碳纤维制品的成型方法与流程

本发明涉及碳纤维成型领域，具体涉及一种碳纤维制品的成型方法。

背景技术：

碳纤维重量比铝轻，强度却高于钢，又有耐腐蚀、耐高温、模量高等优点，被称为“新兴材料之王”。目前成熟的成型工艺主要有smc、rtm、真空袋压以及热压罐等四种成型工艺。其中，大部分的制品都采用热压罐工艺。不同碳纤维制品在使用热压罐工艺时，方法与步骤类似，基本上都是按照铺叠毛坯件、制真空袋、真空检漏、工件入罐、开升温程序、加压、保温保压、降温、降压停机、工件出罐的顺序进行的，主要区别在于模具的不同以及根据制品所需性能而设定的工艺参数。

热压罐成型法投资大、成本高，热压罐接轨复杂、造价高，投资大。每次使用时不仅消耗水、电、气等能源，还需要真空袋膜、密封胶条、吸胶粘、隔离布等辅助材料，使生产成本较大幅度增加。

cn201611250618.9公开了一种用于制备碳纤维件的高压均温系统，属于碳纤维复合材料制造技术领域。该系统包括鼓风加热炉、设置在鼓风加热炉外的真空泵、设置在鼓风加热炉内的金属耐压罐、设置在鼓风加热炉外且与金属耐压罐相连通的空气压缩机；所述的金属耐压罐从外至内依次设置真空袋、呼吸布、隔离膜和模具，真空袋上设置真空嘴，真空嘴与真空泵连接。本发明的高压均温系统通过使用金属耐压罐和空气压缩机提供系统需要的气压，从而无需使用体积庞大、成本高的热压罐，实现高温高压环境下进行碳纤维材料成型；通过本发明的高压均温系统可对碳纤维产品柔性批量制造，具有低成本，灵活性高的特点。

cn201010562570.1公开了一种混编式连续纤维增强热塑性结构板材热成型方法，首先在编织机上将预浸料混编为片状或带状预浸带；将预浸带铺放在模具上并用真空袋或聚酯薄膜密封；然后升温，抽真空，保持真空负压，当温度达到热塑性树脂的熔点时保温一段时间后保压降温成型；最后拆除真空袋或聚酯薄膜，得到结构板材。用此混编方法生产的结构板材，可以将预浸料内层间的空气驱除，压力通过纤维均匀传递，避免了纤维方向上发生偏移，还可以在原有纤维增强的基础上进一步强化，大大节约了成本。

技术实现要素：

本发明的目的是为了克服现有技术存在的上述问题，提供一种碳纤维制品的成型方法，该方法制备的碳纤维制品的质量更好，成本更低。

为了实现上述目的，本发明提供了一种碳纤维制品的成型方法，其中，该方法在液压机中进行，所述液压机包括上模板、下模板和模具，所述上模板与所述下模板之间形成密闭空间，所述模具设置在所述密闭空间内且位于所述下模板上，所述上模板设置有气体加压口，所述下模板和所述模具均设置有抽真空接口，且所述下模板的抽真空接口与所述模具的抽真空接口连通；

所述方法包括：将经过预浸渍的碳纤维置于所述模具中，并铺上真空袋，通过抽真空接口对模具进行抽真空并对模具进行加热，然后通过气体加压口向所述密闭空间充入气体，并使模具继续保持真空状态。

