一种碳纤维金属层板及其热冲压成形方法技术

本发明专利技术公开一种碳纤维金属层板热冲压成形方法，可用于碳纤维金属层板的热冲压快速成形。其采用碳纤维电加热方式加热已预热的预浸料，使得碳纤维金属层板热量由内向外热传导，树脂受热更加均匀，减少了由于层间温度梯度过大引起的残余应力，提高了成形质量；同时，碳纤维电加热产热量大、电热转换率高，可和外部热源共用作用使金属层板快速加热至成形温度，还将树脂固化过程中的保温保压阶段融合到了金属板的升温阶段，缩短了成形时间，使树脂浸润充分，层板受热更均匀，提高了成形效率，也进一步提高了成形质量。本发明专利技术还公开一种采用上述碳纤维金属层板热冲压成形方法制作而成的碳纤维金属层板。纤维金属层板。纤维金属层板。

【技术实现步骤摘要】
一种碳纤维金属层板及其热冲压成形方法


[0001]本专利技术涉及复合材料层板成形
，特别是涉及一种碳纤维金属层板及其热冲压成形方法。

技术介绍

[0002]纤维金属层板是由金属薄层与纤维增强树脂基复合材料层交替铺叠，在一定固化工艺下形成的一种层间混杂复合材料结构。它保留了金属层板材料和传统纤维增强复合材料的优点，同时具备了高比强度和比刚度、良好的韧性和可加工性能及优异的疲劳性能和损伤容限等性能，在航空、汽车领域应用广泛。
[0003]现用于纤维金属层板的纤维增强树脂基包括热固性树脂和热塑性树脂，热固性树脂(如环氧树脂)复合材料成形需要长时间固化、且发生化学交联固化反应，生产效率低，随着航空航天领域对于高性能的材质要求越来越高，已经不能满足要求。热塑性树脂得到越来越多的应用。
[0004]目前常用的复合材料成形方法有滚弯成形、热压成形、热冲压成形等。滚弯成形工艺简单、效率高，但成形质量低且回弹变形大。热压成形主要通过热压罐和热压机来实现，热压罐设备投资大、生产效率低，热压机成形形状简单，不适合高效率、低成本制造。热冲压成形充分利用了金属塑性变形的特点，能够成形圆筒形件、曲面形状件、盒形件等复杂形状构件，具有一次成形、适合大批生产的特点，但现有成形方法中将先固化成板状的纤维金属层板再转移到模具中进行热冲压二次成形或直接将模具和纤维金属层板置于内部环境箱中一起加热再冲压共固化成形，前者存在效率低、成本高、操作复杂的问题，后者存在加热效率低、层板受热不均问题。
[0005]根据检索，中国专利CN 111231366 A公开一种CFRP/铝合金热成形淬火时效共固化一体化成形方法，其首先将铝合金置于加热炉中进行固溶处理并迅速转移至水冷模具中成形及淬火；然后对铝合金表面进行粗糙化处理并与碳纤维预浸料叠层；最后通过热冲压模具完成CFRP/铝合金的共固化过程及铝合金的时效过程；或者通过热冲压模具完成CFRP/铝合金的共固化过程，再将复合结构转移至加热炉中完成时效过程。该方法先成形铝合金板，待铝合金板淬火冷却至室温再与碳纤维预浸料叠层，然后转移到室温模具中冲压成形，成形过程复杂，直接对室温预浸料冲压成形易引起成形难度大和预浸料与已成形铝合金构件贴合不严问题，进一步导致层间粘接强度不足。而且，通过模具升温传递热量给CFRP/铝合金层板，易引起复合层板受热不均、层间温度梯度大的问题，进而造成成形件存在较大残余应力，没办法保证较好的成形质量。
[0006]因此，需要一种适合纤维金属层板加热均匀、成形快、成形质量高、缺陷少的热冲压成形工艺，来解决现有热冲压技术中加热时间长、成形质量低及成本高等问题。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的是提供一种碳纤维金属层板及其热冲压成形方法，以解决上述现有
纤维金属层板热冲压成形质量低的问题。
[0008]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
[0009]本专利技术提供一种碳纤维金属层板热冲压成形方法，主要包括：
[0010]预热CFRP树脂层至树脂软化温度；
[0011]将金属板与预热完成的CFRP树脂层铺层形成预成形件；其中，“铺层”表示交替铺叠；
[0012]对所述预成形件的外层加热，同时给所述预成形件内的CFRP树脂层通电，以使所述金属板在外部加热和CFRP树脂层导热的双重加热条件下达到成形温度；
[0013]将达到成形温度的预成形件冲压成形。
[0014]可选的，预热CFRP树脂层之前，还包括CFRP树脂层的制作；其中，
[0015]所述CFRP树脂层的制作包括：
[0016]将绝缘树脂层和碳纤维预浸料按照相邻两层所述绝缘树脂层之间设置至少一层所述碳纤维预浸料的方式进行铺层，形成CFRP树脂层；
[0017]将电极片通过导电胶粘接于所述碳纤维预浸料，并将所述电极片的导线引出。
