本發(fā)明涉及高分子材料制備技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種模擬涂覆快速成型濕法模壓工藝。

背景技術(shù)：

樹(shù)脂基復(fù)合材料是以熱固性或熱塑性樹(shù)脂為基體，以碳纖維、玻璃纖維、芳綸纖維為增強(qiáng)體的一類(lèi)材料，特別是碳纖維樹(shù)脂基復(fù)合材料，因其質(zhì)量輕、強(qiáng)度好、模量高于金屬的優(yōu)點(diǎn)，成為實(shí)現(xiàn)汽車(chē)輕量化不可或缺的材料。典型的樹(shù)脂基復(fù)合材料成型技術(shù)有手糊成型工藝、樹(shù)脂傳遞模塑工藝(rtm)、真空輔助工藝、纏繞工藝、熱壓罐工藝以及模壓工藝等，這些工藝技術(shù)最初主要應(yīng)用于軍工、航空航天等高精端領(lǐng)域，因此主要專(zhuān)注于質(zhì)量方面，成型效率低、成本高，不能滿(mǎn)足汽車(chē)部件生產(chǎn)的節(jié)拍及成本要求。近年來(lái)針對(duì)這些問(wèn)題，國(guó)外主要汽車(chē)廠商與各大供應(yīng)商展開(kāi)合作，進(jìn)行了一些技術(shù)探索，目前適合汽車(chē)部件批量化生產(chǎn)的比較有潛力的工藝方向有預(yù)浸料模壓、濕法模壓以及高壓樹(shù)脂傳遞模塑(hp-rtm)等。

濕法模壓工藝屬于液體模壓成型(lcm)工藝的一種，其特點(diǎn)在于，不采用纖維增強(qiáng)樹(shù)脂預(yù)浸料為原料，而是像濕鋪、樹(shù)脂灌注或樹(shù)脂傳遞模塑(rtm)等其他復(fù)合材料成型工藝一樣，改用干纖維和液態(tài)樹(shù)脂為原料；首先將干纖維鋪放到模具型腔中，而后采用噴涂、澆注或涂刷等方法將樹(shù)脂涂覆到干纖維表面，最后合模升溫升壓，保壓固化成型得到產(chǎn)品。因此，濕法模壓工藝無(wú)需價(jià)格昂貴的預(yù)浸料，也無(wú)需樹(shù)脂注射，工藝簡(jiǎn)單，初次投入少，成本較低；制品雙面光潔，外觀尺寸重復(fù)性好，易實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)化。

但是，在濕法模壓工藝涂覆樹(shù)脂的過(guò)程中，不可避免的會(huì)產(chǎn)生樹(shù)脂的噴濺、滴落或溢出，造成現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境較差；為了充分浸潤(rùn)干纖維，涂覆的樹(shù)脂通常是過(guò)量的，不但造成樹(shù)脂浪費(fèi)，合模時(shí)還易發(fā)生樹(shù)脂的溢出，污染模具；每一成型循環(huán)周期模具均需較低的脫模溫度升至固化溫度，而后再降至脫模溫度，升降溫幅度大，因而成型周期長(zhǎng)，效率低，能耗高。成型周期一般不低于1小時(shí)，成型效率低于金屬、塑料等汽車(chē)用材料的成型，限制了濕法模壓工藝批量成型碳纖維汽車(chē)部件。

因此，需要一種新的技術(shù)手段解決上述問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

發(fā)明目的：為了克服現(xiàn)有技術(shù)中傳統(tǒng)濕法模壓工藝生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境差、樹(shù)脂浪費(fèi)、模具污染、成型周期長(zhǎng)、效率低、能耗高、成型循環(huán)周期不低于1小時(shí)，難以滿(mǎn)足批量化程度低的軍工、航空航天行業(yè)需求以及汽車(chē)行業(yè)碳纖維部件大規(guī)模批量化生產(chǎn)需求的問(wèn)題，本發(fā)明提出了一種環(huán)境友好、高效、快速、提高生產(chǎn)效率、低碳低能耗、且成型成品質(zhì)量好的模擬涂覆快速成型濕法模壓工藝。

