一种复合材料箱及其制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种箱包及其制作方法，特别是一种复合材料箱及其制作方法。
【背景技术】
[0002]目前传统的储物箱、箱包等壳体材料主要采用金属材料和PVC、ABS、PC等工程塑料，在一些特殊的应用场合，该类材料的强度和模量往往无法满足要求。碳纤维具有极高的比强度和比模量，利用碳纤维复合材料替代金属等材料既满足了强度要求，同时可以实现减重。开发碳纤维复合材料箱，既可以作为航空运输中重要的储存和载重物，同时也可应用于工业和民用领域，例如易爆危险品的储存运输、贵重物品的储物箱以及高档箱包的壳体等。
[0003]复合材料箱的结构一般分为箱盖和箱体两部分。授权公告号为CN102551292A的中国发明专利中公开了一种碳纤维箱包的制作方法，该方法将碳纤维预浸料布按照箱包六面体和箱盖的展开图进行剪裁落料，然后通过模压成型，制备了碳纤维复合材料箱包。但是该类传统的复合材料箱通常只采用单一的碳纤维增强材料，箱盖和箱体的棱角曲面位置由于弯折角度大，碳纤维或其织物通常会受到较强的拉伸、挤压或弯折等作用，导致复合材料箱的棱角出现明显的缺陷，强度和抗冲击性能明显下降，同时影响了制品的外观质量。授权公告号为CN104626608A的中国发明专利公开了一种轻型碳纤维携行箱整体成型工艺，其明显减轻了箱子的重量，但其箱盖和箱体采用围框结合在一起，整体结构强度较低。目前复合材料箱的连接处主要采用丁卯的金属框架连接或者皮革或化纤布等缝边的拉链连接，但是这些连接方式通常会明显降低复合材料箱的整体结构强度。
【发明内容】
[0004]本发明就是为了解决现有箱包结构强度低、抗冲击韧性差和结构复杂的技术问题，提供一种结构强度高、抗冲击弯曲韧性好和结构简单的复合材料箱及其制作方法。
[0005]为此，本发明提供一种复合材料箱，其设有箱体和箱盖，箱体和箱盖均设有开口和棱角，箱体和箱盖内侧均设有碳纤维织物预浸料铺层，棱角处设有棱角铺层，棱角铺层底层为有机高分子纤维预浸料，中间层为I?5层碳纤维织物预浸料，上层为有机高分子纤维预浸料，箱盖的开口边缘设有凸起，箱体的开口边缘设有凹槽，凸起与凹槽相配合。
[0006]优选地，碳纤维织物预浸料为聚氨酯改性环氧树脂、橡胶增韧环氧树脂或热塑性塑料增韧环氧树脂制备的预浸料;碳纤维织物预浸料为单向碳纤维预浸料、碳纤维织物或者碳纤维和其它纤维的混编织物制备的预浸料中的一种或几种的组合。
[0007]优选地，有机高分子纤维为芳纶纤维、超高分子量聚乙烯纤维、聚对苯撑苯并双噁唑纤维、聚对苯并咪唑纤维、聚苯撑吡啶并二咪唑纤维、聚酰亚胺纤维及其织物中的一种或几种的组合。
[0008]本发明同时还提供了上述复合材料箱的制作方法，其制作步骤如下:
[0009](I)设计模具:
[0010]根据所要制作的复合材料箱的尺寸，设计加工其箱盖和箱体的模具，两个模具的开口边缘分别设有凸起或凹槽;箱盖和箱体的模具均设有四个棱角，设计加工与模具的四个棱角相配合的、能够覆盖棱角曲面的内模具；
[0011](2)工艺铺层:
[0012]先在箱体模具的内侧铺放一层碳纤维织物预浸料，将棱角内模具安装在箱体模具棱角处，然后沿着棱角内模具的边缘将棱角曲面部分的碳纤维织物预浸料切割掉，然后取下内模具;将剪裁好的有机高分子预浸料铺贴在棱角缺口处，继续铺放I?5层碳纤维织物预浸料，并在最外层再铺放一层有机高分子纤维预浸料，最后铺放脱模布和导流网;箱盖模具的处理同箱体模具相同；
[0013](3)固化成型、脱模:
