一種輕型碳纖維車廂的整體成型工藝的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種車廂成型工藝，具體涉及一種輕型碳纖維車廂的整體成型工藝。
【背景技術(shù)】
[0002]目前輕型復(fù)合材料車廂的整體成型工藝主要有熱壓罐成型、RTM、手糊工藝等。
[0003]1、熱壓罐工藝:通過制備預(yù)浸料、下料裁剪、鋪疊、固化成型得到成品，主要用于航空、航天等聞端廣品上。
[0004]2、RTM成型:通過制備預(yù)成形體、裝模、導(dǎo)入樹脂、固化成型等得到成品，主要用于航空、航天、汽車與建筑行業(yè)中。
3、手糊成型:手工將增強(qiáng)纖維、樹脂逐層涂敷在模具表面，直至達(dá)到所需的厚度(同時可以預(yù)埋骨架)，然后固化成型、脫模得到所需制件。該工藝方法是目前最基本、應(yīng)用最廣泛的一種工藝方法。
[0005]對于長、寬、高尺寸較大的垂直壁廂體(模具尺寸5mX3.2mX2.3 m)的整體成型，上述工藝方法的缺陷主要有如下幾點:
1、熱壓罐工藝受限于設(shè)備尺寸，能夠滿足中型廂體(4米)整體成型的熱壓罐體型大、運(yùn)行能耗大、使用成本非常高；此外該工藝對模具的強(qiáng)度、剛度要求也非常高(通常為鋼模)，工藝過程復(fù)雜。一般該工藝主要應(yīng)用航空、航天領(lǐng)域，對于地面機(jī)動裝備其成本均難以承受；
2、RTM工藝受限于模具，一般需要對模(硬模和軟模的組合)，工藝過程較為復(fù)雜，成型件的樹脂含量較高，重量較重；此外該工藝對模具的材質(zhì)和密封性能要求高、成本也較大；
3、手糊工藝主要受限于產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性，制作出的成品存在纖維層間空隙率大、樹脂含量高、表面不均勻等問題；此外該工藝方法作業(yè)環(huán)境較差，存在安全生產(chǎn)隱患。
[0006]目前采用上述工藝所制得的輕型碳纖維車廂綜合性能欠佳。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明克服了現(xiàn)有技術(shù)中的不足，在于提供一種綜合性能好、重量輕、成本低的輕型碳纖維車廂的整體成型工藝。
[0008]本發(fā)明的具體技術(shù)方案如下:
一種輕型碳纖維車廂的整體成型工藝，包括如下步驟:
(1)模具的組合裝配
所述模具包括底模、四個側(cè)模，底模和四個側(cè)?？刹鹦兜膰梢粋€頂部開口的矩形空腔，依次將底模和四個側(cè)模放好后鎖定模具，模具角落交接處采用密封膠帶密封；
(2)工藝鋪層
先在模具的側(cè)模的內(nèi)側(cè)壁上依次鋪設(shè)表面租、±45°碳纖維布、0/90°碳纖維布、±45°芳絕纖維布、0/90°芳絕纖維布、輕木、±45°芳絕纖維布、0/90°碳纖維布、脫模布、隔離膜，并在輕木上預(yù)留埋鐵； 模具的側(cè)模鋪完后，將底模的表面清潔打蠟，自下而上依次鋪設(shè)表面氈、±45°碳纖維布、0/90°碳纖維布、±45°芳綸纖維布、0/90°芳綸纖維布、輕木、±45°芳綸纖維布、0/90°碳纖維布、脫模布、隔離膜；
(3)導(dǎo)流網(wǎng)、螺旋管的布設(shè)
在側(cè)模和底模的隔離膜上均鋪設(shè)一層導(dǎo)流網(wǎng)，側(cè)模上鋪設(shè)導(dǎo)流網(wǎng)時，用密封膠帶將導(dǎo)流網(wǎng)固定在模壁上；在導(dǎo)流網(wǎng)上鋪設(shè)螺旋管，底模和各個側(cè)模上均分別鋪設(shè)3條平行的螺旋管，每個螺旋管上用脫模布包裹好作為內(nèi)進(jìn)膠管，然后在側(cè)模內(nèi)側(cè)的四周鋪設(shè)內(nèi)抽氣管；
(4)模具的密封