技術(shù)方案：為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為：一種模擬涂覆快速成型濕法模壓工藝，以干纖維織物為增強(qiáng)材料，以低粘度、快速固化、高玻璃化溫度樹(shù)脂為基體材料，其材料和設(shè)備包括：濕法模壓用壓機(jī)、自清潔不粘模具、快速加熱及快速冷卻輔助設(shè)備系統(tǒng)、自動(dòng)裁床、空壓機(jī)、涂覆操作臺(tái)、噴槍及真空泵；工藝主要包括模擬涂覆工藝、模具快速加熱和快速冷卻工藝、熱鋪放工藝、熱取件工藝以及自清潔不粘模具的自清潔工藝，具體如下：

(1)模擬涂覆工藝以及熱鋪放工藝：利用模擬軟件對(duì)自清不粘模具型腔中樹(shù)脂的動(dòng)態(tài)流動(dòng)和其對(duì)干纖維的浸潤(rùn)進(jìn)行模擬，根據(jù)模擬結(jié)果確定樹(shù)脂涂覆的位置和用量；然后進(jìn)行干纖維織物的裁剪、涂覆以及鋪疊：將用自動(dòng)裁床裁切好的干纖維織物置于涂覆操作臺(tái)上，按模擬結(jié)果用真空噴槍噴涂進(jìn)行樹(shù)脂涂覆，按照鋪層設(shè)計(jì)進(jìn)行鋪疊，將自清潔不粘模具升溫至熱鋪放溫度，轉(zhuǎn)移鋪疊好的干纖維織物至自清潔不粘模具型腔中；

(2)在線壓機(jī)內(nèi)固化成型工藝：對(duì)熱鋪放的材料進(jìn)行合模加壓并抽真空，合模后在0.4-0.8mpa的壓力下預(yù)壓實(shí)0.5-1min并同時(shí)進(jìn)行抽真空，真空度不低于-97kpa，將自清潔不粘模具快速加熱升溫至固化溫度，再將壓力升至6-20mpa熱壓成型1-1.5min，再進(jìn)行快速冷卻降溫至熱取件溫度；

(3)熱取件以及自清潔工藝：開(kāi)模取出產(chǎn)品，并轉(zhuǎn)移到冷模具中冷卻后處理，模具無(wú)需清理，同時(shí)進(jìn)行快速冷卻降溫至熱鋪放溫度，直接進(jìn)入下一周期熱鋪放工藝，其中壓機(jī)內(nèi)固化成型工藝、下一周期壓機(jī)外模擬涂覆以及熱鋪放工藝以及上一周期的產(chǎn)品冷卻后處理工藝同時(shí)進(jìn)行。

所述自清潔不粘模具基材為金屬材料制備而成，其型腔涂覆一層不粘涂層；所述不粘涂層為聚四氟乙烯、硅膠材料中的一種或兩種混合；無(wú)需涂覆脫模劑，產(chǎn)品脫模時(shí)無(wú)殘留，無(wú)需額外的模具清潔工藝；在室溫到200℃的固化溫度范圍內(nèi)，在6-20mpa的固化壓力下，在5萬(wàn)模次以?xún)?nèi)，不發(fā)生起泡、開(kāi)裂、脫落、變色等問(wèn)題。

更進(jìn)一步的，所述模擬涂覆的位置和用量，涂覆在每層之間進(jìn)行或每隔2-3層干纖維織物涂覆一次或僅在中心層涂覆，具體取決于鋪層方式、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)形狀以及樹(shù)脂種類(lèi)和粘度等，并以最優(yōu)模擬結(jié)果為準(zhǔn)。

更為優(yōu)選的，所述干纖維織物為碳纖維、玻璃纖維、芳綸纖維、其他有機(jī)或無(wú)機(jī)纖維、其他有機(jī)或無(wú)機(jī)纖維的混編物中的一種或多種混合。

更為優(yōu)選的，所述樹(shù)脂為熱固性樹(shù)脂或熱塑性樹(shù)脂；所述熱固性樹(shù)脂為環(huán)氧樹(shù)脂、酚醛樹(shù)脂、不飽和聚酯中的一種或多種混合；所述熱塑性樹(shù)脂為尼龍樹(shù)脂、聚甲醛樹(shù)脂中的一種或兩種混合。

