[go: up one dir, main page]

CN116176003A - Cfrp立体构件快速成型量产制造工艺 - Google Patents

Cfrp立体构件快速成型量产制造工艺 Download PDF

Info

Publication number
CN116176003A
CN116176003A CN202310196814.6A CN202310196814A CN116176003A CN 116176003 A CN116176003 A CN 116176003A CN 202310196814 A CN202310196814 A CN 202310196814A CN 116176003 A CN116176003 A CN 116176003A
Authority
CN
China
Prior art keywords
resin
fiber
curing
mass production
cfrp
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202310196814.6A
Other languages
English (en)
Inventor
李瑞海
梅泽正治
朝仓明夫
周鸿�
屠豪杰
周嵘
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ningbo Licheng Composite Products Co ltd
Original Assignee
Ningbo Licheng Composite Products Co ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ningbo Licheng Composite Products Co ltd filed Critical Ningbo Licheng Composite Products Co ltd
Priority to CN202310196814.6A priority Critical patent/CN116176003A/zh
Publication of CN116176003A publication Critical patent/CN116176003A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C70/00—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
    • B29C70/04—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
    • B29C70/28—Shaping operations therefor
    • B29C70/30—Shaping by lay-up, i.e. applying fibres, tape or broadsheet on a mould, former or core; Shaping by spray-up, i.e. spraying of fibres on a mould, former or core
    • B29C70/34—Shaping by lay-up, i.e. applying fibres, tape or broadsheet on a mould, former or core; Shaping by spray-up, i.e. spraying of fibres on a mould, former or core and shaping or impregnating by compression, i.e. combined with compressing after the lay-up operation
    • B29C70/345—Shaping by lay-up, i.e. applying fibres, tape or broadsheet on a mould, former or core; Shaping by spray-up, i.e. spraying of fibres on a mould, former or core and shaping or impregnating by compression, i.e. combined with compressing after the lay-up operation using matched moulds
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C70/00—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
    • B29C70/04—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
    • B29C70/28—Shaping operations therefor
    • B29C70/30—Shaping by lay-up, i.e. applying fibres, tape or broadsheet on a mould, former or core; Shaping by spray-up, i.e. spraying of fibres on a mould, former or core
    • B29C70/36—Shaping by lay-up, i.e. applying fibres, tape or broadsheet on a mould, former or core; Shaping by spray-up, i.e. spraying of fibres on a mould, former or core and impregnating by casting, e.g. vacuum casting
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C70/00—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
    • B29C70/04—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
    • B29C70/28—Shaping operations therefor
    • B29C70/40—Shaping or impregnating by compression not applied
    • B29C70/42—Shaping or impregnating by compression not applied for producing articles of definite length, i.e. discrete articles
    • B29C70/46—Shaping or impregnating by compression not applied for producing articles of definite length, i.e. discrete articles using matched moulds, e.g. for deforming sheet moulding compounds [SMC] or prepregs
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C70/00—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
    • B29C70/04—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
    • B29C70/28—Shaping operations therefor
    • B29C70/54—Component parts, details or accessories; Auxiliary operations, e.g. feeding or storage of prepregs or SMC after impregnation or during ageing
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L63/00—Compositions of epoxy resins; Compositions of derivatives of epoxy resins
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T50/00—Aeronautics or air transport
    • Y02T50/40—Weight reduction

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Reinforced Plastic Materials (AREA)

Abstract

本发明涉及产品加工成型技术领域，且公开了一种CFRP立体构件快速成型量产制造工艺，该CFRP立体构件快速成型量产制造工艺，相比于传统的RTM工艺，HTC工艺增加了注射后的压制过程，降低了树脂注射充填难度，提高了预制件的浸渍质量，并缩短了成型周期。提高了树脂固化反应速率，缩短了树脂的固化周期。采用高活性快速固化树脂体系，并采用高效高压混合、注胶设备，使树脂基体混合均匀性更好，同时成型时需要高温环境，大大提高了树脂的固化反应速率。同时降低了整体制件的工艺难度，改善了树脂浸渍增强材料的质量。

