本实用新型专利技术公开了碳纤维复合材料真空模压成型装置，为克服碳纤维复合材料成型试件性能不足的问题，其包括上部机构、下部机构、抽真空装置、温度控制装置、压力控制装置与数控操作台。上部机构通过上导热板安装在下部机构中导柱的顶端；压力控制装置的上贴片式压力传感器胶粘在上导热板的底面上，与数控操作台线连接，下贴片式压力传感器胶粘在下导热板上，与数控操作台线连接；温度控制装置的上温度传感器胶粘在上部机构的上凸模的两侧，与数字控制台线连接，下温度传感器胶粘在下凹模上表面的两侧，与数字控制台线连接；抽真空装置安装在下部机构左侧的真空模压装置底座上，抽真空装置的单向阀安装在下凹模上；数控操作台安装在下部机构的右侧。
【技术实现步骤摘要】
本技术涉及一种碳纤维复合材料成型装置，更确切地说，本技术涉及一种碳纤维复合材料真空模压成型装置。
技术介绍
汽车轻量化技术是汽车发展中的热门研究课题，采用新型复合材料代替传统的金属材料是汽车轻量化的重要途径。碳纤维复合材料具有高强度、高模量、高比强度、高比模量的力学特性，使得碳纤维复合材料可以在不降低汽车整体力学性能的前提下实现汽车轻量化。车用碳纤维复合材料已经取得了显著进展，目前在汽车领域生产碳纤维复合材料结构件通常使用模压成型、树脂传递模塑成型、注塑成型，其中模压成型为适合生产高性能、大批量、相对低成本的碳纤维复合材料车身构件的成型方法。高性能的碳纤维复合材料制品尤其在航天和军工领域中主要采用真空环境制造，成本很高，不适合批量化生产车身机构件，现有的模压成型装置不具备真空模压条件。在模压成型过程中，环氧树脂会发生固化反应，环氧树脂固化反应过程直接影响成型后碳纤维复合材料的自身性能。环氧树脂及其固化剂在模压成型阶段要经历凝胶阶段、硬化阶段、固化阶段，三个阶段通常发生在不同温度，温度控制在模压成型过程至关重要，同时在凝胶完成加压过程中可能导致模具腔内有空气残留导致碳纤维复合材料孔隙率过大，致使其力学性能下降。使用模压成型制备碳纤维复合材料，需要将已经处理好的预浸布装入模具中，按照设计好的形状、层数和角度进行铺设，然后将模具升温到90?110Γ (根据所选用的树脂及固化剂而定)进行凝胶，当凝胶一段时间后闭合模具施加0.5?30MPa (根据所选用的树脂及固化剂而定)的压力，模具闭合后立即升温到已选树脂的固化温度，达到固化温度需要保持一段时间(根据所选用的树脂及固化剂而定)，当固化完全后需要将模具降至60°C以下方可进行脱模。碳纤维复合材料模压工艺流程图如图1所示。而现有的工艺流程存在的几个问题为:1.现有的碳纤维复合材料模压成型工艺中不具备真空模压工艺，使成型后的试件孔隙率难以控制，导致试件的性能参差不齐。现有的各种的真空成型工艺在航天和军工中使用，制得的试件拉伸强度可达1500MPa以上。2.在凝胶阶段，上下模温度不均匀，容易导致合模过程中试件上下表面出现温度差，由于碳纤维复合材料试件是层合结构，层与层之间的温度差异会导致试件翘曲或褶皱。3.在合模阶段没有严格的压力控制装置，很容易导致碳纤维复合材料试件出现气泡过多、表面粗糙、分层、结构松散等问题。同时对于加压速度也没有控制，在合模过程中，上模下行要快，但在与碳纤维复合材料接触时其速度要放慢。4.在模压过程中升温速率过快，在制备试件中易造成内外固化不均匀而产生内应力，影响试件强度。升温过慢又影响生产效率。5.树脂的固化反应通常会放出或者吸收一定的热量，成型温度的不稳定会降低碳纤维试件的力学性能。6.固化反应结束后，模具需要在一定压力下迅速降温至60°C以下才能脱模，自然不能满足批量生产要求，需要添加冷却装置。因此，需要在现有碳纤维复合材料模压成型工艺流程中，增设新的装置，保证模压成型过程中的试件孔隙率、凝胶温度、加压速度、压力控制范围、升温速率、固化反应温度以及模具的冷却速度控制在最佳范围内，进而提高碳纤维复合材料模压成型试件的性能。
技术实现思路
本技术所要解决的技术问题是克服了现有技术存在的碳纤维复合材料模压成型中缺少真空模压工艺以及真空模压装置所导致试件性能不足的问题，提供了一种碳纤维复合材料真空模压成型装置。为解决上述技术问题，本技术是采用如下技术方案实现的:所述的碳纤维复合材料真空模压成型装置包括上部机构、下部机构、抽真空装置、温度控制装置、压力控制装置与数控操作台。下部机构通过真空模压装置底座安装在地基上，上部机构通过上导热板安装在下部机构中的4个结构相同的导柱的顶端为焊接连接；压力控制装置中的上贴片式压力传感器胶粘在上导热板的底面上，并通过外接导线与数控操作台连接，压力控制装置中的下贴片式压力传感器胶粘在下导热板上，并通过外接导线与数控操作台连接；温度控制装置中的上温度传感器胶粘在上部机构中的上凸模中固定平板底面的两侧，并通过外接导线与数字控制台连接，温度控制装置中的下温度传感器胶粘在下凹模上表面的两侧，并通过外接导线与数字控制台连接；抽真空装置安装在下部机构左侧的真空模压装置底座上，抽真空装置中的单向阀安装在下部机构中的下凹模上为密封连接；数控操作台安装在下部机构右侧的真空模压装置底座上。