所述熱鋪放溫度為80-120℃，為樹(shù)脂流動(dòng)性和浸潤(rùn)性最佳的溫度，所述熱取件溫度為120-160℃，無(wú)需降至60℃以下的較低溫度。

更為優(yōu)選的，所述固化溫度為室溫至200℃。

更為優(yōu)選的所述模擬軟件為ansys軟件或fibersim軟件。

更為優(yōu)選的，所述快速加熱和快速冷卻通過(guò)快速加熱及快速冷卻輔助設(shè)備系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，所述自清潔不粘模具從室溫加熱至200℃或冷卻回室溫不超過(guò)3min。

更進(jìn)一步的，所述快速加熱及快速冷卻輔助設(shè)備系統(tǒng)為熱油流道和熱油箱以及冷油流道和冷油箱；加熱時(shí)熱油流道開(kāi)啟，冷卻時(shí)冷油流道開(kāi)啟。

有益效果：本發(fā)明提供的一種模擬涂覆快速成型濕法模壓工藝，以低粘度、快速固化、高玻璃化溫度樹(shù)脂為基體材料，主要包括模擬涂覆工藝、模具快速加熱和快速冷卻工藝、熱鋪放工藝、熱取件工藝以及自清潔不粘模具的自清潔工藝；可實(shí)現(xiàn)壓機(jī)內(nèi)固化成型工藝、下一周期壓機(jī)外模擬涂覆以及熱鋪放工藝、上一周期的產(chǎn)品冷卻后處理工藝同時(shí)進(jìn)行，最終產(chǎn)品無(wú)翹曲變形。模擬涂覆確定了最佳涂覆位置和用量，有效節(jié)約了樹(shù)脂用量，合模時(shí)無(wú)樹(shù)脂溢出，無(wú)模具污染，壓機(jī)之外進(jìn)行樹(shù)脂涂覆，現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境友好，整個(gè)工藝無(wú)需預(yù)成型、涂脫模劑、模具清理步驟，以及快速加熱和冷卻設(shè)備的使用，省去了每個(gè)成型周期的模具升降溫時(shí)間，從而大幅節(jié)省了成型時(shí)間，提高了生產(chǎn)效率，減少了升降溫耗電成本，改善了成型環(huán)境，最終的成型周期最短可以控制在5min以?xún)?nèi)，成型產(chǎn)品質(zhì)量良好，可滿(mǎn)足汽車(chē)件要求和生產(chǎn)趨勢(shì)要求。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明一種模擬涂覆快速成型濕法模壓工藝流程示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明：

實(shí)施例1：

請(qǐng)參照?qǐng)D1，一種模擬涂覆快速成型濕法模壓工藝，以干纖維織物為增強(qiáng)材料，以低粘度、快速固化、高玻璃化溫度樹(shù)脂為基體材料，具體干纖維織物為單向碳纖維布，克重為250g/m²；基體材料為環(huán)氧樹(shù)脂，可在120℃下保持30min以上不凝膠不固化，固化溫度為160℃，固化時(shí)間為1min，固化后玻璃化溫度為145-155℃，其設(shè)備包括：濕法模壓用壓機(jī)、自清潔不粘模具、快速加熱及快速冷卻輔助設(shè)備系統(tǒng)、自動(dòng)裁床、空壓機(jī)、涂覆操作臺(tái)、噴槍及真空泵；工藝主要包括模擬涂覆工藝、模具快速加熱和快速冷卻工藝、熱鋪放工藝、熱取件工藝以及自清潔不粘模具的自清潔工藝，具體如下：

