一种台阶型碳纤维粘结体成型用模具及其使用方法与流程

本发明属于无机非金属材料成型技术领域，涉及一种台阶型碳纤维粘结体成型用模具及其使用方法。

背景技术

碳纤维是一种新型无机非金属材料，碳含量不低于90％，其形态呈纤维状。碳纤维具有密度低、强度高、耐高温、耐腐蚀、热膨胀系数小，电阻率低等众多极佳的物化性能。但碳纤维柔软松散，为充分发挥其性能，可在碳纤维中加入少量的树脂，通过树脂将纤维材料粘结成一个整体，实现纤维、树脂材料间的协同效应，制成碳纤维粘结体，该粘结体通过后续处理，可制成强度和性能优良的隔热材料、多孔材料和电极等。

在碳纤维粘结体制备过程中，首先需要利用模具进行加压成型；而在某些应用场合，为了便于安装、配合其余零部件工作，需制成台阶型碳纤维粘结体，但在实际生产中发现，台阶型碳纤维粘结体成型合格率较低。其成型不合格的特征有：(1)成型过程中，少量碳纤维会逸出，树脂流动性差，成型过程阻力大，需要使用液压加力，存在安全隐患；(2)台阶型碳纤维粘结体与模具内壁粘接力大，取出时，需要不断敲击，粘结体容易损坏；(3)台阶部位有缺陷，成型不完整。分析其原因是模具设计不合理所导致；其中成型阻力大，部分碳纤维会逸出，是因为多余树脂排除孔的位置、结构和尺寸不合理。粘结体取出时容易损坏，是模具材质和脱模方式不正确所致。

技术实现要素：

为克服现有技术中的不足，本发明提供了一种台阶型碳纤维粘结体成型用模具及其使用方法，该模具结构紧凑合理，可保证台阶型碳纤维粘结体成型完整，使用方便，安全可靠。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种台阶型碳纤维粘结体成型用模具，包括上模1、下模2、底座3和锁紧部分4。上模1与下模2相配合，下模2置于底座3上，锁紧部分4将上模1与下模2锁紧。

所述的上模1包括上模固定板1-1、圆柱压头1-2和垫块1-3，上模固定板1-1设于圆柱压头1-2上方，垫块1-3置于圆柱压头1-2下部。所述的圆柱压头1-2直径略小于成型腔体2-1内径。所述的上模固定板1-1为圆柱体结构，其中心设有一圆柱体凸起，用于成型过程中的限位和脱模，所述的圆柱体结构大于成型腔体2-1内径，圆柱体凸起外径小于成型腔体2-1内径。

所述的下模2包括成型腔体2-1、筒状结构2-2和下模固定板2-3。所述的筒状结构2-2与成型腔体2-1过盈配合，套接于成型腔体2-1外侧，对其进行约束；所述的下模固定板2-3安装于筒状结构2-2下端面。所述的成型腔体2-1用于台阶型碳纤维粘结体5的成型，成型腔体2-1内部体积应足够大，其目的是使得台阶型碳纤维粘结体5可一次性定型，避免多次加入材料导致分层现象的产生。所述的筒状结构2-2下端设置一阶梯2-4，该阶梯2-4用于对成型腔体2-1轴向进行约束，防止台阶型碳纤维粘结体5成型过程中，成型腔体2-1从筒状结构2-2中脱落。

所述圆柱压头1-2、垫块1-3与成型腔体2-1的筒壁之间留有间隙，间隙的大小可根据碳纤维的长度进行设计。所述的上模固定板1-1、下模固定板2-3、下模2与下模固定板2-3连接端圆周方向均布有通孔，通孔的直径和数量可根据碳纤维的长度进行调整，但通孔在结构上需对称布置。所述间隙与通孔的作用是，在台阶型碳纤维粘结体5成型过程中，增大树脂的流动性，减小成型压力。

所述的底座3起支撑作用，底座3的下端面均布凹槽，成型过程中，流出的树脂可从凹槽部位排出，防止多次成型后树脂会堆积在底座内部。底座3的高度大于台阶型碳纤维粘结体5的厚度，方便成型后进行脱模。

所述的成型腔体2-1材质为不粘附任何物质的聚四氟乙烯，需精密加工成型，但聚四氟乙烯制成的成型腔体2-1强度较低，在模具加压过程中容易变形，因此设计筒状结构2-2对其进行约束。所述的筒状结构2-2的材质为不锈钢。所述的圆柱压头1-2的材质为不锈钢；所述的垫块1-3的材质为聚四氟乙烯。