通过上述技术方案，采用本申请的成型方法制备碳纤维制品，具有以下优势：

(1)取消了复杂的热压罐结构以及热压罐工艺，使用液压机，且该液压机具有可以开闭的密闭空间，方便取放产品。

(2)对于smc工艺，取消了模具腔的上模，只保留下模，并且可以抽真空。

(3)成品质量更好，成本更低，效率高。

(4)对于真空袋压工艺，取消了大型烤箱，能耗低。

(5)该液压机的上模板和下模板形成的密闭空间中的气体压力可以高达1.6mpa，成品质量更稳定。

附图说明

图1是碳纤维制品的成型方法的示意图；

图2是成型模具的示意图。

附图标记说明

1、主缸2、上模板3、哥林柱

4、密封件5、下模板6、真空袋

7、碳纤维8、模具本体

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

根据本发明提供了一种碳纤维制品的成型方法，其中，该方法在液压机中进行，所述液压机包括上模板、下模板和模具，所述上模板与所述下模板之间形成密闭空间，所述模具设置在所述密闭空间内且位于所述下模板上，所述上模板设置有气体加压口，所述下模板和所述模具均设置有抽真空接口，且所述下模板的抽真空接口与所述模具的抽真空接口连通；

所述方法包括：将经过预浸渍的碳纤维置于所述模具中，并铺上真空袋，通过抽真空接口对模具进行抽真空并对模具进行加热，然后通过气体加压口向所述密闭空间充入气体，并使模具继续保持真空状态。

根据本发明的方法，在将所述模具本体进行抽真空处理之后，确保真空袋安全可靠，然后，可以通过所述气体加压口向所述的密闭空间充入压力小于1.6mpa的气体，优选为1.2-1.55mpa的气体，更优选为1.48-1.52mpa的气体；此时，所述模具本体继续保持真空状态，保压，让密闭空间的气体压力(通过真空袋)作用到碳纤维上，能够使制备的碳纤维制品的质量更好，成本更低。

根据本发明的方法，所述气体可以为惰性气体，例如，所述的惰性气体可以为即氦(he)、氖(ne)、氩(ar)、氪(kr)、氙(xe)和具放射性的氡(rn)，在本发明中，优选为氩气。

根据本发明的方法，所述碳纤维可以为经过预浸渍的碳纤维片和/或经过预浸渍的碳纤维毡，优选地，所述碳纤维可以为粘胶基纤维、聚丙烯腈基碳纤维和沥青基碳纤维中的一种或多种。

根据本发明的方法，所述上模板和所述下模板之间可以设置有密封件，优选地，所述密封件为自密封形式的密封件。在本发明中，通过上模板、下模板和密封件形成密闭空间。

根据本发明的方法，所述上模板、下模板可以固定设置，也可以非固定设置，没有具体限定，例如，可以将所述下模板固定设置，所述上模板设置为可升降；或者可以将所述上模板固定设置，所述下模板设置为可升降。在本发明中，优选地，将所述下模板固定设置，所述上模板设置为可升降。

根据本发明的方法，优选地，在对模具进行抽真空的同时，可以对所述上模板和所述下模板之间形成的密闭空间进行抽真空处理。

根据本发明的方法，所述下模板上还可以设置滑台，可以在滑台滑出时铺设(放置)碳纤维。

根据本发明的方法，所述成型模具可以包括模具本体、真空袋和真空泵；其中，所述模具本体上形成有用于放置所述经过预浸渍的碳纤维的模具腔；另外，所述模具腔具有与所述碳纤维的贴合面，贴合面对所述碳纤维起着支撑作用。在本发明中，具体地，所述模具本体还包括基体部和侧壁部，所述侧壁部设置在所述基体部的外边缘且向上延伸，所述基体部与所述侧壁部之间限定出所述模具腔，模具腔近似“u”形结构，待压合材料碳纤维放入该模具腔后，会与该模具腔内表面贴合。

其中，所述真空袋可以设置在所述模具本体上，且通过采用密封结构将所述真空袋和所述模具腔密封；具体地，所述真空袋与所述模具腔的侧壁部的上表面通过密封结构密封连接。在本发明中，例如，所述密封结构可以是密封条，密封结构可保证所述真空袋和所述模具腔之间形成的空间内的密封性能良好，从而通过外部压力施加给所述真空袋，进而给所述碳纤维施加有效的压力。也就是说，所述真空袋、所述碳纤维和所述模具腔形成一个所谓“三明治”结构，或者说，将所述碳纤维设置在所述真空袋和所述模具腔之间。

