn)出優(yōu)異的物理性能即力學(xué)性能更佳優(yōu)越。

附圖說(shuō)明

圖1為現(xiàn)有技術(shù)中樹脂傳遞模塑法工藝原理圖；

圖2為本發(fā)明的熱壓氣袋膨脹法工藝原理圖；

圖3為本發(fā)明的搭接口進(jìn)行錯(cuò)位布置示意圖；

圖4為本發(fā)明的碳纖維復(fù)合材料分段預(yù)型體組裝成椅背骨架整體預(yù)型體的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為本發(fā)明的碳纖維復(fù)合材料椅背骨架的局部補(bǔ)強(qiáng)示意圖；

圖6為本發(fā)明的碳纖維復(fù)合材料扶手的局部補(bǔ)強(qiáng)示意圖；

圖7為本發(fā)明的碳纖維復(fù)合材料餐桌板的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖8為本發(fā)明的航空旅客座椅結(jié)構(gòu)圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。以下實(shí)施例將有助于本領(lǐng)域的技術(shù)人員進(jìn)一步理解本發(fā)明。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干改進(jìn)。

實(shí)施例1輕質(zhì)高強(qiáng)阻燃碳纖維復(fù)合材料椅背骨架

環(huán)氧樹脂基碳纖維預(yù)浸料中，阻燃環(huán)氧樹脂與碳纖維的質(zhì)量比為33：100。環(huán)氧樹脂基碳纖維預(yù)浸料為威海光威復(fù)合材料有限公司生產(chǎn)，其樹脂牌號(hào)為9b14，碳纖維絲束為日本東麗生產(chǎn)t700s，可膨脹氣袋材質(zhì)為尼龍66，由廈門新旺新材料有限公司生產(chǎn)。

按照包裹角度分別為±45度、0度、±30度、0度、±22.5度、0度和±45度，將裁切后的2片環(huán)氧樹脂基碳纖維預(yù)浸料疊為一層，然后逐層均勻包裹在芯軸上，共包裹7層，上一層與下一層之間的搭接口進(jìn)行錯(cuò)位布置，如圖3所示，然后抽出芯軸形成內(nèi)部中空的分段預(yù)型體。

將多個(gè)分段預(yù)型體組裝成如圖4所示的整體預(yù)型體。再如圖5所示，搭接口及椅背骨架下端用環(huán)氧樹脂基碳纖維預(yù)浸料局部補(bǔ)強(qiáng)，補(bǔ)強(qiáng)料片數(shù)量為11片，其中“1”“2”“3”處用單片環(huán)氧樹脂基碳纖維預(yù)浸料補(bǔ)強(qiáng)，“4”“5”處用用2片即一層的環(huán)氧樹脂基碳纖維預(yù)浸料進(jìn)行雙面補(bǔ)強(qiáng)，補(bǔ)強(qiáng)時(shí)的包裹角度為0度。

將可膨脹氣袋放入整體預(yù)型體的中空的內(nèi)部。再將整體預(yù)型體放入模具中，閉合模具并鎖緊，鎖緊壓力4mpa，于150℃高溫和1.2mpa氣袋內(nèi)壓下固化成型45min，形成碳纖維復(fù)合材料椅背骨架。

實(shí)施例2輕質(zhì)高強(qiáng)阻燃碳纖維復(fù)合材料扶手

環(huán)氧樹脂基碳纖維預(yù)浸料中，阻燃環(huán)氧樹脂與碳纖維的質(zhì)量比為33：100。環(huán)氧樹脂基碳纖維預(yù)浸料為威海光威復(fù)合材料有限公司生產(chǎn)，其樹脂牌號(hào)為9b14，碳纖維絲束為日本東麗生產(chǎn)t700s，可膨脹氣袋材質(zhì)為尼龍66，由廈門新旺新材料有限公司生產(chǎn)。

按照包裹角度分別為±45度、0度、±45度、0度和±45度，將裁切后的2片環(huán)氧樹脂基碳纖維預(yù)浸料疊為一層，逐層均勻包裹在芯軸上，共包裹5層，上一層與下一層之間的搭接口進(jìn)行錯(cuò)位布置，如圖3所示，然后抽出芯軸形成內(nèi)部中空的分段預(yù)型體。

多個(gè)分段預(yù)型體組裝成整體預(yù)型體。再如圖6所示，搭接口進(jìn)行局部補(bǔ)強(qiáng)?！?”處補(bǔ)強(qiáng)2層，每層的包裹角度均為0度；“6”處補(bǔ)強(qiáng)2層，包裹角度分別為±45度、0度。

將可膨脹氣袋放入整體預(yù)型體的中空的內(nèi)部。再將整體預(yù)型體放入模具中，閉合模具并鎖緊，鎖緊壓力5mpa，于150℃高溫和0.6mpa氣袋內(nèi)壓下固化成型40min，形成碳纖維復(fù)合材料扶手。

實(shí)施例3輕質(zhì)高強(qiáng)阻燃碳纖維復(fù)合材料裝飾板

環(huán)氧樹脂基碳纖維預(yù)浸料中，阻燃環(huán)氧樹脂與碳纖維的質(zhì)量比為42：100。環(huán)氧樹脂基碳纖維預(yù)浸料為威海光威復(fù)合材料有限公司生產(chǎn)，其樹脂牌號(hào)為9b14，碳纖維絲束為日本東麗生產(chǎn)t700s。