Description

CFRP立体构件快速成型量产制造工艺
技术领域
本发明涉及产品加工成型技术领域，具体为一种CFRP立体构件快速成型量产制造工艺。
背景技术
复合材料是由两种或两种以上异质、异形、异性的材料复合形成的新型材料。一般由基体组元与增强体或功能组元所组成
CFRP一般指碳纤维增强复合材料，是以碳纤维或碳纤维织物为增强体，以树脂、陶瓷、金属、水泥、碳质或橡胶等为基体所形成以纤维状的碳材料，具有高强度、高模量、低密度、耐腐蚀等特点复合材料。在众多轻量化材料中具有较高的比强度、比刚性，轻量化效果十分明显，在航空航天、军工产品中得到广泛应用。在碳纤维集合体中浸渗固化性树脂并进行固化而成的碳纤维增强固化性树脂成型体(CFRP)具有尺寸稳定性良好、疲劳特性良好、导热系数良好、电磁波屏蔽性良好等性质，因此已被广泛用于例如汽车部件、各种机械部件、医疗设备用途、土木相关用途等，减轻质量效果尤为明显，重量比钢铁材料轻5倍，比铝材轻1.68倍；刚性比钢铁材料轻3倍，比铝材轻10倍。
而目前在碳纤维符合材料成型的过程中，采用的传统量产技术工艺分为两大类，一种是热塑成型工艺，一种是热固成型工艺；RTM是成型中一种碳纤维制品成型工艺，指低粘度树脂在闭合模具中流动、浸润增强材料并固化成形的一种工艺技术，而这两种工艺都会存在着一定的缺陷：
首先热塑成型工艺需要使用到预浸料坯，但是目前的热塑性预浸料坯成本价格较高，导致整体量产成型投入的成本大大提高，同时半预浸料坯的工艺需要相当大的热压，并且需要持续的高压，对模具的要求也会随之提高，对设备的要求也会相对较高，并且工艺成型时间也会相对较长，并且成型过程中，需要将树脂温度提升至高温状态，对能量的消耗比较大，热变形较大；
其次是RTM成型工艺，因为该工艺涉及到的加工模具较多，需要花费一定的时间去制定预成型所需的模具，相对来说费时费力，并且模具所需的材料也相对昂贵，并且在成型过程中要在模具内部形成，并且使树脂流入纤维，就需要通过高压注入，对模具的要求也会相对较高，在耗时上面，因其工序的增加，其整体的成型时间也会相对较长，影响整体的加工效率，在量产过程中无法达到实际的效果。
发明内容
解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了一种CFRP立体构件快速成型量产制造工艺，解决了背景技术中所提出的问题。
技术方案
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：CFRP立体构件快速成型量产制造工艺包括以下步骤；
步骤S0：纤维浸渍，选择纤维织物与树脂浸渍；选用的是干的CF织布与树脂，可以使用多用的低价材料，能够极大的控制其投入成本。浸渍树脂用树脂将增强复合材料用纤维(或织物)浸润制备预浸料的过程。
步骤S1：预浸材料切割并处理，将浸渍后的纤维织物进行图案裁剪，获取制品所需纤维坯料并处理，真空脱泡以获取树脂与纤维所需饱和系数；
步骤S2：对切割的预浸纤维材料进行半固化工艺处理。将已含浸纤维织物铺层清洁处理后放入指定模块中，进行定型，获取初步定型料；再将初步定型料放入自主开发具有真空、脱气、除泡设备进行调整来取得固化的所需材料RC值及饱和系数值，半固化实现树脂与纤维零界胶化点将脱泡后纤维预浸定型材料放入自出开发热冷凝调整设备进行温控或加热或冷却，实现纤维与树脂完全浸渍在TG零界点；然后在将材料再次流入光学加热系统进行3mim的光学加热处理，实现纤维与树脂胶化点与TG零界点合理分布
步骤S3：预成型，获取初始成型状态结构；
步骤S4：加压抽真空，将初始成型状态结构放入成型模具进行压制后对模腔抽真空，加压抽真空，将初始成型状态结构放入成型模具进行压制后对模腔抽真空；将初始成型状态结构，放入成型模具中，将注射模具闭合，并锁紧成型模具,形成密封状态，对模腔内抽真空。
步骤S5：对模腔内快速树脂固化注射(二次射出成形)，获取半成品成型体。
步骤S6：固化短时脱模，高温固化之后利用机械臂对半成品成型体进行自动抓取；
步骤S7：后固化处理，实现产品的树脂与纤维性能提高及产品形变稳定性，后固化实现产品的树脂与纤维性能提高及产品形变稳定性，后固化工艺在常温下达到完全固化后,此时将CF织布与树脂组合基体材料加热并保持恒温一段时间180℃/1H；
步骤S8：冷却定型，利用机械臂抓取高温状态的半成品成型体至冷却设备上快速冷却至室温，脱模后，利用机械臂及吸盘将仍处于高温状态的成型制件，转移到冷却定型工装上，并将利用真空将制件紧紧吸附在冷却定型工装，并通过冷却定型工装使制件快速冷却至室温；
步骤S9：加工修边，将冷却后的半成品成型体进行加工，获取成型体；
步骤S10：清洗，对成型体进行清洗。
优选的，通过以下步骤对切割后的材料进行处理，
步骤A1:喷涂含浸，将步骤S1中获取的裁剪纤维织物的表面上喷涂树脂预定型和预浸；
步骤A2:根据不同CFRP不同的结构、特性等要求进行纤维层定位叠合，将涂覆有纤维预定型剂的碳纤维织物转移到织物叠合设备，按所设计的制件纤维铺层结构将纤维织物依次进行定位、叠合，并平铺在织物铺叠输送带上；
步骤A3：纤维铺设，织物叠合输送设备将叠合好的纤维织物转移到纤维预成型设备上。