[0014]将铺放好预浸料的箱体和箱盖模具用真空袋密封并抽真空，然后放置在热压罐中加热加压固化成型，经过冷却、脱模得到复合材料箱的箱盖和箱体;最后在箱盖和箱体上打孔，安装合页和锁等部件，可以得到完整的复合材料箱包制品。
[0015]优选地，步骤(2)中剪裁好的有机高分子纤维预浸料外形与棱角曲面缺口的外形吻合，尺寸与棱角曲面缺口的尺寸相同或稍大。
[0016]相对于传统的复合材料箱，本发明的复合材料箱体显著改善了棱角曲面处纤维的弯折变形，提高了箱体棱角的结构强度和抗冲击韧性。采用增韧的树脂基体制备的预浸料作为复合材料箱的主体材料，并在铺层中引入了高性能有机纤维预浸料，提高了复合材料箱的抗冲击和抗穿刺性能。另外复合材料箱盖和箱体采用凹凸耦合方式组合在一起，不需要其它连接件，提高了复合材料箱的整体结构强度，结构简单。
【附图说明】
[0017]图1是本发明的箱盖及其边缘的放大图；
[0018]图2是本发明的箱体及其边缘的放大图。
[0019]附图标记说明:
[0020]1.箱盖;2.箱体;3.凸起;4.凹槽;5.棱角。
【具体实施方式】
[0021]实施例1
[0022]—种复合材料箱的制作方法，其包括以下步骤:
[0023](I)设计模具:
[0024]根据所要制作的复合材料箱的尺寸，设计加工其箱盖和箱体的模具，两个模具的开口边缘分别设有凸起或凹槽，使箱体和箱盖可以通过凹凸耦合，组合在一起;箱盖和箱体的模具均设有四个棱角，设计加工与模具的四个棱角相配合的、能够覆盖棱角曲面的内模具。
[0025](2)工艺铺层:
[0026]先在箱体模具的内侧铺放一层碳纤维织物预浸料，将棱角内模具安装在箱体模具棱角处，然后沿着棱角内模具的边缘将棱角曲面部分的碳纤维织物预浸料切割掉，然后取下内模具;将剪裁好的有机高分子预浸料铺贴在棱角缺口处，继续铺放I?5碳纤维预浸料，并在最外层再铺放一层有机高分子纤维预浸料，最后铺放脱模布和导流网；箱盖模具的处理同箱体模具相同。
[0027](3)固化成型、脱模:
[0028]将铺放好预浸料的箱体和箱盖模具用真空袋密封并抽真空，然后放置在热压罐中加热加压固化成型，经过冷却、脱模得到复合材料箱的箱盖和箱体;最后在箱盖和箱体上打孔，安装合页和锁等部件，可以得到完整的复合材料箱包制品。
[0029]在上述实施例中，步骤(2)中剪裁好的有机高分子纤维预浸料外形与棱角曲面缺口的外形吻合，尺寸与棱角曲面缺口的尺寸相同或稍大;碳纤维预浸料为聚氨酯改性环氧树脂、橡胶增韧环氧树脂、热塑性塑料增韧环氧树脂等韧性树脂基体制备的预浸料;碳纤维预浸料为单向碳纤维预浸料、碳纤维织物或者碳纤维和其它纤维的混编织物制备的预浸料中的一种或几种的组合;有机尚分子纤维为具有$父尚初性和尚抗穿刺和冲击性能的尚性能有机纤维，优选芳纶纤维、超高分子量聚乙烯纤维(UHMWPE纤维)、聚对苯撑苯并双噁唑纤维(ΡΒ0纤维)、聚对苯并咪唑纤维(PBI纤维)、聚苯撑吡啶并二咪唑纤维(M5纤维)、聚酰亚胺纤维(PI纤维)及其织物中的一种或几种的组合。
[0030]由上述方法制得的箱包设有箱盖I和箱体2，如图1和图2所示，箱盖I和箱体2均设有开口和四个棱角5，箱盖I的开口边缘还设有凸起3，箱体2的开口边缘还设有凹槽4，凸起3和凹槽4可以完全耦合，省了其它连接件，并提高了复合材料箱的整体结构强度。本发明也可以在箱盖I上设置凹槽4，在箱体2上设置凸起3。
【主权项】