技术方案中所述的上导热板为长方体构件，在上导热板的底面上并和底面垂直地均匀地设置有四个用于连接上凸模的螺纹孔，在上导热板距其底面60?10mm的中部设置有上下两排相互平行的20?30个结构相同的水平的上冷却水道，上冷却水道的直径为18?22mm，上冷却水道采用圆形孔道，同时两层交错分布，每层相邻两个上冷却水道的中心距为60?100mm，上、下层的上冷却水道在垂直方向的中心距为50?10mm ;上导热板选择铝合金材质。技术方案中所述的上凸模还包括凸模；固定平板是长方体形板式结构件，固定平板的四角处设置有结构相同的安装螺栓的螺栓通孔，固定平板上的四个结构相同的螺栓通孔与导热板上的四个用于连接上凸模的螺纹孔对正，固定平板的四个结构相同的螺栓通孔的里侧均匀设置有结构相同的用于安装凸模的螺纹孔；固定平板与上导热板采用螺栓固定连接，凸模与固定平板采用螺栓固定连接。技术方案中所述的下部机构还包括有伸缩油缸；真空模压装置底座是长方形板式结构件，采用铸铁材料制成。下导热板通过四角处的竖直通孔套装在4个结构相同的导柱上为滑动连接，4个结构相同的导柱底端焊接固定在真空模压装置底座上；伸缩油缸的活塞杆伸出端与下导热的板底面焊接连接，伸缩油缸的底端与真空模压装置底座的上表面焊接连接。技术方案中所述的下导热板在距其顶端面60?10mm的中部设置有上下两排相互平行的20?30个下冷却水道，下冷却水道的直径为18?22mm，下冷却水道采用圆形孔道，同时两层交错分布，每层相邻两个下冷却水道的中心距为60?100mm，上、下层下冷却水道在垂直方向中心距为50?100mm;下导热板的四角处设置有四个结构相同的用于安装四个结构相同的导柱的竖直通孔，下导热板的材质选择铝合金。技术方案中所述的下凹模型腔的结构形状与上凸模的形状完全一致，下凹模的矩形凹槽四壁的中心处皆设置有长60_、宽15_与高25_的长方形的废液储存孔，4个结构相同的长方形的废液储存孔的底孔壁和矩形凹槽的槽底共面，在下凹模左槽壁中心处设置一个直径为1mm的通孔即和左槽壁上的废液储存孔连通的用于安装单向阀的通孔，通孔的回转中心线距下凹模中心处矩形凹槽底面的平行距离为20mm。技术方案中所述的抽真空装置还包括真空栗与橡胶管。所述的真空栗选用型号为2RH010C的双级旋片式真空栗，橡胶管内径为10mm，外径为12mm ;单向阀采用CD系列卡套式单向阀，单向阀全长55?65mm，单向阀的进口端及出口端的内径为8mm，外径为10mm，单向阀装入下凹模左槽壁上的通孔中，橡胶管的下端与真空栗连接，橡胶管的上端与单向阀的左端连接。技术方案中所述的温度控制装置包括4?8个结构相同的上温度传感器与4?8个结构相同的下温度传感器；上温度传感器与下温度传感器选用型号为JCJ100TTP的贴片式温度传感器。技术方案本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种碳纤维复合材料真空模压成型装置，包括数控操作台(6)，其特征在于，所述的碳纤维复合材料真空模压成型装置还包括上部机构、下部机构、抽真空装置、温度控制装置与压力控制装置；下部机构通过真空模压装置底座(7)安装在地基上，上部机构通过上导热板(1)安装在下部机构中的4个结构相同的导柱(4)的顶端为焊接连接；压力控制装置中的上贴片式压力传感器(18)胶粘在上导热板(1)的底面上，并通过外接导线与数控操作台(6)连接，压力控制装置中的下贴片式压力传感器(12)胶粘在下导热板(11)上，并通过外接导线与数控操作台(6)连接；温度控制装置中的上温度传感器(17)胶粘在上部机构中的上凸模(3)中固定平板底面的两侧，并通过外接导线与数字控制台(6)连接，温度控制装置中的下温度传感器(15)胶粘在下凹模(14)上表面的两侧，并通过外接导线与数字控制台(6)连接；抽真空装置安装在下部机构左侧的真空模压装置底座(7)上，抽真空装置中的单向阀(13)安装在下部机构中的下凹模(14)上为密封连接；数控操作台(6)安装在下部机构右侧的真空模压装置底座(7)上。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：庄蔚敏，敖文宏，刘西洋，解东旋，杨冠男，胡哲，李冰娇，张凯希，郭帅，闫雪艳，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：新型
国别省市：吉林;22
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