优选的，通过以下步骤实现步骤S1中的真空脱泡，以获取树脂与纤维所需饱和系数，
步骤B1：将已含浸纤维织物铺层清洁处理后放入指定模块中，进行定型，获取初步定型料；
步骤B2：将初步定型料放入自主开发具有真空、脱气、除泡设备进行调整来取得固化的所需材料RC值及饱和系数值。
优选的，通过以下步骤对步骤S2中半固化实现树脂与纤维零界胶化点，
步骤D1：将脱泡后纤维预浸定型材料放入自出开发热冷凝调整设备进行温控或加热或冷却，实现纤维与树脂完全浸渍在TG零界点；
步骤D2：材料再次流入光学加热系统进行3mim的光学加热处理，实现纤维与树脂胶化点与TG零界点合理分布
优选的，通过以下步骤S4对初始成型状态结构进行加压抽真空；
步骤E1：将初始成型状态结构，依次叠放整齐，并利用带吸盘的机械手臂将初始成型状态结构吸起，放入成型模具中，将注射模具闭合，并锁紧成型模具,形成密封状态；
步骤E2：对模腔内抽真空，真空度抽至不高于-0.1MPa时，并保持60S-300S后；
步骤E3:对成型模具逐步升温至150℃以上，并保持20S。
优选的，所述步骤S5中的树脂为液态低黏度树脂，其主要成分包括有环氧树脂、固化剂和促进剂等，且相互比例为-(环氧树脂)100：(固化剂)40：(促进剂)0.8:(阻燃剂)1.0：(稀释剂)2.0：(耐候剂)0.9。
优选的，通过以下步骤对树脂进行注射，
步骤F1：控制高压计量泵的运作，将液态低黏度树脂缓慢注射至注射机的混合头；
步骤F2:在混合头中高压对冲混合，并将混合均匀的树脂迅速注入高温模腔；
步骤F3：注胶结束后将模具完全闭合，闭合过程中模具进一步挤压注射树脂，使其充满并浸润碳纤维增强材料，并在高温高压作用下快速固化；
步骤F4：松开模具一定的间隙，再次注入低黏度的模具表面树脂；
步骤F5：再次将模具完全闭合，挤压胶衣树脂使其尽可能的充模模具，并在制品表层喷涂一层均匀的树脂膜。
优选的，通过以下步骤对高温固化后的半成品成型体进行冷却；
步骤G1：机械臂及吸盘将仍处于高温状态的半成品成型体，转移到冷却定型工装上；
步骤G2：经由风冷或水冷对半成品成型体进行表面降温。
优选的，通过以下步骤对半成品成型体进行后固化；
步骤H1：在常温下将半成品成型体完全固化后,分子间反应基本停止；
步骤H2：将CF织布与树脂组合基体材料加热并保持恒温一段时间正常180℃/1H以上。
优选的，所述纤维织物选用干的CF织布与树脂。
有益效果
与现有技术相比，本发明提供了一种CFRP立体构件快速成型量产制造工艺，具备以下有益效果：
该CFRP立体构件快速成型量产制造工艺，相比于传统的RTM工艺，HTC工艺增加了注射后的压制过程，降低了树脂注射充填难度，提高了预制件的浸渍质量，并缩短了成型周期。提高了树脂固化反应速率，缩短了树脂的固化周期。采用高活性快速固化树脂体系，并采用高效高压混合、注胶设备，使树脂基体混合均匀性更好，同时成型时需要高温环境，大大提高了树脂的固化反应速率。同时降低了整体制件的工艺难度，改善了树脂浸渍增强材料的质量。采用抽真空与注射后的压缩模塑工艺相结合的方式，降低了RTM工艺注胶口和排气口设计难度，提高了树脂的流动充填能力，以及树脂对纤维的浸渍质量，采用间隙注胶和注胶后压缩技术，极大地提高了树脂的充模流动能力，有效降低了工艺缺陷产生的几率，具有很高的工艺重复性，具有很高的工艺稳定性和重复性。在保证成型质量的前提下，能够实现快速的量产制造速率，满足批量性生产的要求。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中心的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述所需要实用的附图作简单介绍：
图1为本发明成型后的工艺示意图
图2为本发明加压抽真空的示意图。
图3为本发明成型后的产品性能示意图；
图4为本发明中树脂的性能检测数据示意图；
图5为本发明技术方案与传统的技术成型方案成型的对比示意图；
图6为本发明中纤维铺设过程示意图；
图7为本发明对纤维进行处理过程中的示意图；
图8为本发明对纤维进行处理过程中的示意图；
图9为本发明中的压制过程示意图；
图10为本发明中的自动化流水线过程示意图；
图11为本发明中的自动化层积含浸自动化装置示意图；
图12为本发明中的自动化裁切示意图；
图13为本发明中的自动化半固化部分示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明的实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
一种CFRP立体构件快速成型量产制造工艺，包括以下步骤；
步骤S0：碳纤维铺层树脂浸渍，选择纤维织物与树脂浸渍；
本实施例中选用的是干的CF织布与树脂，可以使用多用的低价材料，能够极大的控制其投入成本。浸渍树脂用树脂将增强复合材料用纤维(或织物)浸润制备预浸料的过程。因树脂和纤维的品种不同可采用不同浸渍树脂方法。而本实施例中采用的是热熔法，将固体树脂熔融，均匀地流布在排布的纤维或织物上使之浸润，或将树脂先制成薄膜，然后与增强材料叠合，经热熔浸渍，制成预浸料。请参阅图3，为本实施例中树脂的性能检测数据示意图，同时请参阅图11，自动化层积含浸自动化装置示意图。
