【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于碳纤维增强热固性复合材料制造领域，具体涉及一种制备碳纤维增强热固性复合材料的装置及方法。
技术介绍
1、液体模塑传递成型（rtm）工艺是一种基于热固型树脂及碳纤维增强体为原材料的复合材料成型工艺。因其半闭模注射，效率高，适用成型复杂结构等优点，成为目前汽车复合材料制造领域的研究热点。然而，rtm成型工艺由于使用液体树脂浸润干纤维织物的特点，在浸润过程中会造成纤维浸润不足或浸润不均匀的情况，因而不可避免的会在材料内部形成孔隙缺陷。据研究，孔隙的存在显著地降低了碳纤维复合材料（cfrp）的层间剪切、拉伸、疲劳等力学性能。因此，为减少复合材料中孔隙缺陷，开发创新的rtm成型方法成为提升其力学性能的关键。
2、虽然，姜再兴（cn 101549524a）等人利用超声波施加在rtm成型中的储胶罐上，改善了树脂与纤维浸润性和rtm成品的拉伸强度。但该装置由于持续对树脂进行处理，超声振动引起的热效应会使剩余树脂提前发生固化反应，不利于工业化生产和制品的稳定性。而且据文献报道，rtm成型的碳纤维复合材料中的孔隙来源不仅仅是溶解在树脂中的气泡，更多是在树脂浸润织物时由于树脂在纤维丝和纤维束中双尺度流动的不均衡性所引起。所以该技术并不适用于改善rtm制品的孔隙缺陷。
3、目前，还没有将超声波振动用在抑制rtm工艺成型的碳纤维复合材料的孔隙缺陷及提高层间剪切性能的相关研究和报道。
技术实现思路
1、本专利技术所要解决的技术问题是，提供一种利用超声波振动的方式提升纤维织
2、本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：
3、一种制备碳纤维增强热固性复合材料的装置，包括顶板、上模板、下模固定底座、底座支架和超声振动装置；
4、所述上模板上设有凸模定位板、凸模、调节螺杆和树脂出口；所述凸模定位板通过固定螺杆安装在上模板下方；所述凸模安装在凸模定位板中，且与上模板之间安装有连接螺杆，所述凸模的侧面设有密封圈；所述调节螺杆安装在上模板上，底部能与凸模相接触；所述上模板和凸模定位板上设有起模连杆定位孔，并安装有起模连杆；所述树脂出口设在上模板的左侧，并通过管路连接至凸模的底面；
5、所述下模固定底座上设有凹模和电加热棒；所述凹模安装在下模固定底座中间，且凹模与下模固定底座之间安装有垫片，所述凹模的上端面设有垫圈；所述电加热棒安装在下模固定底座中，且位于凹模下方；所述凸模与凹模组合形成密闭的成型腔；所述凹模包括起模块、树脂导流槽、树脂入口和连接凸台；所述起模块与起模连杆相连接，所述树脂入口设在凹模底部的右侧，所述树脂导流槽设在树脂入口处，沿凹模的宽度方向布置，所述连接凸台固定安装在凹模底部中间位置，所述连接凸台内设有螺纹孔，所述超声振动装置通过螺栓及螺纹孔与连接凸台相连接。
6、优选地，所述超声振动装置包括超声波变幅杆、换能器和电源箱；所述超声波变幅杆与连接凸台通过螺栓及螺纹孔相连接；所述换能器与超声波变幅杆相连接，所述电源箱通过电源线与换能器相连接。
7、优选地，所述装置还包括树脂罐、真空管、止流夹、废料收集罐和真空泵；所述真空管的一端与凹模中的树脂入口相连接，另一端通过止流夹与树脂罐相连接；所述废料收集罐的一端通过真空管、止流夹与树脂出口相连接，另一端通过真空管与真空泵相连接。
8、优选地，所述固定螺杆有四个，成方形分布在上模板上；所述连接螺杆有四个，成方形分布在上模板上；所述调节螺杆有三个，成三角形分布在上模板上；所述起模连杆定位孔有四个，分别安装有起模连杆。
9、优选地，所述电加热棒有四根，平行布置；所述起模块有四个，分别安装在凹模四周，并与起模连杆相连接。
10、一种制备碳纤维增强热固性复合材料的方法，具体步骤如下：
11、（一）材料选择：选择碳纤维织物作为增强体，选择热固性树脂作为基体材料，并将热固性树脂置于树脂罐中；
12、（二）准备工作：通过上模板中调节螺杆调节凸模相对位置，控制成型腔的高度；对凹模和凸模表面分别涂一层脱模剂；通过真空管、止流夹连接树脂入口和树脂罐，并关闭止流夹；通过真空管、止流夹连接树脂出口与废料收集罐，并打开止流夹，同时通过真空管连接废料收集罐与真空泵；
13、（三）复合材料制备：将碳纤维织物放入成型腔中，控制上模板向下运动，密闭成型腔；打开真空泵，使成型腔内为真空状态，等待压力稳定；打开超声振动装置，设置好功率和时间，开启超声振动，超声振动的方向为树脂流动方向的法向，打开进口处止流夹，使热固性树脂浸润碳纤维织物并到达出口一侧时，关闭超声振动，等待热固性树脂从出口流出两分钟，关闭进口处止流夹和出口处止流夹，关闭真空泵；打开电加热棒，设置加热温度，等待一定时间，固化成型为碳纤维增强热固性复合材料。
14、优选地，步骤（一）中，所述碳纤维织物为±45°无屈曲碳纤维织物；所述热固性树脂是由in2环氧树脂与at-30慢速固化剂按照质量比为100:25-35的比例混合均匀而成。
15、优选地，步骤（二）中，所述成型腔的高度为1-5mm。
16、优选地，步骤（三）中，真空泵上压力表显示为-0.09mpa至-0.1mpa，此时成型腔内为真空状态。