其中，所述真空泵与所述真空袋可以相连且用于将所述真空袋抽真空，在抽真空的过程中，真空袋向待压合材料例如碳纤维施加一个持续的压力，并且能够使碳纤维表面整体受力均匀，从而使碳纤维更加密实，能够得到致密地组织结构，进而获得良好的力学性能。真空袋设置在模具本体上且密封模具腔。

根据本发明的方法，所述模具腔可以为仅具有下模具的模具腔，所述模具腔的底部可以设置有抽真空接口，且所述模具腔的底部的抽真空接口可以与所述液压机的下模板的抽真空接口相连。

根据本发明的方法，对所述真空袋进行抽真空的条件可以为300pa以下，优选地，真空度为100-300pa。

根据本发明的方法，对所述模具本体或者所述液压机的密闭空间进行抽真空的条件没有具体限定。

根据本发明的方法，该方法还可以包括在向所述的密闭空间充入气体之前，采用电加热装置对所述模具本体进行加热。另外，在本发明中，所述电加热装置没有具体限定，例如，所述电加热装置可以为加热片，所述加热片设置在所述贴合面上；所述电加热装置还可以为加热棒，所述加热棒内置在所述模具本体内。相比于传统的热辐射加热方式来讲，该真空袋压模具的加热效率更高、加热效果更好。

根据本发明的方法，所述电加热装置可以设置在所述模具本体上且用于对置于所述模具本体上的所述碳纤维进行加热；待压合材料例如碳纤维具有高温固化的特性，因此，通过对碳纤维进行加热，可以使碳纤维更加密实、力学性能更好。在本发明中，真空袋给碳纤维施加压力，同时，电加热装置对碳纤维直接加热，双重效果作用于碳纤维上，效果更好。

其中，所述测温装置可以用于测量所述电加热装置的加热温度，以检测该加热温度是否满足碳纤维的加热工艺要求。

其中，所述控制装置可以分别与所述测温装置和所述电加热装置相连。控制器实时监测测温装置所测得的温度，当该温度不满足目标温度时，控制器控制电加热装置调整加热温度，以使加热温度满足要求，进而加快待压合材料碳纤维的固化速度。

根据本发明的方法，对所述模具本体进行加热的条件可以为：加热温度为150至200℃；优选地，加热温度为150℃。

根据本发明的方法，所述液压机的吨位和工作台面由制品的大小决定。其中，对于大型制品，可以采取侧方放置模具的方式，这样可以减少液压机工作台面的大小。

结合附图1和2，根据本发明优选的一种碳纤维制品的成型方法的实施方式，其中，该方法包括以下步骤：

(1)将经过预浸渍的碳纤维片和/或经过预浸渍的碳纤维毡平7铺在所述模具本体8的模具腔中，并于其上设置真空袋6；将所述模具腔的底部的抽真空接口与所述液压机的下模板5的抽真空接口相连，且对真空袋进行抽真空处理，确保真空袋安装可靠；

(2)将液压机上模板2下降，与下模板形成的密闭空间把成型模具容纳起来，上下模板之间的密封件4采用自密封形式，确保封闭性，其中，所述上模板2连接在主缸1上，以及所述上模板沿着哥林柱3下降，进而与所述下模板接触，形成密闭空间；

(3)对所述成型模具均进行抽真空处理；并且，采用电加热装置对所述模具本体进行加热；优选地，对所述上模板和所述下模板之间形成的密闭空间进行抽真空处理；

(4)待成型模具和真空度达到工艺要求后，向所述密闭空间充入压力小于1.6mpa的惰性气体，成型模具继续保持真空状态；

(5)保压，让密闭空间的气体压力通过真空袋作用到碳纤维制品上，得到合格制品；

(6)泄压，液压机打开，取出成品。

采用本发明的碳纤维制品的成型方法，一方面，在制备过程中，使用液压机可以开闭的密闭空间，方便取出产品；取消了热压罐复杂的结构，以及取消了大型烤箱，能耗低；另一方面，模具腔取消了产品的上模，只保留下模，且可以抽真空，而且密闭空间提供的气体压力可以高达1.6mpa，成品质量更好，成品质量更稳定，成本更低。