步骤S1：预浸材料切割并处理，将浸渍后的纤维织物进行图案裁剪，获取制品所需纤维坯料并处理，真空脱泡以获取树脂与纤维所需饱和系数；请参阅图12为自动化裁切示意图。
首先将碳纤维织物的卷筒固定在自动裁剪机的旋转轴上，并将预成型裁剪图样输入自动裁剪，并对裁剪图样进行优化排列；展开碳纤维织物卷筒，开动裁剪机，进行预成型体铺层图样的自动裁剪，并利用机械臂的吸盘将裁剪后的纤维铺层吸起，并转移到下一工序设备上，请参阅图6和图7，利用全自动化设备对整个开卷切割的无人化操作，以此提升整个过程中的加工效率。碳纤维布在未预浸前进行铺层工艺，改变传统工艺铺贴难和铺贴工时过长问题。并且进行真空脱泡以获取树脂与纤维所需饱和系数，将已含浸纤维织物铺层清洁处理后放入指定模块中，进行定型，之后放入自主开发具有真空、脱气、除泡设备进行调整来取得固化的所需材料RC值及饱和系数值，以此提高材料的稳定性。同时还需要对材料进行喷涂，将裁剪所得的纤维织物转移到预定型剂喷涂设备，开动喷涂设备将预定型粘接剂均匀喷涂在纤维织物表面，喷涂时需移动纤维织物，以便预定型剂均匀喷涂在纤维织物表面。将涂覆有纤维预定型剂的碳纤维织物转移到织物叠合设备，并按所设计的制件纤维铺层结构将纤维织物依次进行定位、叠合，并平铺在织物铺叠输送带上。利用织物叠合输送设备将叠合好的纤维织物转移到纤维预成型设备上，纤维织物转移时，需精确控制输送带的移动速度和位置，防止纤维织物铺放过程中发生移动或错位，影响制件性能，请参阅图8
步骤S2：对切割的预浸纤维材料进行半固化工艺处理，半固化实现树脂与纤维零界胶化点；预浸纤维材料进行半固化工艺处理，通过半固化工艺技术加速树脂分子成分快速固化处TG和非TG的零界点，加速CFRP固化进程，该项技术在传统工艺中是没有的，为后续快速固化提供保障。请参阅图13为自动化半固化部分示意图。
将脱泡后纤维预浸定型材料放入自出开发热冷凝调整设备进行温控或加热或冷却，实现纤维与树脂完全浸渍在TG零界点，之后材料再次流入光学加热系统进行3mim的光学加热处理，实现纤维与树脂胶化点与TG零界点合理分布。
步骤S3：预成型，获取初始成型状态结构；
将纤维织物铺层均匀铺入预成型模具中，首先将预成型体中心的加压压头下压，压紧纤维铺层结构，并将预成型模具的加压压头由中心向外辐射顺序下压，下压时尽可能的减少纤维的皱缩，以影响制品性能，在预成型模具的热压作用下，进行定型。将经过预热预压定型的碳纤维增强体转入预成型体剪裁模具，并用裁剪样模覆盖，以裁剪样模为依据，利用机械手臂将裁刀沿样模边缘进行剪裁，切除多余的碳纤维，并获得与注射模腔尺寸相对应的初始成型状态结构，请参阅图8。
步骤S4：加压抽真空，请参阅图9和图2，将初始成型状态结构放入成型模具进行压制后对模腔抽真空；
将初始成型状态结构，依次叠放整齐，并利用带吸盘的机械手臂将初始成型状态结构吸起，放入成型模具中，将注射模具闭合，并锁紧成型模具,形成密封状态，对模腔内抽真空，真空度抽至-0.2MPa时，并保持30S，对成型模具逐步升温至300℃以上，并保持20S。以此保持内部温度和压力在一定的稳定状态下，请参阅图9,为整体实施工艺的过程图，而图2为加压抽真空的简略示意图。注射后的压制过程，降低了树脂注射充填难度，提高了预制件的浸渍质量，并缩短了成型周期。提高了树脂固化反应速率，缩短了树脂的固化周期。在保证成型质量的前提下，能够实现快速的量产制造速率。
步骤S5：对模腔内快速树脂固化注射(二次射出成形)，在模腔内注射液态低黏度树脂，获取半成品成型体；二次射出成形工艺针对CFRP RTM技术产出品常规出现大量气孔难以解决的问题进行工艺性改进，通过二次射出以填充出现CFRP部品出现气孔问题，以提升产品品质。
利用高精度的高温注射机精确计量并控制树脂体系中各组分材料(主体树脂、固化剂、内脱模剂等)的比例，并在高压计量泵的作用下，进入注射机的混合头，并在混合头中高压对冲混合，混合均匀的树脂迅速注入高温模腔，注胶结束后将模具完全闭合，闭合过程中模具进一步挤压注射树脂，使其充满并浸润碳纤维增强材料，并在高温高压作用下快速固化。而高压计量泵简单来说转速选定后，它的流量就不能调节。变量泵的输出流量可以根据系统的压力变化，自动地调节流量。就是压力高时输出流量小，压力低时输出流量大。这样可以节省液压元件的数量，从而简化了油路系统，而且可以减少油发热。
步骤S6：固化短时脱模，高温固化；而固化也就是硬化后的弯度＝0.1mm，而采用传统方式的工艺，其温度要求较高需要提升至280℃左右，对能量的消耗巨大，热变形也会相对较大，其弯度接近于0.25mm+硬化收缩量。
待树脂固化结束，再次控制模具的合模间隙，并由预留的侧孔及流道中注入低黏度的模具表面树脂，并再次将模具完全闭合，挤压胶衣树脂使其尽可能的充模模具，并在制品表层喷涂一层均匀的树脂膜。待胶衣树脂固化结束，由慢到快打开液压机，使并利用机械手臂及其吸附装置将制件吸附固定，开启顶出机构将制件顶出，并使顶出后的制件紧紧吸附在机械手臂的吸盘上。同时清理模具中残留的树脂飞边和一些杂质。采用抽真空与注射后的压缩模塑工艺相结合的方式，降低了RTM工艺注胶口和排气口设计难度，提高了树脂的流动充填能力，以及树脂对纤维的浸渍质量，采用间隙注胶和注胶后压缩技术，极大地提高了树脂的充模流动能力，有效降低了工艺缺陷产生的几率，具有很高的工艺重复性，具有很高的工艺稳定性和重复性。经过高温固化之后，其操作时间也会相对降低，当全采用自动化机械手操作时，其模具装配时间为10s，加热时间40s，脱模时间10s，极大的提高了产品的加工效率，整体模具装配时间、加热时间和脱模时间的比例为：1：4：1。