一种台阶型碳纤维粘结体成型用模具的使用方法，包括以下步骤：

第一步，清洗模具并干燥；将下模2放于底座3上，材料装入下模2的成型腔体2-1中，随后将垫块1-3放入成型腔体2-1内部，位于材料上方，安装上模1；

第二步，在上模固定板1-1上施加连续均匀的压力，压至上模固定板1-1圆柱体结构底端与下模2顶端接触后，利用锁紧部分将上模1和下模2锁紧，材料成型。

第三步，材料成型后，卸掉锁紧部分4、上模1和下模固定板2-3；将上模固定板1-1倒置安装于圆柱压头1-2上，手动施压上模固定板1-1，上模固定板1-1的中心凸起部分进入成型腔体2-1内部，完成脱模，得到台阶型碳纤维粘结体5。

本发明的有益效果为：

(1)本发明的模具合理设置有间隙和通孔，在台阶型碳纤维粘结体成型过程中，无碳纤维逸出，树脂的流动性好，成型阻力小，上模向下运动顺畅，安全可靠。

(2)下模采用聚四氟乙烯和不锈钢筒状结构的复合结构，底座的长度大于粘结体的厚度，脱模阻力小，脱模方便，通过该模具制备的台阶型碳纤维粘结体成型完整。

附图说明

图1是模具整体结构图；

图2是成型前模具截面图。

图3是成型后模具截面图；

图4是上模结构图；

图5是上模固定板；

图6是成型腔体；

图7是筒状结构；

图8是下模固定板；

图9是底座。

图中：1上模；1-1上模固定板；1-2圆柱压头；1-3垫块；2下模；2-1成型腔体；2-2筒状结构；2-3下模固定板；3底座；4锁紧部分；5台阶型碳纤维粘结体。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步详述，但不是对本发明的限定。

一种台阶型碳纤维粘结体成型用模具。包括上模1、下模2、底座3和锁紧部分4组成。

上模1与下模2相配合，下模2置于底座3上。锁紧部分4将上模1与下模2锁紧。

上模由上模固定板1-1、圆柱压头1-2和垫块1-3组成，上模固定板1-1和圆柱压头1-2通过螺钉连接，垫块1-3置于圆柱压头1-2下部。

所述上模固定板1-1为阶梯形，上模固定板1-1两端皆可与圆柱压头1-2通过螺钉连接，一端的外径大于成型腔体2-1内径，另一端的外径小于成型腔体2-1内径；用于成型过程中的限位和脱模。

下模2由成型腔体2-1、筒状结构2-2和下模固定板2-3组成。筒状结构2-2与成型腔体2-1过盈配合，下模固定板2-3安装于筒状结构2-2下端面。

成型腔体2-1用于台阶型碳纤维粘结体5的成型，成型腔体2-1需精密加工或者高精度3d打印而成。筒状结构2-2的材质为不锈钢，需精加工成型。所述筒状结构2-2下端设置一阶梯2-4，该阶梯2-4用于对成型腔体2-1轴向进行约束，以防台阶型碳纤维粘结体5成型过程中，成型腔体2-1从筒状结构2-2中脱落。所述成型腔体2-1材质为不粘附任何物质的聚四氟乙烯；但聚四氟乙烯制成的成型腔体2-1强度较低，在模具加压过程中容易变形，因此设计筒状结构2-2对其进行约束。

所述成型腔体2-1内部体积应足够大，其目的是使得台阶型碳纤维粘结体5可一次性定型，避免多次加入材料导致分层现象的产生。

所述圆柱压头1-2、垫块1-3和成型腔体2-1之间有间隙，间隙的大小可根据碳纤维的长度进行设计。圆柱压头1-2的材质为不锈钢；垫块1-3的材质为聚四氟乙烯。上模固定板1-1、下模固定板2-3、下模2与下模固定板2-3连接端圆周方向亦均布有通孔，通孔的直径和数量可根据碳纤维的长度进行调整，但通孔在结构上需对称布置。所述间隙与通孔的作用是，在台阶型碳纤维粘结体5成型过程中，增大树脂的流动性，减小成型压力。

底座3起支撑作用。底座3的下端面均布有凹槽，成型过程中，流出的树脂可从凹槽部位排出，防止多次成型后树脂会堆积在底座内部。底座3的高度应大于台阶型碳纤维粘结体5的厚度，以方便成型后的脱模。

本发明的工作原理为：清洗模具并干燥，将下模2放于底座3上；把材料装入下模2的成型腔体2-1中；随后将垫块1-3放入成型腔体2-1内部，装入上模1；在上模固定板2-1上施加连续均匀的压力；压至上模固定板2-1与下模2接触后，利用锁紧部分将上模1和下模2锁紧；

成型后，卸掉锁紧部分4、上模1和下模固定板2-3；将上模固定板1-1倒置安装于圆柱压头1-2上，将圆柱压头1-2放入成型腔体2-1内部，手动施压即可完成脱模，得到台阶型碳纤维粘结体5。

以上所述实施例仅表达本发明的实施方式，但并不能因此而理解为对本发明专利的范围的限制，应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些均属于本发明的保护范围。