一种混杂纤维复合材料磁悬浮客车司机室外罩整体成型工艺的制作方法

本发明涉及磁悬浮列车司机室轻量化研究领域，尤其涉及一种混杂纤维复合材料磁悬浮客车司机室外罩整体成型工艺。

背景技术：

磁悬浮列车分为中低速和高速两种类型，中低速磁悬浮主要面对城市轨道交通等短途轨道交通，时速80～150公里。我国1992年在上海建成了第一条中低速磁悬浮列车。近年来，磁悬浮技术进入了快速发展阶段，在全球倡导“节能环保”理念下，即要求列车轻量化以实现更低的能耗、更强的运输能力，又能保障其运行过程的安全性和运行的较长寿命。

随着国内外先进复合材料的迅猛发展，其以质轻高强、耐腐蚀、耐疲劳、成型方便等一系列优点，在航空航天、轮船、轨道交通领域的运用呈现快速增长趋势。

因此，在磁悬浮列车司机室轻量化方面，采用碳纤和玻纤混杂复合材料面板结构，能够达到比现在的8mm玻璃钢司机室减重30%以上的效果，同时具有强度高、抗冲击性、阻燃性、疲劳性能好的优点。

技术实现要素：

本发明主要目的在于解决磁悬浮列车司机室轻量化的问题，同时满足列车司机室对强度、刚度、阻燃和抗撞击的要求，采用碳纤维和玻璃纤维混杂复合材料面板结构，能够达到比现在的8mm玻璃钢司机室减重30%以上的效果。

本发明的技术解决方案是：一种混杂纤维复合材料磁悬浮客车司机室外罩整体成型工艺，工艺具体包括如下步骤：

步骤1：组合构成上头罩和下头罩部分的五片模具；

步骤2：在组合模具内表面喷涂阻燃胶衣层；

步骤3：待阻燃胶衣层凝胶后，在所述阻燃胶衣层上手糊铺覆阻燃玻璃纤维层；

步骤4：在所述阻燃玻璃纤维层表面铺覆主结构层（玻璃纤维和碳纤维混杂层），铺设树脂导入线路，导入热固性树脂；

步骤5：进入加热固化成型工序；

步骤6：待组合模具冷却至常温，去除罩体上所有的真空辅助材料；

步骤7：运用富含无机阻燃填料的灌注树脂在罩体内表面手糊玻璃纤维层和碳纤维/芳纶混杂层；

步骤8：待固化后，组合模具分体拆开脱模；

步骤9：制品切割加工并进行表面涂装处理。

本发明的进一步改进在于：所述外罩包括上头罩和下头罩两个部分，所述上头罩和下头罩为上下分型结构并通过车钩罩板连接，所述上头罩和下头罩两个部分以分体组合模具单独制造组合而成，所述上头罩模具由两片模具组合而成，所述下头罩模具由三片模具组合而成，所述上头罩模具包括右侧面模具和正面模具，所述下头罩模具包括车钩罩板模具、左侧面模具和底面模具，所述上头罩和下头罩之间通过插接结构相互插接连接，所述组合模具装置除了定位装置及夹紧装置外，另设有安装硅橡胶密封条的方形凹槽,确保模具气密性后进行下一道工序。本发明将传统的开闭罩由左右分型改为了上下分型，上下通过插接结构完成组合，无机械连接更容易实现气动外形优化，可有效降低风阻，成型的混杂纤维复合材料车头罩比玻璃钢车头罩重量减轻30%以上，同时具有强度高、损伤容限高、缺口敏感性低，以及抗冲击性、阻燃性、耐腐蚀性、老化与疲劳性能优越的特点。

本发明的进一步改进在于：所述外罩的结构层依次为：胶衣层、阻燃玻璃纤维层、罩体主结构层、结构芯材层和碳纤维/芳纶混杂层，所述罩体主结构层为玻璃纤维和碳纤维混杂层，所述结构芯材层为手糊玻璃纤维层。