步骤S7：后固化处理，在常温下将半成品成型体完全固化后,分子间反应基本停止，将CF织布与树脂组合基体材料加热并保持恒温一段时间正常180℃/1H以上，而分子反应还会继续发生老化反应，密度和材料组合性能不断增强，这一过程称作后固化。而后固化的作用可有效地消除内应力，提高CF与树脂接着能力和强度，提高CF部品15％～30％的综合性能。能够满足性能要求高条件的复合材料制品所用。后固化工艺是通过固化处理温度及时间控制对复合材料耐热性和热稳定性的控制。当后固化处理温度从158℃提高到185℃时,复合材料的玻璃化转变温度(Tg)增加了25℃；延长后固化处理时间对复合材料的Tg影响进行保稳性提供不；树脂的由分子中最弱的化学键所决定的,后固化处理温度的提高对复合材料的成形性能稳定性。
步骤S8：冷却定型，利用抓取高温状态的半成品成型体抓取至冷却设备上快速冷却至室温；
脱模后，利用机械臂及吸盘将仍处于高温状态的成型制件，转移到冷却定型工装上，并将利用真空将制件紧紧吸附在冷却定型工装，并通过冷却定型工装使制件快速冷却至室温。而冷却方式有多种，最简便的方式便是水冷，由机械臂将其放置在冷却水中直接冷却。制件脱模后，利用刷子、气泵、气嘴等清理模具，去除模具中残留的树脂及纤维等，并将模具擦拭干净。并在模具表层均匀涂覆脱模剂，并准备下一循环的生产。全程均由机械臂进行操作。
步骤S8：加工修边，将冷却后的半成品成型体进行加工，获取成型体；
将冷却定型的复合材料样件转移至机加工中心，为保证制件机加工精度，将制件直接移至机加工工装上，并利用机械手以及机加工刀具，裁剪制件边缘多余的飞边、工艺边。
步骤S9：清洗，对成型体进行清洗。最后利用清水对产品进行清洗获得最终制品。请参阅图3和图4，为本产品的进行实际检测的产品性能数据图。
请参阅图1为整个构件的量产制造工艺流程图，相比于传统的RTM工艺，HTC工艺增加了注射后的压制过程，降低了树脂注射充填难度，提高了预制件的浸渍质量，并缩短了成型周期。提高了树脂固化反应速率，缩短了树脂的固化周期。采用高活性快速固化树脂体系，并采用高效高压混合、注胶设备，使树脂基体混合均匀性更好，同时成型时需要高温环境，大大提高了树脂的固化反应速率。同时降低了整体制件的工艺难度，改善了树脂浸渍增强材料的质量。产品HTC技术整合了传统RTM技术及热压罐工艺、传统固化炉工艺，通过多层次工艺创新实现CFRP产品尤其是在异型件上快速产出并很大程度提高CFRP部品品质。CFRPHTC技术产品产出时间非常快，接近传统塑料制品设备模压快速成形工艺。
综上所述：
一：请参阅图10，实现了碳纤维技术无人操作全自动化作业生产、检查等一体化快速制造过程。相比于传统的RTM工艺，HTC工艺增加了注射后的压制过程，降低了树脂注射充填难度，提高了预制件的浸渍质量，并缩短了成型周期。具体工艺特点如下：①树脂快速充满模腔。较大的合模间隙和较高的注射压力(1.0～15.0MPa)，以及低黏度的树脂，极大地提升了树脂的注射速度，缩短了成型工艺周期(3～5min)。
二：提高了树脂固化反应速率，缩短了树脂的固化周期。采用高活性快速固化树脂体系，并采用高效高压混合、注胶设备，使树脂基体混合均匀性更好，同时成型时需要高温环境，大大提高了树脂的固化反应速率。请参阅图3，为技术方案与传统的技术成型方案成型的对比示意图
三：使用内脱模剂和自清洁系统。使用了注射混合头的自清洁技术，并在原材料中添加了内脱模剂组分，有效地提高了设备的清洁效率。
四：降低了制件中孔隙含量，提高了制件制品性能。使用了模内快速抽真空技术有效降低了制件中孔隙含量，提高了纤维的浸渍效率，改善了纤维和树脂的界面结合能力，提升了制品的质量。
五：降低了制件的工艺难度，改善了树脂浸渍增强材料的质量。采用抽真空与注射后的压缩模塑工艺相结合的方式，降低了RTM工艺注胶口和排气口设计难度，提高了树脂的流动充填能力，以及树脂对纤维的浸渍质量。
六：产品的厚度和三维形状尺寸偏差低。为保证模具密封效果，采用双刚面闭合模具，同时采用大吨位液压机加压，提高了成型过程的锁模力，有效地降低了制件的厚度和形状偏差。
七：产品具有卓越的表面性能和质量。采用模内喷涂技术以及高光洁度模具，使制件在很短的时间内即可获得高精度的表观质量。
八：具有很高的工艺稳定性和重复性。采用间隙注胶和注胶后压缩技术，极大地提高了树脂的充模流动能力，有效降低了工艺缺陷产生的几率，具有很高的工艺重复性。
整体上克服了热固化性树脂复合材料的成型时间及保存复杂的问题，维持了更加低温和低压的成型，最大程度的发挥碳素限位的物理性质，与传统的热塑性相比，成型温度低，无需脱模模具的冷却时间。并且无需中间基材(预制棒、预浸渍)的从原材料开始的直接成型，整体过程均采用机械臂来进行程序化操作，无需人手的自动成型。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种CFRP立体构件快速成型量产制造工艺，其特征在于：包括以下步骤；
