一种一体成型的碳纤维盒体及其制造方法技术

本发明专利技术涉及复合材料成型技术领域，公开一种一体成型的碳纤维盒体及其制造方法，包括步骤：步骤1，在盒体型的阴模模具上铺层碳纤维预浸料，在碳纤维预浸料表面依次铺层脱模布、隔离膜、透气毡和真空袋，铺层过程中预留真空管；步骤2，将铺层后的阴模模具进行热压罐固化，高压环境包括真空袋内压和外压；内压通过预留抽真空管抽真空实现，外压由热压罐环境提供；步骤3，取出固化后的阴模模具，对模具边缘切割打磨、脱模得到碳纤维盒体。本发明专利技术采用搭接铺层技术及局部加强铺层保证碳纤维盒体有优异的力学性能，最终制造的一体成型碳纤维盒体内表面尺寸精度高，表面光滑、重量轻、孔隙率低且力学性能优异。学性能优异。学性能优异。

【技术实现步骤摘要】
一种一体成型的碳纤维盒体及其制造方法


[0001]本专利技术涉及复合材料成型
，具体涉及一种一体成型的碳纤维盒体及其制造方法。

技术介绍

[0002]军队机动和后勤保障在现代军事活动当中非常重要，通过物资箱输送物资是必不可少的一部分，实战和演习中对便携式物资箱、应急箱等有轻量化、便携式的需求，且放置在仓库中军用物资箱需采取的地面堆垛的方式。当潜艇在水下潜航时，需降低舱室内CO2浓度提高O2浓度来保障艇员的正常生活和工作。
[0003]氢氧化锂吸收CO2技术在国内外海军潜艇上被广泛使用，特点是吸收速率快，吸收量大。现有技术中储运LiOH的罐/盒大多为金属结构，存在重量大，携带不便等问题。
[0004]如CN210762061U中公开的一种氢氧化锂的储存罐，包括罐体，所述罐体的顶部螺纹连接有罐盖。该氢氧化锂的储存罐，罐体通过锁销将防护罩与罐体锁定，而且罐体与防护罩均为不锈钢制成。但作为储运LiOH的罐/盒，需在原有金属结构的基础上，减轻重量提高轻便性，挥发分少，且可多组堆叠，结构应当更为简单。
[0005]除保护功能外，均对便携式盒体结构有轻量化、便携式、可堆叠的迫切需求。然而现有便携式盒体多采用金属材料制备，固采用比强度高，比模量大，抗疲劳性能好，耐化学腐蚀性好等优点的碳纤维复合材料可以有效的提高盒体的综合性能，减重提高便携舒适性。
[0006]碳纤维盒体适用于训练器械的存储、仪器设备、小型器械、紧急物资、外出作业等场景。能够在恶劣的外在环境条件下提供良好的防护能力、重量轻，在野战救护、航天航空、海洋、抗震救灾、石油和地质勘探等方面应用。
[0007]CN105500730 A公开了一种厚铺层复合材料盒体高精度成型模具及方法，模具包括盒体底部阴模(1)、盒体侧壁传压块(2)、脱模板(3)、盒体侧壁阴模(4)、阳模(5)、底板(6)。基于所述的厚铺层复合材料盒体高精度成型模具，在阳模(5)上将复合材料的盒体预浸料铺层逐层铺贴热压成型。采用本专利技术的模具及方法成型的复合材料盒体内外形面精度可以达到
±
0.1mm以上，可以作为承力零件胶接在航空部件中，并且满足后期装配要求。但该专利技术的模具结构设计复杂，对模具的要求也高，仅能保证盒体外形尺寸的精准度。
[0008]目前采用的转运箱、盒体多为金属材质，由于金属材料密度大，不利于减重和整体性能的提高。目前已有可以用作碳纤维复合材料便捷式盒体的制造方法，但主要都是以短切纤维增强注塑制品为主。传统短纤注塑制得碳纤维复合材料盒体力学性能较差，对模具要求过高，且只能保证盒体的外形尺寸，不适合对严苛条件下有较好力学性能要求的产品。复合材料盒体与金属件连接部位应力集中，力学性能下降，导致与金属件配合区域设计困难。除此之外，该方法制得盒体存在着制品内部孔隙率高，树脂含量不可控等缺点，而且生产环境恶劣。
[0009]上述问题是在一体成型碳纤维盒体的制造方法设计与生产过程中应当予以考虑
并解决的问题。