本发明的进一步改进在于：步骤4中的热固性树脂质量分数在35%~55%之间。

本发明的进一步改进在于：所述热固性树脂基体的类型可以为不饱和聚酯树脂、环氧树脂、乙烯基树脂或酚醛树脂中的一种或者两种及两种以上组合。

本发明的进一步改进在于：所使用的玻璃纤维和碳纤维混杂层可以为单向布、双轴向布、三轴向布、平纹布、缎纹布或斜纹布。

本发明的进一步改进在于：所述玻璃纤维层：碳纤维层：芳纶纤维层的重量比在（1~20）：（60~100）：（1~20）之间，所述玻璃纤维和碳纤维混杂层中的碳纤维增强树脂层与玻璃纤维增强树脂层的重量比为0.6~1.5之间，其中所述碳纤维层的含量不低于总体增强层的60%，所述玻璃纤维和碳纤维混杂层中碳纤维树脂增强层的厚度在3.0mm~4.0mm之间。

本发明的进一步改进在于：所述阻燃玻璃纤维层包覆在所述主结构层两面，起阻燃作用，单层所述阻燃玻璃纤维层的厚度在0.5mm~2mm之间，所述阻燃玻璃纤维层采用的阻燃树脂体系可以添加无机阻燃填料或有机阻燃剂。

本发明的进一步改进在于：所述阻燃玻璃纤维层使用的阻燃树脂中，可以添加无机阻燃填料或有机阻燃剂。

有益效果：

1、整体成型磁悬浮司机室外罩，简化装配工序、成型效率高、质量稳定；

2、采取vartm导入工艺，可以有效地控制制品的树脂含量，充分发挥碳纤维强度高的特点；

3、混杂纤维复合材料司机室外罩重量比铝合金材质降低50%、玻璃钢降低30%以上；

4、通过选取适用该工艺的阻燃材料，复合材料司机室外罩满足防火要求符合din5510-2《轨道车辆的防火》要求；

5、碳纤维复合材料损伤容限高、缺口敏感性低、由于自身的导电性使之具有良好的电磁屏闭性能；

6、混杂复合材料司机室外罩冲击性能达到iec13731b级，撞击性能满足uic651-2002，经受1kg铝弹260km/h、撞击角度45°不穿透；

7、制品耐腐蚀、加速老化试验后强度保留率>80%，疲劳性能优越。

附图说明

图1是本发明涉及的磁悬浮客车司机室外罩外形效果图；

图2是司机室外罩材料结构示意图；

图3真空导入体系铺设的示意图。

以上附图中：101-右侧面、102-正面、103-车钩罩板、104-左侧面、105-底面、201-胶衣层、202-阻燃玻璃纤维层、203-主结构层（玻璃纤维和碳纤维混杂层）、204-结构芯材层（手糊玻璃纤维层）、205-碳纤维/芳纶混杂层、301-真空袋膜、302-导气管、303-脱模布、304-带孔隔离膜、305-制品、306-导流层、307-抽气接口、308-导流管、309-进料口。

具体实施方式

为了加深对本发明的理解，下面将结合附图和实施例对本发明做进一步详细描述，该实施例仅用于解释本发明，并不对本发明的保护范围构成限定。

下面结合附图对一种混杂纤维复合材料磁悬浮客车司机室外罩整体成型工艺进一步详细描述：

本实施例使用vartm树脂导入整体成型基于碳纤维和玻璃纤维混杂复合材料磁悬浮客车司机室外罩的工艺。

如图所示，本实施例提供一种混杂纤维复合材料磁悬浮客车司机室外罩整体成型工艺，本发明将司机室与导流罩整体成型为司机室外罩，成型工艺具体包括如下步骤：

步骤1：组合构成上头罩和下头罩部分的五片模具；

步骤2：在组合模具内表面喷涂阻燃胶衣层，采用气动喷涂胶衣层201，为阻燃胶衣，喷涂前用丙酮调节粘度，喷涂胶衣均匀、无流挂、贫胶；

步骤3：在灌注树脂中加入一定比例无机阻燃填料后调匀，待阻燃胶衣层201凝胶后，在所述阻燃胶衣层201上手糊铺覆阻燃玻璃纤维层202，可以在增强阻燃效果的同时，在胶衣层201与碳纤维织物间起过渡和防止分层作用；

步骤4：待手糊层凝胶后，按照铺层设计顺序法在所述阻燃玻璃纤维层202表面铺覆主结构层203（玻璃纤维和碳纤维混杂层），至规定厚度为所述罩体主结构层，在与车体连接部位铺放碳纤维织物增强层、对于曲率较大处的碳纤维织物层间用喷胶预固定，其中碳纤维织物的铺放厚度和顺序可确保罩体的强度、刚度、冲击、抗撞击等力学性能；