步骤S0：碳纤维铺层树脂浸渍，选择纤维织物与树脂浸渍；
步骤S1：预浸材料切割并处理，将浸渍后的纤维织物进行图案裁剪，获取制品所需纤维坯料并处理，真空脱泡以获取树脂与纤维所需饱和系数；
步骤S2：对切割的预浸纤维材料进行半固化工艺处理，半固化实现树脂与纤维零界胶化点；
步骤S3：预成型，获取初始成型状态结构；
步骤S4：加压抽真空，将初始成型状态结构放入成型模具进行压制后对模腔抽真空；
步骤S5：对模腔内快速树脂固化注射(二次射出成形)，获取半成品成型体；
步骤S6：固化短时脱模，高温固化之后利用机械臂对半成品成型体进行自动抓取；
步骤S7：后固化处理；
步骤S8：冷却定型，利用机械臂抓取高温状态的半成品成型体至冷却设备上快速冷却至室温；
步骤S9：加工修边，将冷却后的半成品成型体进行加工，获取成型体；
步骤S10：清洗，对成型体进行清洗。
2.根据权利要求1所述的CFRP立体构件快速成型量产制造工艺，其特征在于：通过以下步骤对切割后的材料进行处理，
步骤A1:喷涂含浸，将步骤S1中获取的裁剪纤维织物的表面上喷涂树脂预定型和预浸；
步骤A2:根据不同CFRP不同的结构、特性等要求进行纤维层定位叠合，将涂覆有纤维预定型剂的碳纤维织物转移到织物叠合设备，按所设计的制件纤维铺层结构将纤维织物依次进行定位、叠合，并平铺在织物铺叠输送带上；
步骤A3：纤维铺设，织物叠合输送设备将叠合好的纤维织物转移到纤维预成型设备上。
3.根据权利要求1所述的CFRP立体构件快速成型量产制造工艺，其特征在于：通过以下步骤实现步骤S1中的真空脱泡，以获取树脂与纤维所需饱和系数，
步骤B1：将已含浸纤维织物铺层清洁处理后放入指定模块中，进行定型，获取初步定型料；
步骤B2：将初步定型料放入自主开发具有真空、脱气、除泡设备进行调整来取得固化的所需材料RC值及饱和系数值。
4.根据权利要求1所述的CFRP立体构件快速成型量产制造工艺，其特征在于：通过以下步骤对步骤S2中半固化实现树脂与纤维零界胶化点，
步骤D1：将脱泡后纤维预浸定型材料放入自出开发热冷凝调整设备进行温控或加热或冷却，实现纤维与树脂完全浸渍在TG零界点；
步骤D2：材料再次流入光学加热系统进行3mim的光学加热处理。
5.根据权利要求1所述的CFRP立体构件快速成型量产制造工艺，其特征在于：通过以下步骤S4对初始成型状态结构进行加压抽真空；
步骤E1：将初始成型状态结构，依次叠放整齐，并利用带吸盘的机械手臂将初始成型状态结构吸起，放入成型模具中，将注射模具闭合，并锁紧成型模具,形成密封状态；
步骤E2：对模腔内抽真空，真空度抽至不高于-0.1MPa时，并保持60S-300S后；
步骤E3:对成型模具逐步升温至150℃以上，并保持20S。
6.根据权利要求1所述的CFRP立体构件快速成型量产制造工艺，其特征在于：所述步骤S5中的树脂为液态低黏度树脂，其主要成分包括有环氧树脂、固化剂和促进剂等，且相互比例为-(环氧树脂)100：(固化剂)40：(促进剂)0.8:(阻燃剂)1.0：(稀释剂)2.0：(耐候剂)0.9。
7.根据权利要求1所述的CFRP立体构件快速成型量产制造工艺，其特征在于：通过以下步骤对树脂进行注射，
步骤F1：控制高压计量泵的运作，将液态低黏度树脂缓慢注射至注射机的混合头；
步骤F2:在混合头中高压对冲混合，并将混合均匀的树脂迅速注入高温模腔；
步骤F3：注胶结束后将模具完全闭合，闭合过程中模具进一步挤压注射树脂，使其充满并浸润碳纤维增强材料，并在高温高压作用下快速固化；
步骤F4：松开模具一定的间隙，再次注入低黏度的模具表面树脂；
步骤F5：再次将模具完全闭合，挤压胶衣树脂使其尽可能的充模模具，并在制品表层喷涂一层均匀的树脂膜。
8.根据权利要求1所述的CFRP立体构件快速成型量产制造工艺，其特征在于：通过以下步骤对高温固化后的半成品成型体进行冷却；
步骤G1：机械臂及吸盘将仍处于高温状态的半成品成型体，转移到冷却定型工装上；
步骤G2：经由风冷或水冷对半成品成型体进行表面降温。
9.根据权利要求1所述的CFRP立体构件快速成型量产制造工艺，其特征在于：通过以下步骤对半成品成型体进行后固化；
步骤H1：在常温下将半成品成型体完全固化后,等待分子间反应基本停止；
步骤H2：将CF织布与树脂组合基体材料加热并保持恒温一段时间正常180℃/1H以上。
10.根据权利要求1所述的CFRP立体构件快速成型量产制造工艺，其特征在于：所述纤维织物选用干的CF织布与树脂。
CN202310196814.6A 2023-02-23 2023-02-23 Cfrp立体构件快速成型量产制造工艺 Pending CN116176003A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202310196814.6A CN116176003A (zh) 2023-02-23 2023-02-23 Cfrp立体构件快速成型量产制造工艺

