基于环氧发泡芯材的碳纤维复材制品的模内成型工艺的制作方法

本发明涉及复合材料成型，尤其涉及一种基于环氧发泡芯材的碳纤维复材制品的模内成型工艺。

背景技术：

1、碳纤维复合材料兼具具有性能强，重量轻，被广泛应用于汽车、轮船、飞机和运动器械等产品中。目前基于环氧树脂的碳纤维复合材料制品的减重方案基本采用常规的夹芯材料，例如pvc，pmi，pet，pu，蜂窝纸、巴莎木等，上述轻质材料都存在各自的优缺点和局限性，市面上的成型工艺主要有手糊工艺、预浸料模压工艺、真空袋压烤箱工艺、热压罐工艺、rtm、hp-rtm、热膨胀模压成型工艺hem等，现有的轻质夹芯材料和成型工艺存在各自的优缺点和局限性，然而对于基于环氧发泡芯材的碳纤维复材，碳纤维预浸料与环氧发泡芯材的界面结合性差，存在较多空隙，且压机成型工艺容易对环氧发泡芯材造成结构破坏，从而严重降低产品性能，还有生产效率偏低，难以保证优品率和效率。

技术实现思路

1、本发明提供了一种基于环氧发泡芯材的碳纤维复材制品的模内成型工艺，以解决当前成型无法满足基于环氧发泡芯材的碳纤维复材制品的产品性能要求的技术问题。

2、为了解决上述技术问题，第一方面，本发明提供了一种基于环氧发泡芯材的碳纤维复材制品的模内成型工艺，包括：

3、将环氧芯材放入模具进行加热发泡，得到环氧发泡芯材；

4、根据力学设计要求，采用碳纤维干布铺层，以包裹所述环氧发泡芯材，得到预制品；

5、将预制品放置于模腔，合模锁模，抽真空使模腔处于负压状态；

6、将双组份环氧树脂胶液通过混合注胶设备注入上述模腔，受热固化，冷却，平衡模具内外压强，脱模，得到碳纤维复材制品，其中注胶压力为0.11mpa～15mpa，固化温度为25℃～150℃，固化维持时间为1min～24h，冷却温度范围25℃～100℃。

7、在其中一些实施例中，所述将环氧芯材放入模具进行加热发泡，得到环氧发泡芯材，包括：

8、将环氧芯材放入模具，再将模具送入压机合模锁模，对模具进行加热，以使环氧芯材受热发泡为所述环氧发泡芯材，加热温度为120℃～150℃，加热时间为10min～60min；

9、待模具冷却后，开模取出环氧发泡芯材。

10、在其中一些实施例中，所述环氧发泡芯材的密度为0.015g/cm3～0.6g/cm3。

11、在其中一些实施例中，所述模具的温度冷却至不大于80℃。

12、在其中一些实施例中，所述负压状态为模腔气压＝0.1pa～100kpa。

13、在其中一些实施例中，当所述固化温度为150℃时，所述固化时间为1min～10min。

14、在其中一些实施例中，所述碳纤维干布的铺层角度包括0°、45°、-45°和90°中的一种或多种。

15、在其中一些实施例中，所述环氧芯材的密度为0.3g/cm3～1.15g/cm3。

16、可选地，环氧芯材选自惠州市致诚新材料科技有限公司的环氧芯材efc系列的k102、k103、k119、k126、k127、k127x、k128、k129、k130、k132、k138、k140、k141、k143、k150、k520、k521、k531、k550、k560、k561、k601、k615、k618、k620、k621、k622、k630、k660、k680、k683、k806、k810、k812、k812-3、k812-5、k813、k815、k820、k830、k835、k836、k839、k870、k880、k890、k930、k950、k951、k970、k971、k972、k973、k974或k975。

17、在其中一些实施例中，所述双组份环氧树脂胶液包括a组份环氧树脂和b组份胺类固化剂，其中a组份环氧树脂的25℃粘度范围为500-1000cps，环氧当量范围为150-200g/eq；b组份胺类固化剂的25℃年度范围为30-1000cps，活泼氢当量为25-150g/eq；a组份环氧树脂和b组份胺类固化剂的质量比为1：(1.2-0.15)。