技术实现思路

[0010]本专利技术针对现有技术中短纤注塑制得碳纤维复合材料盒体力学性能较差，模具制造要求过高，力学性能差，存在着制品内部孔隙率高，树脂含量不可控等缺点，本专利技术提供一种一体成型碳纤维盒体的制造方法，制得的盒体力学性能优异，孔隙率低，且产品轻便可堆叠。
[0011]为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：
[0012]一种一体成型的碳纤维盒体的制造方法，包括步骤：
[0013]步骤1，在盒体型的阴模模具上铺层碳纤维预浸料，在碳纤维预浸料表面依次铺层脱模布、隔离膜、透气毡和真空袋，铺层过程中预留真空管；
[0014]步骤2，将铺层后的阴模模具进行热压罐固化，高压环境包括内压和外压；内压通过预留抽真空管抽真空实现，外压由热压罐环境提供；
[0015]步骤3，取出固化后的阴模模具，对模具边缘切割打磨、脱模得到碳纤维盒体。
[0016]本专利技术利用热压罐内部的高温压缩气体产生压力对复合材料坯料进行加热、加压以完成复合材料的固化成型。由于热压罐是利用压缩空气向罐内充气加压，因此气体作用在真空袋内的构件上压力均匀。同时，由于热压罐内安装有大功率风扇和导风套，气体在罐内高速循环保证其内部各点气体温度基本相同，从而使构件各处固化温度一致。因此，热压罐成型工艺可以保证成型构件的质量稳定，孔隙率较低、树脂含量均匀，力学性能稳定可靠。
[0017]另一方面本专利技术中采用搭接铺层技术及局部加强铺层进一步保证碳纤维盒体有优异的力学性能，搭接铺层采用材料均为碳纤维织物预浸料，能够精确控制产品的树脂含量，降低制品孔隙率，最终制造的一体成型碳纤维盒体内表面尺寸精度高，表面光滑、重量轻，且力学性能优异。
[0018]步骤1中，碳纤维预浸料铺层按照[45
°
/
‑
45
°
/
‑
45
°
/45
°
]铺贴，预浸料搭接面宽度在20mm以上，搭接点距离在30mm以上。这样的铺贴方式能够进一步降低孔隙率，提高整体的力学强度。
[0019]优选地，碳纤维预浸料铺贴之前，在模具表面涂抹脱模剂；
[0020]步骤2中全程抽真空，真空度保持
‑
0.9bar以上；外压由热压罐环境提供为3bar。
[0021]优选地，所述碳纤维盒体侧壁设有加强区，步骤1中增加加强区的碳纤维预浸料铺层数。优选地，加强区多铺贴2
‑
3层，以提高盒体的抗压能力。
[0022]优选地，所述碳纤维预浸料为碳纤维斜纹织物预浸料。碳纤维斜纹织物与平纹织物相比，两股交织物之间的距离越长，卷曲越少，潜在应力集中越小，更有利于平衡盒体的应力。
[0023]优选地，所述碳纤维预浸料中含有35
‑
45wt％的环氧树脂。环氧树脂为耐高温环氧树脂，树脂的耐温可达150℃，能够保证制备的盒体构件在
‑
70℃至85℃的高低温交变环境下使用，且力学性能下降不超过10％；得到的盒体能够适应高低温交变环境下的使用要求，满足实战和演习中对便携式物资箱、应急箱等有轻量化、便携式的需求的同时，满足救援过程中的极端天气状况下的使用，未来可以搭载无人机放置在临空空间环境下使用。在高低
温环境下，仍能够保持力学性能，起到盒体的保护作用。
[0024]优选地，所述碳纤维盒体的脱模角为90.2
‑
90.5
°
；所述脱模角指侧面与底面的夹角。因盒体采用90
°
是无法脱模，碳纤维复合材料与金属模具之间会形成预紧力，导致盒体无法脱模。因此需往脱模角度小且盒体可堆叠方向、经济性等方面考虑，经过试验，确定90.2
‑
90.5
°
是可脱模的盒体状态，且不会损坏盒体结构，不增加脱模所需的材料成本，优选盒体的脱模角度为90.2
°
；
[0025]优选地，所述碳纤维本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种一体成型的碳纤维盒体的制造方法，其特征在于，包括步骤：步骤1，在盒体型的阴模模具上铺层碳纤维预浸料，在碳纤维预浸料表面依次铺层脱模布、隔离膜、透气毡和真空袋，铺层过程中预留真空管；步骤2，将铺层后的阴模模具进行热压罐固化，高压环境包括真空袋内压和外压；内压通过预留抽真空管抽真空实现，外压由热压罐环境提供；步骤3，取出固化后的阴模模具，对模具边缘切割打磨、脱模得到碳纤维盒体。2.根据权利要求1所述的一体成型的碳纤维盒体的制造方法，其特征在于，步骤1中，碳纤维预浸料铺层按照[45
°
/
‑
45
°
/
‑
45
°
/45
°
]铺贴，预浸料搭接面宽度在20mm以上，搭接点距离在30mm以上。3.根据权利要求1所述的一体成型的碳纤维盒体的制造方法，其特征在于，步骤2中全程抽真空，真空度保持
‑
0.9bar以上；外压由热压罐环境提供为3bar。4.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：李莹莹，张永刚，王雪飞，于水鑫，金璐，钱鑫，
申请(专利权)人：中国科学院宁波材料技术与工程研究所，
类型：发明
国别省市：