步骤5：进入加热固化成型工序，在制品305内表面分别铺设脱模布303、带孔隔离膜304、导流网306、再设置导流管308、导气管302、抽气接口307、进料口309、用真空袋膜301包裹密封，树脂导流系统与抽气系统铺设确保导入的热固性树脂浸润整个罩体，在灌注热固性树脂中加入一定比例阻燃添加剂，运用vartm工艺导入热固性树脂，待热固性树脂浸润完整个体系后，进入加热固化工序；

步骤6：制品按固化工序制度加热固化后，待组合模具冷却至常温，去除罩体上所有的真空辅助材料；

步骤7：运用富含无机阻燃填料的灌注树脂在罩体内表面手糊玻璃纤维层和碳纤维/芳纶混杂层，确保外罩内表面的阻燃性能；

步骤8：待固化后，冷却后进行组合模具的分体拆开脱模；

步骤9：最后按照磁悬浮列车司机室外罩工程图纸对制品进行切割加工与表面涂装处理。

所述外罩包括上头罩和下头罩两个部分，所述上头罩和下头罩为上下分型结构并通过车钩罩板103连接，所述上头罩和下头罩两个部分以分体组合模具单独制造组合而成，所述上头罩模具由两片模具组合而成，所述下头罩模具由三片模具组合而成，所述上头罩模具包括右侧面101模具和正面102模具，所述下头罩模具包括车钩罩板103模具、左侧面104模具和底面模具，所述上头罩和下头罩之间通过插接结构相互插接连接，所述组合模具装置除了定位装置及夹紧装置外，另设有安装硅橡胶密封条的方形凹槽，确保模具气密性后进行下一道工序。

所述外罩的结构层依次为：胶衣层201、阻燃玻璃纤维层202、罩体主结构层203、结构芯材层204和碳纤维/芳纶混杂层205，所述罩体主结构层203为玻璃纤维和碳纤维混杂层，所述结构芯材层204为手糊玻璃纤维层。

所述热固性树脂基体的类型可以为不饱和聚酯树脂、环氧树脂、乙烯基树脂或酚醛树脂中的一种或者两种及两种以上组合，所述热固性树脂质量分数在35%~55%之间。

所使用的所述罩体主结构层203（玻璃纤维和碳纤维混杂层）可以为单向布、双轴向布、三轴向布、平纹布、缎纹布或斜纹布，所述玻璃纤维层：碳纤维层：芳纶纤维层的重量比在（1~20）：（60~100）：（1~20）之间，所述主结构层203（玻璃纤维和碳纤维混杂层）中的碳纤维增强树脂层与玻璃纤维增强树脂层的重量比为0.6~1.5之间，其中所述碳纤维层的含量不低于总体增强层的60%，所述主结构层203（玻璃纤维和碳纤维混杂层）中的碳纤维树脂增强层的厚度在3.0mm~4.0mm之间。

所述阻燃玻璃纤维层202包覆在所述主结构层203的两面，起阻燃作用，单层所述阻燃玻璃纤维层202的厚度在0.5mm~2mm之间，所述阻燃玻璃纤维层202采用的阻燃树脂体系可以添加无机阻燃填料或有机阻燃剂。

有益效果：

1、整体成型磁悬浮司机室外罩，简化装配工序、成型效率高、质量稳定；

2、采取vartm导入工艺，可以有效地控制制品的树脂含量，充分发挥碳纤维强度高的特点；

3、混杂纤维复合材料司机室外罩重量比铝合金材质降低50%、玻璃钢降低30%以上；

4、通过选取适用该工艺的阻燃材料，复合材料司机室外罩满足防火要求符合din5510-2《轨道车辆的防火》要求；

5、碳纤维复合材料损伤容限高、缺口敏感性低、由于自身的导电性使之具有良好的电磁屏闭性能；

6、混杂复合材料司机室外罩冲击性能达到iec13731b级，撞击性能满足uic651-2002，经受1kg铝弹260km/h、撞击角度45°不穿透；

7、制品耐腐蚀、加速老化试验后强度保留率>80%，疲劳性能优越。

本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。