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202310196814.6A CN116176003A (zh) 2023-02-23 2023-02-23 Cfrp立体构件快速成型量产制造工艺

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN116176003A true CN116176003A (zh) 2023-05-30

Family

ID=86448501

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202310196814.6A Pending CN116176003A (zh) 2023-02-23 2023-02-23 Cfrp立体构件快速成型量产制造工艺

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN116176003A (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116728841A (zh) * 2023-08-10 2023-09-12 中国汽车技术研究中心有限公司 一种基于模具压缩冲程制备纤维复合材料的方法

Citations (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2448951A (en) * 2007-03-29 2008-11-05 Gurit Fibre-reinforced composite moulding and manufacture thereof
CN101774281A (zh) * 2009-01-09 2010-07-14 瑞鸿复材企业股份有限公司 预浸热塑性树脂结构的制造方法
CN102672975A (zh) * 2012-04-26 2012-09-19 重庆海电风能集团有限公司 间开排管预埋式真空灌注成型工艺
CN109109344A (zh) * 2017-06-23 2019-01-01 宁波华翔汽车纤维研发有限公司 一种汽车用复合材料板簧的制造工艺
CN109454903A (zh) * 2018-11-09 2019-03-12 康得复合材料有限责任公司 中通道加强板的hp-rtm成型模具
CN109910327A (zh) * 2019-03-05 2019-06-21 福建海源新材料科技有限公司 一种碳纤维制品的hp-rtm成型工艺
JP2019181749A (ja) * 2018-04-05 2019-10-24 株式会社ジェイエスピー 積層体及びその製造方法、包装体、並びに複合体
CN110757841A (zh) * 2019-11-05 2020-02-07 山西金广丰线缆有限公司 一种碳纤维复合芯的生产方法
CN111002506A (zh) * 2019-12-03 2020-04-14 航天特种材料及工艺技术研究所 一种复合材料及其ooa制备方法
KR20210092289A (ko) * 2018-11-19 2021-07-23 아르끄마 프랑스 개선된 표면 특성을 갖는 아크릴 복합재
WO2021167504A1 (en) * 2020-02-17 2021-08-26 Saab Ab A curved aerospace profile article and method of manufacture of the article
CN114074438A (zh) * 2021-03-19 2022-02-22 亨弗劳恩(江苏)复合材料研发有限公司 一种改善热固性复合材料注射成型缺陷的方法
CN114161738A (zh) * 2021-11-29 2022-03-11 航天特种材料及工艺技术研究所 一种适用于rtm工艺的低密度纤维增强体增强材料构件净尺寸成型的方法
CN115194822A (zh) * 2022-06-20 2022-10-18 张梅 一种用于井下巡检机器人防爆材料制备工艺