用真空袋從模具開口處將模具內(nèi)側(cè)及開口處整個包裹起來，內(nèi)抽氣管通過管道與真空泵相連，對連接處進(jìn)行密封；然后進(jìn)行抽真空，接著將內(nèi)進(jìn)膠管通過管道與樹脂桶連接開始導(dǎo)流樹脂膠；
(5)導(dǎo)流工序
通過內(nèi)進(jìn)膠管先將樹脂膠導(dǎo)流至底模，底模先導(dǎo)流中間，再導(dǎo)流兩側(cè)，導(dǎo)流完后導(dǎo)流側(cè)模；當(dāng)?shù)啄Ｖ虚g內(nèi)進(jìn)膠管中的樹脂膠要浸沒到兩側(cè)內(nèi)進(jìn)膠管脫模布的邊緣時，關(guān)閉中間內(nèi)進(jìn)膠管口，導(dǎo)流兩側(cè)內(nèi)進(jìn)膠管，當(dāng)?shù)啄＝竿耆珪r，關(guān)閉底模上的所有內(nèi)進(jìn)膠管口 ；側(cè)模的內(nèi)進(jìn)膠管要從下、中、上依次導(dǎo)流，當(dāng)樹脂膠浸透整個側(cè)模時，停止導(dǎo)流；然后于50°C下固化4-6小時，接著于80°C下固化8-12小時，冷卻，脫模，得到輕型碳纖維廂體。
[0009]步驟(I)中，所述底模和其中一個側(cè)模固定連接形成定模，其余三個側(cè)模為動模；當(dāng)三塊動模打開后，則產(chǎn)品可從模具中脫離。
[0010]在模具的四個側(cè)模內(nèi)壁上依次鋪設(shè)表面氈、、±45°碳纖維布、0/90°碳纖維布、±45°芳綸纖維布、0/90°芳綸纖維布、輕木、±45°芳綸纖維布、0/90°碳纖維布時，側(cè)模四周下邊緣每層都要錯位搭接5cm，門和孔口處鋪到模具臺階上3cm。
[0011]步驟(4)中，抽真空到-0.090 MPa、5min壓力下降不超過10%時,開始導(dǎo)流樹脂膠。
[0012]所述樹脂膠可以采用本領(lǐng)域內(nèi)常用的樹脂膠，優(yōu)選的所述樹脂膠由上海派信復(fù)合材料有限公司的NiroCell ML3564與上海派信復(fù)合材料有限公司的NiroCell ML 3962按質(zhì)量比為4:1組成。采了上述高強(qiáng)、低溫固化的環(huán)氧樹脂，縮短了成型時間，簡化了工藝流程，改善了作業(yè)環(huán)境。
[0013]本發(fā)明和現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點:
(1)采用碳纖維布和芳綸纖維布兩種材料，通過混合鋪層，不僅提高了車廂箱體的強(qiáng)度、剛度，同時具備良好的韌性，提高了抗沖擊的性能，實現(xiàn)了功能性的互補(bǔ)；另外芯材輕木比重小、強(qiáng)度優(yōu)異，進(jìn)一步實現(xiàn)了箱體的輕量化；
(2)采用多軸向(0/90°和±45°)鋪層設(shè)計進(jìn)一步避免了雙軸向纖維鋪層設(shè)計在力學(xué)性能上的不足，同時纖維更加緊實以及層狀結(jié)構(gòu)給樹脂膠的浸透提供了良好的流動路徑，提高了纖維的含量；
(3)采用多種手段(采用密封膠帶密封，外邊緣接縫處、連接處密封，真空袋密封)提高模具密封性能，使得樹脂在大模具中能夠快速均勻的分散；
(4)合理的導(dǎo)流網(wǎng)、螺旋管布設(shè)和導(dǎo)流工序避免了艙體四周和底部結(jié)合處的空隙，使得樹脂膠在模具的側(cè)模上自下而上逐層浸透，管口兩端的緩沖區(qū)域使得膠水從纖維增強(qiáng)層的縱向逐級浸透，這樣可以避免鋪層中形成短路，防止產(chǎn)生“干斑”或未浸透的現(xiàn)象，降低了材料層中的空隙率，進(jìn)一步保障了艙體的整體剛強(qiáng)度。
【具體實施方式】
[0014]以下結(jié)合實施例進(jìn)一步說明本發(fā)明。
[0015]實施例中使用的樹脂膠由上海派信復(fù)合材料有限公司的NiroCelI ML3564與上海派信復(fù)合材料有限公司的NiroCell M