本发明涉及高分子材料制备技术领域，尤其涉及一种碳纤维预浸料快速模压成型工艺。
背景技术：
碳纤维预浸料广泛应用于钓具、运动器材、体育用品、航空航天、交通工具等领域，尤其随着汽车工业的发展对轻量化的要求越来越高，碳纤维及其复合材料在汽车上的应用越来越广泛。碳纤维预浸料是用控制量的树脂浸渍碳纤维或其织物后形成的中间材料，碳纤维预浸料的成型不需要树脂的灌注，环境友好，预浸料成型产品树脂含量稳定，表面质量好，工艺简单；碳纤维预浸料可通过热压罐、真空辅助以及模压工艺成型复合材料产品，目前效率较高的是预浸料模压工艺。
预浸料模压成型工艺是将裁切好的预浸料按照铺层设计铺敷到金属模腔中预定型，然后转移到压机上，在一定温度和压力下固化成型，待冷却到低温后取出产品的工艺过程。和其他预浸料成型工艺相比，预浸料模压工艺生产效率较高，制品尺寸精确表面光洁，制品的外观尺寸重复性好，生产成本低，易实现机械化和自动化。
但是，现有的预浸料模压工艺需要将预浸料制成预成形体后方可模压，脱模剂的涂覆及模具的清洁耗时费力且影响环境，每一个成型周期均需要模具的充分冷却后方可脱模，导致其单个成型周期一般不低于1小时，成型效率低于金属、塑料等其他汽车用材料的成型，进而限制了碳纤维材料在汽车上的应用。
因此，需要一种新的技术手段解决上述问题。
技术实现要素：
发明目的：为了克服现有技术中碳纤维预浸料模压工艺周期长，成型效率低的问题，本发明提出了一种高效、快速、提高生产效率、低碳低能耗、且成型成品质量好的碳纤维预浸料快速模压成型工艺。
技术方案：为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为：一种碳纤维预浸料快速模压成型工艺，以碳纤维预浸料为成型材料，以预浸料模压工艺为基础，其材料和设备包括：快速固化/高玻璃化温度碳纤维预浸料、铺叠操作台、预浸料模压用压机、自清洁不粘模具、自动裁床和真空泵；主要包括热铺放工艺、热取件工艺以及自清洁不粘模具的自清洁工艺，具体如下：
(1)热铺放工艺：将自清洁不粘模具升温至固化温度，再进行预浸料的裁剪和铺叠：将用自动裁床裁切好的预浸料按照铺层设计进行铺叠，将铺叠好的预浸料转移至自清洁不沾模具型腔中进行热铺放；
(2)在线模压固化工艺：对热铺放的材料进行合模加压并抽真空，合模后在0.4-1.2mpa的压力下预压实5-30s并同时进行抽真空，真空度不低于-97kpa，再将压力升至3-20mpa热压成型0.5-1.5min，所述在线模压固化工艺与热铺放工艺同时进行；
(3)热取件以及自清洁工艺：固化成型后直接在固化温度下开模取出产品，无需降低到较低的温度(60℃以下)即可转移到冷模具中冷却后处理，模具无需清理，直接进入下一周期热铺放工艺，其中在线模压固化工艺、下一周期热铺放工艺以及上一周期的产品冷却后处理工艺同时进行，最终产品无翘曲变形。
所述自清洁不粘模具基材为金属材料制备而成，其型腔涂覆一层不粘涂层；无需涂覆脱模剂，产品脱模时无残留，无需额外的模具清洁工艺。
所述不粘涂层为聚四氟乙烯、硅胶材料中的一种或两种混合；在在室温到200℃的固化温度范围内，在3-20mpa的固化压力下，在10万模次以内，不发生起泡、开裂、脱落、变色等问题。
更为优选的，所述碳纤维预浸料的增强材料为碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维、其他有机或无机纤维、其他有机或无机纤维的混编物中的一种或多种混合。
更为优选的，所述碳纤维预浸料的基体材料为热固性树脂或热塑性树脂。
更进一步的，所述热固性树脂为环氧树脂、酚醛树脂、不饱和聚酯中的一种或多种混合。
更进一步的，所述热塑性树脂为尼龙树脂、聚甲醛树脂中的一种或两种混合。
更为优选的，所述固化温度为室温-200℃。
更进一步的，所述热铺放温度、热取件温度为80-200℃。
更为优选的，所述碳纤维预浸料为1min内可固化的预浸料。
有益效果：本发明提供的一种碳纤维预浸料快速模压成型工艺，以碳纤维预浸料为成型材料，以预浸料模压工艺为基础，可实现在线模压固化工艺、下一周期热铺放工艺以及上一周期的产品冷却后处理工艺同时进行，最终产品无翘曲变形。整个工艺无需预成型、涂脱模剂、模具清理步骤，省去了每个成型周期的模具升降温时间，从而大幅节省了成型时间，提高了生产效率，减少了升降温耗电成本，改善了成型环境，最终的成型周期最短可以控制在5min以内，成型产品质量良好，可满足汽车件要求和生产趋势要求。
附图说明