Patent Citations (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2448951A (en) * 2007-03-29 2008-11-05 Gurit Fibre-reinforced composite moulding and manufacture thereof
CN101774281A (zh) * 2009-01-09 2010-07-14 瑞鸿复材企业股份有限公司 预浸热塑性树脂结构的制造方法
CN102672975A (zh) * 2012-04-26 2012-09-19 重庆海电风能集团有限公司 间开排管预埋式真空灌注成型工艺
CN109109344A (zh) * 2017-06-23 2019-01-01 宁波华翔汽车纤维研发有限公司 一种汽车用复合材料板簧的制造工艺
JP2019181749A (ja) * 2018-04-05 2019-10-24 株式会社ジェイエスピー 積層体及びその製造方法、包装体、並びに複合体
CN109454903A (zh) * 2018-11-09 2019-03-12 康得复合材料有限责任公司 中通道加强板的hp-rtm成型模具
KR20210092289A (ko) * 2018-11-19 2021-07-23 아르끄마 프랑스 개선된 표면 특성을 갖는 아크릴 복합재
CN109910327A (zh) * 2019-03-05 2019-06-21 福建海源新材料科技有限公司 一种碳纤维制品的hp-rtm成型工艺
CN110757841A (zh) * 2019-11-05 2020-02-07 山西金广丰线缆有限公司 一种碳纤维复合芯的生产方法
CN111002506A (zh) * 2019-12-03 2020-04-14 航天特种材料及工艺技术研究所 一种复合材料及其ooa制备方法
WO2021167504A1 (en) * 2020-02-17 2021-08-26 Saab Ab A curved aerospace profile article and method of manufacture of the article
CN114074438A (zh) * 2021-03-19 2022-02-22 亨弗劳恩(江苏)复合材料研发有限公司 一种改善热固性复合材料注射成型缺陷的方法
CN114161738A (zh) * 2021-11-29 2022-03-11 航天特种材料及工艺技术研究所 一种适用于rtm工艺的低密度纤维增强体增强材料构件净尺寸成型的方法
CN115194822A (zh) * 2022-06-20 2022-10-18 张梅 一种用于井下巡检机器人防爆材料制备工艺

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116728841A (zh) * 2023-08-10 2023-09-12 中国汽车技术研究中心有限公司 一种基于模具压缩冲程制备纤维复合材料的方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107187078B (zh) 一种碳纤维预浸料快速模压成型工艺
US9643363B2 (en) Manufacture of a structural composites component
CN112454938A (zh) 一种碳纤维蜂窝夹心复合材料构件的成型方法
CN101143492A (zh) 压缩式rtm成型方法
CN110103488B (zh) 一种风机叶片热塑性复合材料梁帽的连续模压制造工艺
CN104441693A (zh) 一种风力发电叶片新型复合材料胶膜成型工艺方法
CN113291014B (zh) 一种纤维增强复合材料的制备方法
CN112976612B (zh) 一种高压树脂传递模塑成型风机叶轮制备方法及风机叶轮
CN109367071B (zh) 纤维增强复合材料弹射推臂的生产方法
CN108506393A (zh) 一种仿生复合材料碟簧零件及其制备方法
CN107214980A (zh) 一种可热塑的纤维增强复合材料板材的快速成型方法
CN107214975B (zh) 一种模拟涂覆快速成型湿法模压工艺
CN105729815A (zh) 碳纤维注塑成型工艺及其产品
CN116176003A (zh) Cfrp立体构件快速成型量产制造工艺
US20100323150A1 (en) Method for producing a sandwich component having a honeycomb core
KR101447136B1 (ko) 섬유 강화 복합재의 성형방법
CN113386374B (zh) 一种改善液态成型复合材料内部质量模具及控制方法
Rakesh et al. A Concise Review on processing of Hybrid Composites produced by the combination of glass and natural fibers
CN108215241B (zh) 一种树脂基复合材料快速成型方法
WO2020246622A1 (ja) 熱可塑性繊維強化樹脂成形品の製造方法
WO2011128453A2 (en) Method and apparatus for moulding parts made from composite materials
CN115194822A (zh) 一种用于井下巡检机器人防爆材料制备工艺
CN112046036B (zh) 复合材料弹射支臂的制造方法
CN112959689B (zh) 一种异种树脂梯度连续编织碳纤维复合材料制备装置及方法
CN114311731A (zh) 耐高温双马树脂基复合材料分段固化成型的方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination