超厚碳纤维复合材料板的真空导入成型方法与流程

本发明涉及超厚碳纤维复合材料板技术领域，具体的说，是一种超厚碳纤维复合材料板的真空导入成型方法。

背景技术：

碳纤维复合材料作为一种新型的高性能材料广泛应用于航空航天、轨道交通、新能源汽车等高科技领域。目前，制备碳纤维复合材料板的成型工艺主要有预浸料-热压罐成型工艺、模压成型工艺、手糊成型工艺、树脂传递模塑成型工艺、真空导入成型工艺等。与其他成型工艺相比，真空导入成型工艺更适合成型大厚度、大尺寸的制件，其特点是投入成本低、生产效率高、所得制件孔隙率低、性能好、纤维含量高，该法是大幅度降低复合材料生产成本的有效途径之一。

真空导入成型工艺(vacuumassistedresininfusion)简称vari成型工艺，是一种低成本的复合材料大型制件的成型技术，它是在真空状态下(一个大气压)排除纤维预成型体中的气体，通过树脂的流动、渗透，实现对预成型体的浸渍，并在一定的固化曲线条件下进行固化成型，形成一定树脂/纤维比例的工艺方法。树脂浸渍纤维材料的过程是由真空压力、自身重力以及树脂与纤维之间的作用力驱动的。由于碳纤维单丝极细，在真空负压下，碳纤维布之间的缝隙极小导致层面上的高压差减小，随着树脂浸渍碳纤维过程的持续，树脂流动阻力增大，所以，采用真空导入制备超厚碳纤维复合材料制件的难度非常大，制件报废率高。

王明军等公开了一种新型的真空导入制备超厚复合材料板材装置及其工艺，该专利中制备的超厚复合材料板材厚度在8mm以上，采用了上下两层导流介质和上下两层脱模布的工艺方法实现缩短树脂导入时间，制备超厚复合材料板材。该方法可实现的超厚复合材料厚度有限，并且在辅材成本方面有所增加。

刘魁等公开了一种厚尺寸碳纤维制件真空灌注成型方法，在真空吸嘴下使用vap薄膜进行密封，通过使用vap薄膜控制灌注体的负压梯度，实现制备厚尺寸碳纤维制件。该方法使用的vap薄膜成本较高，对于面积较大的制件其辅材成本较高。

目前采用真空导入成型工艺制备的碳纤维板厚度普遍小于10mm，但若用到厚尺寸的大型结构部件的碳纤维复合材料板就很难实现低成本的真空导入工艺成型。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种超厚碳纤维复合材料板的真空导入成型方法。该成型方法既不会对产品的力学性能和可靠性带来影响，而且可实现多种厚度要求并且低成本的碳纤维复合材料板制备。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种超厚碳纤维复合材料板的真空导入成型方法，其具体步骤为：

采用两步法，先使用钢丝网等辅助材料采用真空导入制备出上下表面分布有均匀细槽和细孔的碳纤维复合材料预制板，然后，将预制板放置于夹芯层，采用真空导入成型工艺制备出需要厚度的碳纤维复合材料板。

制备预制板的方案是在预成型体的上下表面均铺放一层钢丝网，钢丝网即充当了导流介质，又在真空负压下“陷入”预成型体内；经过注胶、固化后，将钢丝网从预制件上剥离下来，继而制得上下表面细槽分布均匀的预制板，在细槽内合理排布打孔后即可。

预制板的制备采用真空导入成型工艺，与常规方法的区别在于将导流介质更换为钢丝网，并且预成型体的上下面均铺放钢丝网；钢丝网与预成型体之间铺放一层有孔隔离膜；钢丝网规格10mm*10mm、20mm*20mm等，钢丝直径为2mm～5mm；上下两层钢丝网在使用前均擦涂脱模剂。

将导流介质更换为钢丝网的目的是：利用钢丝网规则的钢丝纹路排布，在真空负压条件下或同时正压和负压条件下，钢丝“陷入”预成型体内，相比于传统的塑料材质导流介质，钢丝“陷入”预成型体内的效果更明显，并且可以通过选择钢丝直径，调节预成型件的细槽深度。经擦涂脱模剂的钢丝网可以重新回收利用，而传统的导流介质只能使用一次，这样也大大节约了产品的材料成本。

上下两层钢丝网在使用前均擦涂脱模剂，其目的是钢丝网从预制件上更容易剥离下来，钢丝网可重复利用。

所述的超厚碳纤维复合材料板与预制板所使用的基体树脂完全相同。树脂体系的主要成分请陈述一下，基体树脂包括环氧树脂、乙烯基酯树脂等适用于真空导入成型工艺的树脂。

所述的有孔隔离膜是表面分布均匀微孔的薄膜，其作用是将钢丝网与扒皮布之间的富树脂层易于从预制件上剥离下来。有孔隔离膜细孔直径为0.01mm～0.05mm，孔间距为1mm～3mm。

预制板上开具的树脂孔路的直径为1mm～3mm，相邻树脂孔路间距为20mm～50mm，根据所使用树脂体系的工艺窗口，超厚复合材料板的尺寸和厚度决定树脂孔路的直径和间距。

与现有技术相比，本发明的积极效果是：

本发明提供的一种制备超厚碳纤维复合材料板的真空导入成型工艺，更适合成型大厚度、大尺寸的碳纤维复合材料制件，其特点是投入成本低、生产效率高、所得制件孔隙率低、性能好、纤维含量高且稳定；最主要是可根据碳纤维复合材料制件的厚度及尺寸更换工艺窗口来降低采用真空导入成型工艺制备大厚度、大尺寸的碳纤维复合材料制件的风险。

附图说明

图1为本发明超厚复合材料铺层示意图；

图2为本发明预制板铺层示意图；

图3为本发明预制板示意图；

图4为本发明超厚复合材料真空导入成型工艺示意图；

附图中的标记为：1-模具；2-扒皮布一；3-碳纤维织物；4-预制板；5-扒皮布二；6-有孔隔离膜上；7-导流网；8-真空袋；9-密封胶条；10-钢丝网下；11-有孔隔离膜下；12-钢丝网上；13-注胶桶；14-进胶管；15-预成型体；16-ω管；17-进胶口；18-1#螺旋管；19-1#真空管；20-2#螺旋管；21-2#真空管；22-树脂收集器。

具体实施方式

以下提供本发明一种超厚碳纤维复合材料板的真空导入成型方法的具体实施方式。

实施例1

下面结合附图1、附图2、附图3、附图4对本发明进一步说明。本实施例是针对长1000mm，宽1000mm，厚度30mm的碳纤维复合材料板真空导入成型实例。

一种制备超厚碳纤维复合材料板的真空导入成型工艺，其第一步是制备预制板。如图附图二所示，在擦涂过脱模剂的模具表面先铺放一层钢丝网下10，然后铺放有孔隔离膜下11，再铺放扒皮布一2，依次铺放40层碳纤维织物3(单层碳纤维织物厚度0.6mm)，之后铺放扒皮布二5，有孔隔离膜上6，钢丝网上12。所使用的钢丝网规格为10mm*10mm，钢丝直径为3mm，并且表面擦涂脱模剂；铺放碳纤维织物必须擀压贴实，避免层间出现“架桥”。

类似的，参考附图四，布局进胶管路和抽真空管路，在1#螺旋管和2#螺旋管下铺放长条透气棉；在预成型体15的四周铺放长条透气棉，但中间位置处断开。

在距离预成型体15各边30～40mm的位置粘贴密封胶条9，然后糊制真空袋8。整理好真空袋后，开始缓慢抽真空，当真空度达到小于-97.5kpa时，卡死1#真空管和2#真空管，在5min后真空度变化小于2kpa即为保压合格。

保压合格后即可将调配好，经脱泡的树脂进行注胶，观察树脂浸渍预成型体15情况，待树脂完全浸渍预成型体15后，卡死进胶管14，再卡死1#真空管和2#真空管。固化，起模后将碳纤维复合材料板表面的辅助材料清理干净。

经目测，预制板的表面没有未注透、干斑等现象，采用无损检测方法-超声波检测，预制板无气孔、分层等缺陷；厚度均匀，质量良好。

在预制板上开具的树脂孔路直径为2mm，相邻树脂孔路间距为30mm。

一种制备超厚碳纤维复合材料板的真空导入成型工艺，其第二步是制备超厚碳纤维复合材料板。如图附图一所示，在擦涂过脱模剂的模具表面先铺放一层扒皮布一2，然后依次铺放5层碳纤维织物3，之后铺放预制板4，再依次铺放5层碳纤维织物3，扒皮布二5，有孔隔离膜上6，导流网7。铺放碳纤维织物必须擀压贴实，避免层间出现“架桥”。

参考附图四，后续的操作工序与制备预制板相同。

经目测，超厚碳纤维复合材料板的表面没有未注透、干斑等现象，采用无损检测方法-超声波检测，超厚碳纤维复合材料板无气孔、分层等缺陷；厚度均匀，质量良好。

本申请解决了采用真空导入工艺制备的超厚碳纤维复合材料板报废率高的技术难题。本发明中制备的超厚复合材料板的厚度超过25mm。本发明采用两步法，先使用钢丝网等辅助材料采用真空导入制备出上下表面分布有均匀细槽和细孔的碳纤维复合材料预制板，然后，将预制板放置于夹芯层，采用真空导入制备出需要厚度的碳纤维复合材料板。制备预制板的方案是在预成型体的上下表面均铺放一层钢丝网，在真空负压下，钢丝网“陷入”预成型体内，经过注胶、固化后制得上下表面有细槽的预制板，在细槽内合理分布打孔后即可。本发明不仅实现了超厚碳纤维复合材料板的低成本化，而且提供了一条低风险制备超厚碳纤维复合材料的思路。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围内。