利用ansys軟件對(duì)樹(shù)脂在平板模具型腔中的動(dòng)態(tài)流動(dòng)和浸潤(rùn)進(jìn)行模擬，確定樹(shù)脂涂覆的位置和用量(每3層涂覆一次，距邊緣50mm范圍可不涂覆，涂覆量為每次約120g)；然后用自動(dòng)裁床裁剪單向碳纖維布(尺寸300*600mm)，在操作臺(tái)上用真空噴槍進(jìn)行涂覆樹(shù)脂并鋪疊，鋪層按照全部0°鋪疊18層，同時(shí)將模具快速加熱到120℃；將涂覆與鋪疊好的單向碳纖維布鋪放到120℃平板自清潔不粘模具型腔中；而后合模，并在0.6-0.8mpa的壓力下預(yù)壓實(shí)30-40s并抽真空，真空度不低于-97kpa；快速升溫至160℃，并在8-12mpa壓力下加壓固化1min；快速降溫至150℃，開(kāi)模熱取件；最后將碳板轉(zhuǎn)移到壓機(jī)外冷模進(jìn)行冷卻及后處理，同時(shí)自清潔不粘模具快速降溫至120℃，無(wú)需模具清理，可直接執(zhí)行下一周期熱鋪放，整個(gè)成型循環(huán)周期用時(shí)4-5min；且產(chǎn)品無(wú)翹曲無(wú)變形。

經(jīng)測(cè)試，上述成型件的基本性能為：

0°拉伸強(qiáng)度1523mpa，0°拉伸模量102gpa；

90°拉伸強(qiáng)度41mpa，90°拉伸模量6.8gpa；

0°壓縮強(qiáng)度1092mpa；

與碳纖維環(huán)氧樹(shù)脂常規(guī)濕法模壓成型復(fù)合材料性能差別不大。

實(shí)施例2：

請(qǐng)參照?qǐng)D1，一種模擬涂覆快速成型濕法模壓工藝，以干纖維織物為增強(qiáng)材料，以低粘度、快速固化、玻璃化溫度樹(shù)脂為基體材料，具體干纖維織物為單向碳纖維布，克重為250g/m²；基體材料為乙烯基樹(shù)脂，可在100℃下保持30min以上不凝膠不固化，固化溫度為130℃，固化時(shí)間為1min，固化后玻璃化溫度為120-130℃，其設(shè)備包括：濕法模壓用壓機(jī)、自清潔不粘模具、快速加熱及快速冷卻輔助設(shè)備系統(tǒng)、自動(dòng)裁床、空壓機(jī)、涂覆操作臺(tái)、噴槍及真空泵；工藝主要包括模擬涂覆工藝、模具快速加熱和快速冷卻工藝、熱鋪放工藝、熱取件工藝以及自清潔不粘模具的自清潔工藝，具體如下：

利用ansys軟件對(duì)樹(shù)脂在平板模具型腔中的動(dòng)態(tài)流動(dòng)和浸潤(rùn)進(jìn)行模擬，確定乙烯基樹(shù)脂涂覆的位置和用量(每2層涂覆一次，距邊緣40mm范圍可不涂覆，涂覆量為每次約75g)；然后用自動(dòng)裁床裁剪單向碳纖維布(尺寸300*600mm)，在操作臺(tái)上用真空噴槍進(jìn)行涂覆樹(shù)脂并鋪疊，鋪層按照[+45°/-45°]4s，同時(shí)將模具快速加熱到100℃；將涂覆與鋪疊好的單向碳纖維布鋪放到100℃平板模具型腔中；而后合模，并在0.8-1.0mpa的壓力下預(yù)壓實(shí)35-45s并抽真空，真空度不低于-97kpa；快速升溫至130℃，并在8-14mpa壓力下加壓固化1min，直接開(kāi)模熱取件；最后將碳板轉(zhuǎn)移到壓機(jī)外冷模進(jìn)行冷卻及后處理，同時(shí)自清潔不粘模具快速降溫至100℃，無(wú)需模具清理，可直接執(zhí)行下一周期熱鋪放，整個(gè)成型循環(huán)周期用時(shí)4-5min，產(chǎn)品無(wú)翹曲無(wú)變形。

經(jīng)測(cè)試，上述成型件的基本性能為：

±45°拉伸面內(nèi)剪切強(qiáng)度65mpa，±45°拉伸面內(nèi)剪切模量4.1gpa，與碳纖維乙烯基樹(shù)脂常規(guī)濕法模壓成型復(fù)合材料性能差別不大。

應(yīng)當(dāng)指出，以上具體實(shí)施方式僅用于說(shuō)明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍，在閱讀了本發(fā)明之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員對(duì)本發(fā)明的各種等價(jià)形式的修改均落于本申請(qǐng)所附權(quán)利要求所限定的范圍。