17、优选地，步骤（三）中，所述超声振动装置的频率20khz、功率0-1000w；在热固性树脂浸润碳纤维织物的过程中施加超声振动，设置超声振动装置的功率为400-600w，时间为2-6min；在打开电加热棒时，设置加热温度为室温-200℃。
18、本专利技术的有益效果是：
19、装置的优点：相较于传统的rtm成型，除了加热功能外，该装置具有超声振动、观察树脂流动前沿、可变成型厚度及方便脱模的功能，该模具针对碳纤维织物，包括但不限于平纹织物、缝合织物及无屈曲织物的复合材料的成型。
20、在超声波与rtm模具的连接方面，做了以下改进：（1）为了将超声波施加在大尺寸的金属模具上，将下模具设计成凹模和下模固定底座两个部分，将超声波振动装置与凹模直接连接，加热装置设计在下模固定底座上，防止加热棒受到超声波振动的影响而减少寿命；（2）为保证超声波振动的均匀性和超声波有效的传递到成型腔，首先在凹模底部的中间位置加工一个长20mm的圆柱形凸台，并在其内部加工螺纹孔，再将超声波变幅杆以螺栓的形式连接在凹模底部的中间。
21、在超声振动方向的选择上，做了以下的改进：改变了以往注塑成型的沿流动方向的方式，选择了垂直于流动方向的超声振动。一方面，垂直于流动方向的振动可以改善多层纤维织物在厚度方向的浸渍性能和减少孔隙缺陷；另一方面超声振动可以通过模具的弹性变形转化为沿流动方向的振动，促进树脂向出口方向的流动，从而使气泡随树脂流动而拉伸、变形并最终爆裂，最终改善制品中沿着流动方向分布的孔隙缺陷本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种制备碳纤维增强热固性复合材料的装置，包括顶板、上模板、下模固定底座、底座支架和超声振动装置，其特征在于：
2.根据权利要求1所述的制备碳纤维增强热固性复合材料的装置，其特征在于：所述超声振动装置包括超声波变幅杆、换能器和电源箱；所述超声波变幅杆与连接凸台通过螺栓及螺纹孔相连接；所述换能器与超声波变幅杆相连接，所述电源箱通过电源线与换能器相连接。
3.根据权利要求1或2所述的制备碳纤维增强热固性复合材料的装置，其特征在于：还包括树脂罐、真空管、止流夹、废料收集罐和真空泵；所述真空管的一端与凹模中的树脂入口相连接，另一端通过止流夹与树脂罐相连接；所述废料收集罐的一端通过真空管、止流夹与树脂出口相连接，另一端通过真空管与真空泵相连接。
4.根据权利要求1或2所述的制备碳纤维增强热固性复合材料的装置，其特征在于：所述固定螺杆有四个，成方形分布在上模板上；所述连接螺杆有四个，成方形分布在上模板上；所述调节螺杆有三个，成三角形分布在上模板上；所述起模连杆定位孔有四个，分别安装有起模连杆。
5.根据权利要求4所述的制备碳纤维增强热固性复合
6.一种制备碳纤维增强热固性复合材料的方法，其特征在于，具体步骤如下：
7.根据权利要求6所述的制备碳纤维增强热固性复合材料的方法，其特征在于：步骤（一）中，所述碳纤维织物为±45°无屈曲碳纤维织物；所述热固性树脂是由IN2环氧树脂与AT-30慢速固化剂按照质量比为100:25-35的比例混合均匀而成。
8.根据权利要求6或7所述的制备碳纤维增强热固性复合材料的方法，其特征在于：步骤（二）中，所述成型腔的高度为1-5mm。
9.根据权利要求6或7所述的制备碳纤维增强热固性复合材料的方法，其特征在于：步骤（三）中，真空泵上压力表显示为-0.09MPa至-0.1MPa，此时成型腔内为真空状态。
10.根据权利要求6或7所述的制备碳纤维增强热固性复合材料的方法，其特征在于：步骤（三）中，所述超声振动装置的频率20KHZ、功率0-1000W；在热固性树脂浸润碳纤维织物的过程中施加超声振动，设置超声振动装置的功率为400-600W，时间为2-6min；在打开电加热棒时，设置加热温度为室温-200℃。
...【技术特征摘要】
1.一种制备碳纤维增强热固性复合材料的装置，包括顶板、上模板、下模固定底座、底座支架和超声振动装置，其特征在于：
2.根据权利要求1所述的制备碳纤维增强热固性复合材料的装置，其特征在于：所述超声振动装置包括超声波变幅杆、换能器和电源箱；所述超声波变幅杆与连接凸台通过螺栓及螺纹孔相连接；所述换能器与超声波变幅杆相连接，所述电源箱通过电源线与换能器相连接。
3.根据权利要求1或2所述的制备碳纤维增强热固性复合材料的装置，其特征在于：还包括树脂罐、真空管、止流夹、废料收集罐和真空泵；所述真空管的一端与凹模中的树脂入口相连接，另一端通过止流夹与树脂罐相连接；所述废料收集罐的一端通过真空管、止流夹与树脂出口相连接，另一端通过真空管与真空泵相连接。
4.根据权利要求1或2所述的制备碳纤维增强热固性复合材料的装置，其特征在于：所述固定螺杆有四个，成方形分布在上模板上；所述连接螺杆有四个，成方形分布在上模板上；所述调节螺杆有三个，成三角形分布在上模板上；所述起模连杆定位孔有四个，分别安装有起模连杆。
5.根据权利要求4所述的制备碳纤维增强热固性复合材料的装置，其特征在于：所述电加热棒有四根...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨旭静，许鑫鑫，熊宸锋，王韬，李茂君，韦凯，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。