图1为本发明一种碳纤维预浸料快速模压成型工艺流程示意图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明：
实施例1：
一种碳纤维预浸料快速模压成型工艺，其中预浸料为单向碳纤维环氧树脂预浸料，固化温度150℃，在150℃下可保持20s不凝胶不固化，固化时间1min，固化后玻璃化温度140-150℃，采用平板自清洁不粘模具。所述自清洁不粘模具基材为金属材料制备而成，其型腔涂覆一层不粘涂层；无需涂覆脱模剂，产品脱模时无残留，无需额外的模具清洁工艺。所述不粘涂层为聚四氟乙烯；在室温到200℃的固化温度范围内，在3-20mpa的固化压力下，在10万模次以内，不发生起泡、开裂、脱落、变色等问题。
请参照图1，具体工艺步骤如下：打开设备将自清洁不粘模具快速加热到固化温度150℃，同时用自动裁床裁剪单向碳纤维环氧树脂预浸料，然后将裁剪好的相同面积(300*600)的单向碳纤维环氧树脂预浸料进行铺叠，并转移到平板自清洁不粘模具型腔中，铺层按照全部0°铺叠20层；闭合模具，打开真空泵抽真空，并以0.4-0.6mpa的压力进行预压实5-10s；将压力增加到8-10mpa，并保温保压0.5-1min固化成型；固化结束后，停止抽真空，打开模具直接热取件，并将其放入到冷模具中冷却，模具无需清理，直接进入下一成型周期，整个成型循环周期用时2.5-4min，且产品无翘曲无变形。
经测试，上述成型件的基本性能为：
0°拉伸强度1723mpa，0°拉伸模量124gpa；
90°拉伸强度45mpa，90°拉伸模量8.9gpa；
0°压缩强度1275mpa；
与常规碳纤维环氧树脂预浸料模压成型复合材料性能相当。
实施例2：
一种碳纤维预浸料快速模压成型工艺，其中预浸料为单向碳纤维环氧树脂预浸料，固化温度90℃，在90℃下可保持30s不凝胶不固化，固化时间1min，固化后玻璃化温度80-90℃，并采用平板自清洁不粘模具。所述自清洁不粘模具基材为金属材料制备而成，其型腔涂覆一层不粘涂层；无需涂覆脱模剂，产品脱模时无残留，无需额外的模具清洁工艺。所述不粘涂层为硅胶材料；在室温到200℃的固化温度范围内，在3-20mpa的固化压力下，在10万模次以内，不发生起泡、开裂、脱落、变色等问题。
请参照图1，具体工艺步骤如下：打开设备将自清洁不粘模具快速加热到90℃，同时用自动裁床裁剪单向碳纤维环氧树脂预浸料，然后将裁剪好的相同面积(300*600)的单向碳纤维环氧树脂预浸料进行铺叠，并转移到平板自清洁不粘模具型腔中，铺层按照[0°/90°]5s进行；闭合模具，打开真空泵抽真空，并以0.6-0.8mpa的压力进行预压实10-30s；将压力增加到10-14mpa，并保温保压0.5-1min固化成型；固化结束后，停止抽真空，打开模具直接热取件，并将其放入到冷模具中冷却，模具无需清理，直接进入下一成型周期，整个成型循环周期用时3-4min，产品无翘曲无变形。
经测试，上述成型件的基本性能为：拉伸强度873mpa，拉伸模量57gpa。
实施例3：
一种碳纤维预浸料快速模压成型工艺，其中预浸料为平纹碳纤维环氧树脂预浸料，固化温度120℃，在120℃下可保持30s不凝胶不固化，固化时间1min，固化后玻璃化温度110-120℃，并采用平板自清洁不粘模具。所述自清洁不粘模具基材为金属材料制备而成，其型腔涂覆一层不粘涂层；无需涂覆脱模剂，产品脱模时无残留，无需额外的模具清洁工艺。所述不粘涂层为聚四氟乙烯、硅胶材料两种混合；在室温到200℃的固化温度范围内，在3-20mpa的固化压力下，在10万模次以内，不发生起泡、开裂、脱落、变色等问题。
请参照图1，具体工艺步骤如下：打开设备将自清洁不粘模具快速加热到120℃，同时用自动裁床裁剪单向碳纤维环氧树脂预浸料，然后将裁剪好的10层相同面积(300*600)的平纹碳纤维环氧树脂预浸料进行铺叠，并转移到平板自清洁不粘模具型腔中；闭合模具，打开真空泵抽真空，并以0.8-1.0mpa的压力进行预压实20-30s；将压力增加到12-16mpa，并保温保压0.5-1min固化成型；固化结束后，停止抽真空，打开模具直接热取件，并将其放入到冷模具中冷却，模具无需清理，直接进入下一成型周期，整个成型循环周期用时3-4min，产品无翘曲无变形。
经测试，上述成型件的基本性能为：拉伸强度935mpa，拉伸模量63gpa。
应当指出，以上具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。