一种降低碳纤维复合材料机加工成本的方法与流程

本发明涉及碳纤维材料加工技术领域，特别涉及一种降低碳纤维复合材料机加工成本的方法。

背景技术：

碳纤维复合材料是由有机纤维经过一系列热处理转化而成，含碳量高于90％的无机高性能纤维，是一种力学性能优异的新材料，具有碳材料的固有本性特征，又兼备纺织纤维的柔软可加工性，是新一代增强纤维，碳纤维主要是由碳元素组成的一种特种纤维，其含碳量随种类不同而异，一般在90％以上。碳纤维具有一般碳素材料的特性，如耐高温、耐摩擦、导电、导热及耐腐蚀等，但与一般碳素材料不同的是，其外形有显著的各向异性、柔软、可加工成各种织物，沿纤维轴方向表现出很高的强度。碳纤维比重小，因此有很高的比强度，碳纤维是由含碳量较高，在热处理过程中不熔融的人造化学纤维，经热稳定氧化处理、碳化处理及石墨化等工艺制成的，碳纤维是一种力学性能优异的新材料，它的比重不到钢的1/4，碳纤维树脂复合材料抗拉强度一般都在3500mpa以上，是钢的7～9倍，抗拉弹性模量为23000～43000mpa亦高于钢。因此cfrp的比强度即材料的强度与其密度之比可达到2000mpa/(g/cm3)以上，而a3钢的比强度仅为59mpa/(g/cm3)左右，其比模量也比钢高。

碳纤维复合材料在工业领域，用于替代金属结构，实现结构轻量化方面有很大的优势。但高的材料和制造成本，也是限制其应用的一个因素。不同于注塑件或者钣金冲压件，碳纤维复合材料在成型之后，还需要通过机加工序，进行钻孔及机加边界，达到最终的产品状态。由于碳纤维本身的材料特性，对机加的刀具要求较高，且机加过程对刀具磨损很大，另一方面，机加粉尘对人体伤害比较大，由此造成碳纤维机加成本较高，且增加了碳纤维加工周期。

技术实现要素：

本发明的主要目的在于提供一种降低碳纤维复合材料机加工成本的方法，可以有效解决背景技术中的问题。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种降低碳纤维复合材料机加工成本的方法，包括以下步骤：

(1)将碳纤维复合材料裁剪成零件的形状，其中，在零件非主要承载区域，且需要进行机加工形成零件净尺寸的边界，采用玻璃纤维复合材料；

(2)在模具中预先铺好脱模布，然后将炭纤维复合材料按次序叠放好后放入模具中；

(3)在待通过铺覆玻璃纤维来降低机加工成本的边界区域附件时，局部区域铺放连续玻璃纤维替代碳纤维，其中，玻璃纤维和碳纤维可存在一定的交叠区域，以确保两个区域界面可靠；

(4)闭合模具，采用真空泵对闭合模具内抽真空，对模具模腔抽真空，同时在模具浇口处注入树脂；

(5)待树脂完全浸润玻璃纤维和碳纤维后，关闭模具浇口，继续保持模腔抽真空状态。

(6)通过模具内置加热棒对模具进行恒温加热30～60分钟；

(7)打开模具，取出制件。

优选的，所述步骤(2)中采用的模具为预浸料模压双面模具，采用双面模模压方式成型时，可以通过在待降低机加成本的边界，铺放短切碳纤维，直接形成零件的净尺寸。

优选的，所述步骤(4)中所采用的真空泵的型号为faa8006型小型真空泵。

优选的，所述步骤(4)中采用的树脂为环氧树脂和固定剂的混合物，且环氧树脂和固化剂的摩尔比为1/4。

优选的，所述步骤(6)的加热温度为180℃—200℃。

优选的，所述步骤(2)中还可以通过在待降低机加成本的边界，铺放短短切玻璃纤维，直接形成零件的净尺寸。

优选的，所述短切碳纤维是由碳纤维长丝经纤维切断机短切而成，每一根碳纤维由数千条更微小的碳纤维所组成，直径大约5μm～8μm，短切碳纤维的密度为1750kg/m3。

优选的，所述玻璃纤维抗拉强度在标准状态下为6.3～6.9g/d，湿润状态5.4～5.8g/d。密度2.54g/cm3。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

(1)本发明，通过在碳纤维复合材料层合板结构，周边需要机加的非承力区域，采用连续玻璃纤维增强复合材料或短切玻璃纤维复合材料，由于玻璃纤维机加更为容易，对刀具的磨损小，从而相比于碳纤维可一定程度降低机加成本。

(2)本发明，采用短切玻璃纤维或碳纤维增强复合材料，采用预浸料模压等双面模具成型时，可直接净尺寸成型，可直接省去机加切边工序，从而实现了降低机加成本。

附图说明

图1为本发明一种降低碳纤维复合材料机加工成本的方法结构图。

具体实施方式

为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。

参照图1，一种降低碳纤维复合材料机加工成本的方法，包括以下步骤：

(1)将碳纤维复合材料裁剪成零件的形状，其中，在零件非主要承载区域，且需要进行机加工形成零件净尺寸的边界，采用玻璃纤维复合材料；

(2)在模具中预先铺好脱模布，然后将炭纤维复合材料按次序叠放好后放入模具中；

(3)在待通过铺覆玻璃纤维来降低机加工成本的边界区域附件时，局部区域铺放连续玻璃纤维替代碳纤维，其中，玻璃纤维和碳纤维可存在一定的交叠区域，以确保两个区域界面可靠；

(4)闭合模具，采用真空泵对闭合模具内抽真空，对模具模腔抽真空，同时在模具浇口处注入树脂；

(5)待树脂完全浸润玻璃纤维和碳纤维后，关闭模具浇口，继续保持模腔抽真空状态。

(6)通过模具内置加热棒对模具进行恒温加热30～60分钟；

(7)打开模具，取出制件。

步骤(2)中采用的模具为预浸料模压双面模具，采用双面模模压方式成型时，可以通过在待降低机加成本的边界，铺放短切碳纤维，直接形成零件的净尺寸，省去相应的零件边界的机加环节，步骤(4)中所采用的真空泵的型号为faa8006型小型真空泵，步骤(4)中采用的树脂为环氧树脂和固定剂的混合物，且环氧树脂和固化剂的摩尔比为1/4，步骤(6)的加热温度为180℃—200℃，步骤(2)中还可以通过在待降低机加成本的边界，铺放短短切玻璃纤维，直接形成零件的净尺寸。

短切碳纤维是由碳纤维长丝经纤维切断机短切而成，每一根碳纤维由数千条更微小的碳纤维所组成，直径大约5μm～8μm，短切碳纤维的密度为1750kg/m3，玻璃纤维抗拉强度在标准状态下为6.3～6.9g/d，湿润状态5.4～5.8g/d。密度2.54g/cm3。

本发明申请中，在结构设计时，在非主要承载区域，且需要进行机加形成零件净尺寸的边界，采用用玻璃纤维复合材料，零件成型时，在待通过铺覆玻璃纤维来降低机加成本的边界区域附件，局部区域铺放连续玻璃纤维替代碳纤维，玻纤和碳纤维可存在一定的交叠区域，以确保两个区域界面可靠，当采用双面模模压方式成型时，可以通过在待降低机加成本的边界，铺放短切碳纤维或短切玻璃纤维，直接形成零件的净尺寸，省去相应的零件边界的机加环节。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。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。