[0018]可选的，采用热压机将CFRP树脂层预热至所述树脂软化温度，所述树脂软化温度位于树脂玻化温度和树脂熔融温度之间。
[0019]可选的，采用热压机对所述预成形件的外层加热并施压，并使所述预成形件在5min内升温至所述成形温度，且所述成形温度不小于树脂熔融温度。
[0020]可选的，将达到成形温度的预成形件移至冲压模具，以对预成形件冲压成形；其中，达到成形温度的预成形件在5s之内转移至所述冲压模具。
[0021]可选的，所述冲压模具为V型模具；所述V型模具的凸模在压力机的驱使下向下冲压，完成合模；所述凸模的冲压速度为5mm/s～20mm/s。
[0022]可选的，对预成形件完成冲压成形之后，还包括依次进行的冷却固化、脱模和取件步骤；其中，所述冷却固化包括：
[0023]保持所述冲压模具中凸模的位置不变并保持冲压压力1
‑
2MPa；
[0024]通过风冷或水冷使成形件冷却至室温，以使所述成形件内的CFRP树脂层固化。
[0025]可选的，制作CFRP树脂层时，相邻两层所述绝缘树脂层之间连续铺设三层所述碳纤维预浸料，且任意相邻两层所述碳纤维预浸料之间按照纤维走向垂直铺设。
[0026]可选的，所述绝缘树脂层为PEEK树脂层，所述金属板为铝合金板；所述CFRP树脂层铺设于两层所述铝合金板之间形成Al
‑
CFRP
‑
Al预成形件。
[0027]同时，本专利技术提出一种碳纤维金属层板，通过上述的碳纤维金属层板热冲压成形方法制作而成，包括：
[0028]第一金属板；
[0029]第二金属板，所述第二金属板与所述第一金属板相邻设置；
[0030]CFRP树脂层，所述CFRP树脂层铺设于所述第一金属板与所述第二金属板之间。
[0031]本专利技术相对于现有技术取得了以下技术效果：
[0032]本专利技术提供的碳纤维金属层板热冲压成形方法，利用碳纤维导电性辅助加热纤维金属层板。首先采用碳纤维电加热方式加热已预热的CFRP树脂层，使得碳纤维金属层板热量由内向外热传导，树脂受热更加均匀，减少了由于层间温度梯度过大引起的残余应力，提
高了成形质量；同时，碳纤维电加热产热量大、电热转换率高，可和外部热源共用作用使金属层板快速加热至成形温度，缩短了成形时间，提高了成形效率，也进一步提高了成形质量。其中，碳纤维电加热通过控制电流强度来控制加热温度，可实现准确控制，适用于多种碳纤维增强树脂基金属层合板热冲压成形，实用性强。
[0033]本专利技术提出的碳纤维金属层板结构布置合理，适用于热冲压成形。
附图说明
[0034]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0035]图1为本专利技术实施例所公开的碳纤维金属层板的成形流程图；
[0036]图2为本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种碳纤维金属层板热冲压成形方法，其特征在于，包括：预热CFRP树脂层至树脂软化温度；将金属板与预热完成的CFRP树脂层铺层形成预成形件；对所述预成形件的外层加热，同时给所述预成形件内的CFRP树脂层通电，以使所述金属板在外部加热和CFRP树脂层导热的双重加热条件下达到成形温度；将达到成形温度的预成形件冲压成形。2.根据权利要求1所述的碳纤维金属层板热冲压成形方法，其特征在于，预热CFRP树脂层之前，还包括CFRP树脂层的制作；其中，所述CFRP树脂层的制作包括：将绝缘树脂层和碳纤维预浸料按照相邻两层所述绝缘树脂层之间设置至少一层所述碳纤维预浸料的方式进行铺层，形成CFRP树脂层；将电极片通过导电胶粘接于所述碳纤维预浸料，并将所述电极片的导线引出。3.根据权利要求1所述的碳纤维金属层板热冲压成形方法，其特征在于，采用热压机将CFRP树脂层预热至所述树脂软化温度，所述树脂软化温度位于树脂玻化温度和树脂熔融温度之间。4.根据权利要求1所述的碳纤维金属层板热冲压成形方法，其特征在于，采用热压机对所述预成形件的外层加热并施压，并使所述预成形件在5min内升温至所述成形温度，且所述成形温度不小于树脂熔融温度。5.根据权利要求1所述的碳纤维金属层板热冲压成形方法，其特征在于，将达到成形温度的预成形件移至冲压模具，以对预成形件冲压成形；其中，达到成形温度的预成形件在5s之内转移至所述冲压模具。6.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：李毅波，卢燕，黄明辉，潘晴，陈超，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：