按照包裹角度分別為±45度、0度、90度和±45度，將裁切后的2片環(huán)氧樹脂基碳纖維預(yù)浸料疊為一層，逐層均勻包裹在芯軸上，共包裹4層，包裹過(guò)程中要求預(yù)浸料平順，然后抽出芯軸形成內(nèi)部中空的預(yù)型體。

將可膨脹氣袋放入預(yù)型體的中空的內(nèi)部。再將預(yù)型體放入模具中，閉合模具并鎖緊，鎖緊壓力4.5mpa，于150℃高溫和0.8mpa氣袋內(nèi)壓下固化成型40min，形成碳纖維復(fù)合材料裝飾板。成型的裝飾板毛胚需打磨去毛邊及飛刺。

實(shí)施例4輕質(zhì)高強(qiáng)阻燃碳纖維復(fù)合材料餐桌板

環(huán)氧樹脂基碳纖維預(yù)浸料中，阻燃環(huán)氧樹脂與碳纖維的質(zhì)量比為42：100。環(huán)氧樹脂基碳纖維預(yù)浸料為威海光威復(fù)合材料有限公司生產(chǎn)，其樹脂牌號(hào)為9b14，碳纖維絲束為日本東麗生產(chǎn)t700s。

按照包裹角度及順序依次分別為±45度、0度、0度和±45，將裁切后的2片環(huán)氧樹脂基碳纖維預(yù)浸料疊為一層，逐層均勻包裹在芯軸上，共包裹4層，包裹料片的過(guò)程中要求料片平順，然后抽出芯軸形成內(nèi)部中空的預(yù)型體。

將可膨脹氣袋放入預(yù)型體的中空的內(nèi)部。再將預(yù)型體放入模具中，閉合模具并鎖緊，鎖緊壓力4mpa，于135℃高溫和1.0mpa氣袋內(nèi)壓下固化成型40min，形成碳纖維復(fù)合材料餐桌板上殼。

同樣方法可以制得碳纖維復(fù)合材料餐桌板下殼。

如圖7所示，將餐桌板上殼7與下殼8通過(guò)膠合pmi泡沫9粘合起來(lái)，并膠合航空鋁航滑軌10，即可得輕質(zhì)高強(qiáng)阻燃碳纖維復(fù)合材料餐桌板。

實(shí)施例5航空旅客座椅的組裝

如圖8所示

1)將航空鋁(如為7075或6061航空鋁，密度為2.7克/厘米³)壓鑄成型的椅腿11與航空鋁(如為7075或6061航空鋁，密度為2.7克/厘米³)壓鑄成型的支架12通過(guò)鉚接或禁錮方式組配成具有一定尺寸、形態(tài)的連接體。

2)采用拉擠工藝制得的航空鋁橫梁13通過(guò)開口圓環(huán)調(diào)節(jié)其與橫梁13的鎖緊程度，并與航空鋁壓鑄成型的椅腿11安裝組配。

3)用螺栓鎖緊方式將實(shí)施例1的碳纖維復(fù)合材料椅背骨架14、實(shí)施例2的碳纖維復(fù)合材料扶手15、實(shí)施例4的碳纖維復(fù)合材料餐桌板16組裝其上得完整的座椅骨架。

4)將聚氨酯阻燃泡沫坐墊17(密度為60～75g/cm³)及聚氨酯阻燃泡沫靠背18先包裹防火布19再包裹裝飾布20后，置于座椅骨架上，并用魔術(shù)貼卷帶固定。

5)座椅側(cè)邊及座椅背后安裝實(shí)施例3的碳纖維復(fù)合材料裝飾板21得航空旅客座椅。

效果實(shí)施例1

將實(shí)施例1熱壓氣袋膨脹法制得的環(huán)氧樹脂基碳纖維復(fù)合材料椅背骨架(數(shù)量6)與現(xiàn)有的樹脂傳遞模塑法制得的環(huán)氧樹脂基碳纖維復(fù)合材料椅背骨架(數(shù)量6)的拉伸性能、彎曲性能及層間剪切強(qiáng)度分別按照gb/t3354-1999、gb/t3356-1999、gb3357-1982標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果如表1所述(所有數(shù)據(jù)均為6次數(shù)據(jù)的平均值)。

表1熱壓氣袋膨脹法與樹脂傳遞模塑法制得椅背骨架的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度對(duì)比

從測(cè)試結(jié)果中可以看出，同種材料不同工藝獲得的碳纖維復(fù)合材料制件的力學(xué)性能差別很大，采用本發(fā)明的熱壓氣袋膨脹法制得的碳纖維復(fù)合材料制件在各方面的強(qiáng)度顯著地高于樹脂傳遞模塑法。

效果實(shí)施例2

經(jīng)過(guò)稱量，本發(fā)明所得的整個(gè)航空旅客座椅重量為37.8kg，比目前市場(chǎng)上鋁合金航空旅客座椅平均減重15％～5％，經(jīng)濟(jì)效益明顯。