以下将通过实施例对本发明进行详细描述。

实施例1

本实施例在于说明本发明的碳纤维制品的成型方法。

(1)将经过预浸渍的碳纤维片平铺在所述模具本体的模具腔中，并于其上设置真空袋；将所述模具腔的底部的抽真空接口与所述液压机的下模板的抽真空接口相连，且对真空袋进行抽真空处理，确保真空袋安装可靠；其中，真空袋的真空度为300pa；

(2)将液压机上模板下降，与下模板形成的密闭空间把成型模具容纳起来，上下模板之间的密封件采用自密封形式，确保封闭性；

(3)对所述成型模具均进行抽真空处理；并且，采用电加热装置对所述模具本体进行加热，其中，加热温度为180℃；并且，对所述上模板和所述下模板之间形成的密闭空间进行抽真空处理；其中，所述模具本体的真空度为300pa，所述密闭空间b的真空度为300pa；

(4)待成型模具和真空度达到工艺要求后，向所述密闭空间充入压力小于1.6mpa的惰性气体，成型模具继续保持真空状态；

(5)保压，让密闭空间的气体压力通过真空袋作用到碳纤维制品上，得到合格制品；

(6)泄压，液压机打开，取出成品。

结果制备的碳纤维制品s1成品质量好，成本低。

实施例2

本实施例在于说明本发明的碳纤维制品的成型方法。

按照与实施例1相同的方法制备碳纤维制品，所不同之处在于，在步骤(4)中，向所述密闭空间充入压力为1.5mpa的惰性气体。

结果制备的碳纤维制品s2成品质量好，成本低。

实施例3

本实施例在于说明本发明的碳纤维制品的成型方法。

按照与实施例1相同的方法制备碳纤维制品，所不同之处在于，在步骤(4)中，向所述密闭空间充入压力为1.25mpa的惰性气体。

结果制备的碳纤维制品s3成品质量好，成本低。

实施例4

本实施例在于说明本发明的碳纤维制品的成型方法。

按照与实施例1相同的方法制备碳纤维制品，所不同之处在于，在步骤(4)中，向所述密闭空间充入压力为1.3mpa的惰性气体。

结果制备的碳纤维制品s4成品质量好，成本低。

实施例5

本实施例在于说明本发明的碳纤维制品的成型方法。

按照与实施例1相同的方法制备碳纤维制品，所不同之处在于，在步骤(3)中，没有对所述上模板和所述下模板之间形成的密闭空间进行抽真空处理；

结果制备的碳纤维制品s5成品质量好，成本低。

对比例1

按照与实施例1相同的方法制备碳纤维制品，所不同之处在于，对比例中仅仅采用了成型模具制备碳纤维制品，即，没有采用液压机，具体地，该方法包括以下步骤：

(1)将经过预浸渍的碳纤维片平铺在所述模具本体的模具腔中，并于其上设置真空袋；且对真空袋进行抽真空处理，确保真空袋安装可靠；其中，真空袋的真空度为300pa；

(2)对所述成型模具进行抽真空处理；并且，采用电加热装置对所述模具本体进行加热，其中，加热温度为180℃；其中，所述模具本体的真空度为300pa；

(3)待成型模具和真空度达到工艺要求后，成型模具继续保持真空状态；

(4)保压，让真空袋作用到碳纤维制品上，得到制品；

(5)泄压，取出成品。

结果制备的碳纤维制品ds1成品质量部好，成本高。

通过以上实施例和对比例的结果可以看出：采用本申请的成型方法制备碳纤维制品，具有的优点为：(a)使用液压机，且该液压机具有可以开闭的密闭空间，方便取放产品。(b)取消了模具腔的上模，只保留下模，并且可以抽真空，成品质量更好，成本更低。(c)该液压机的上模板和下模板形成的密闭空间中的气体压力可以高达1.6mpa，成品质量更稳定。

以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合，这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。