1.一种复合材料箱，其设有箱体和箱盖，所述箱体和箱盖均设有开口和棱角，其特征是所述箱体和箱盖内侧均设有碳纤维织物预浸料铺层，所述棱角处设有棱角铺层，所述棱角铺层底层为有机高分子纤维预浸料，中间层为I?5层碳纤维织物预浸料，上层为有机高分子纤维预浸料，所述箱盖的开口边缘设有凸起，所述箱体的开口边缘设有凹槽，所述凸起与所述凹槽相配合。2.如权利要求1所述的复合材料箱，其特征在于所述碳纤维织物预浸料为聚氨酯改性环氧树脂、橡胶增韧环氧树脂或热塑性塑料增韧环氧树脂制备的预浸料;所述碳纤维织物预浸料为单向碳纤维预浸料、碳纤维织物或者碳纤维和其它纤维的混编织物制备的预浸料中的一种或几种的组合。3.如权利要求2所述的复合材料箱，其特征在于所述有机高分子纤维为芳纶纤维、超高分子量聚乙烯纤维、聚对苯撑苯并双噁唑纤维、聚对苯并咪唑纤维、聚苯撑吡啶并二咪唑纤维、聚酰亚胺纤维及其织物中的一种或几种的组合。4.一种如权利要求1所述的复合材料箱的制作方法，其特征在于步骤如下: (1)设计模具: 根据所要制作的复合材料箱的尺寸，设计加工其箱盖和箱体的模具，两个模具的开口边缘分别设有凸起或凹槽;箱盖和箱体的模具均设有四个棱角，设计加工与模具的四个棱角相配合的、能够覆盖棱角曲面的内模具； (2)工艺铺层: 先在箱体模具的内侧铺放一层碳纤维织物预浸料，将棱角内模具安装在箱体模具棱角处，然后沿着棱角内模具的边缘将棱角曲面部分的碳纤维织物预浸料切割掉，然后取下内模具;将剪裁好的有机高分子预浸料铺贴在棱角缺口处，继续铺放I?5层碳纤维织物预浸料，并在最外层再铺放一层有机高分子纤维预浸料，最后铺放脱模布和导流网；箱盖模具的处理同箱体模具相同； (3)固化成型、脱模: 将铺放好预浸料的箱体和箱盖模具用真空袋密封并抽真空，然后放置在热压罐中加热加压固化成型，经过冷却、脱模得到复合材料箱的箱盖和箱体;最后在箱盖和箱体上打孔，安装合页和锁等部件，可以得到完整的复合材料箱包制品。5.如权利要求4所述的复合材料箱的制作方法，其特征在于所述步骤(2)中剪裁好的有机高分子纤维预浸料外形与棱角曲面缺口的外形吻合，尺寸与棱角曲面缺口的尺寸相同或稍大。6.如权利要求5所述的复合材料箱的制作方法，其特征在于所述碳纤维织物预浸料为聚氨酯改性环氧树脂、橡胶增韧环氧树脂或热塑性塑料增韧环氧树脂制备的预浸料。7.如权利要求6所述的复合材料箱的制作方法，其特征在于所述碳纤维预浸料为单向碳纤维预浸料、碳纤维织物或者碳纤维和其它纤维的混编织物制备的预浸料中的一种或几种的组合。8.如权利要求7所述的复合材料箱的制作方法，其特征在于所述有机高分子纤维为具有较高韧性和高抗穿刺和冲击性能的高性能有机纤维，优选芳纶纤维、超高分子量聚乙烯纤维、聚对苯撑苯并双噁唑纤维、聚对苯并咪唑纤维、聚苯撑吡啶并二咪唑纤维、聚酰亚胺纤维及其织物中的一种或几种的组合。
【专利摘要】本发明涉及一种复合材料箱及其制作方法，其解决了现有箱包结构强度低、抗冲击韧性差和结构复杂的技术问题，其设有箱体和箱盖，箱体和箱盖均设有开口和棱角，箱体和箱盖内侧均设有碳纤维织物预浸料铺层，棱角处设有棱角铺层，棱角铺层底层为有机高分子纤维预浸料，中间层为1～5层碳纤维织物预浸料，上层为有机高分子纤维预浸料，箱盖的开口边缘设有凸起，箱体的开口边缘设有凹槽，凸起与凹槽相配合，本发明还公开了其制作方法。本发明可应用于复合材料箱包的制备。
【IPC分类】B29C70/34, B65D1/28, B29C33/42, B29C70/54
【公开号】CN105501601
【申请号】CN201510952931
【发明人】杨虎平
【申请人】深圳市欧亚瑞碳纤维科技有限公司
【公开日】2016年4月20日
【申请日】2015年12月17日