18、可选地，双组份环氧树脂胶液选自惠柏新材的ml-5419ab和am-8931ab，以及亨斯迈的araldite ly 3585/aradur 3834，araldite ly 3508/aradur 3475和araldite ly1572/aradur 22962。

19、在其中一些实施例中，所述碳纤维干布的纤维丝束范围为1000-24000，拉伸强度3000-7000mpa，拉伸模量200-400gpa。

20、与现有技术相比，本发明至少具备以下有益效果：

21、1.本发明在制备过程中先负压后加压的工艺，可以有效排除复材层间的空气，获得致密的制品，从而能够制得外观质量高的碳纤维复材制品，并省去制品外观的后处理工艺(例如表面打磨工艺)；且环氧芯材可任意塑型和发泡可控，可满足不同外观形状的产品设计要求，尤其是能够满足某些局部尺寸小于1mm厚度或者尖角的产品设计要求，克服了现有发泡通过机加工cnc工艺无法实现芯材精度。

22、2.本发明的成型工艺与内部环氧发泡芯材结构强度匹配，对环氧发泡芯材的结构破坏小，只需在模腔注胶、加热固化，无需压机施加压制力，克服了传统压机成型工艺因瞬间压力过高，导致芯材和复材在界面处出现纤维层滑移褶皱、曲凸变形等现象，进而导致批量制品强度不稳定的问题。

23、3.本发明制品的界面结合性好，以碳纤维干布包裹环氧发泡芯材，再向模腔注入树脂胶液，以在模腔内浸润碳纤维干布并填满模腔，使之与环氧发泡芯材有更好的界面结合性能，克服传统工艺采用碳纤维预浸布与环氧发泡芯材结合存在缺胶、界面结合差的问题。

24、4.本发明采用热膨胀树脂传递模塑(heat expansion-resin transfer molding，he-rtm)工艺固化效率高，相比于传统压机成型工艺需要0.5h～24h的固化时间，本发明能够达到10min以内快速固化的效果，满足工业化高节拍批量生产。

技术特征：

1.一种基于环氧发泡芯材的碳纤维复材制品的模内成型工艺，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的基于环氧发泡芯材的碳纤维复材制品的模内成型工艺，其特征在于，所述将环氧芯材放入模具进行加热发泡，得到环氧发泡芯材，包括：

3.如权利要求1或2所述的基于环氧发泡芯材的碳纤维复材制品的模内成型工艺，其特征在于，所述环氧发泡芯材的密度为0.015g/cm3～0.6g/cm3。

4.如权利要求2所述的基于环氧发泡芯材的碳纤维复材制品的模内成型工艺，其特征在于，所述模具的温度冷却至不大于80℃。

5.如权利要求1所述的基于环氧发泡芯材的碳纤维复材制品的模内成型工艺，其特征在于，所述环氧芯材的密度为0.3g/cm3～1.15g/cm3。

6.如权利要求1所述的基于环氧发泡芯材的碳纤维复材制品的模内成型工艺，其特征在于，所述负压状态为模腔气压＝0.1pa～100kpa。

7.如权利要求1所述的基于环氧发泡芯材的碳纤维复材制品的模内成型工艺，其特征在于，当所述固化温度为150℃时，所述固化时间为1min～10min。

8.如权利要求1所述的基于环氧发泡芯材的碳纤维复材制品的模内成型工艺，其特征在于，所述碳纤维干布的铺层角度包括0°、45°、-45°和90°中的一种或多种。

9.如权利要求1所述的基于环氧发泡芯材的碳纤维复材制品的模内成型工艺，其特征在于，所述双组份环氧树脂胶液包括a组份环氧树脂和b组份胺类固化剂，其中a组份环氧树脂的25℃粘度范围为500～1000cps，环氧当量范围为150～200g/eq；b组份胺类固化剂的25℃粘度范围为30～1000cps，活泼氢当量为25～150g/eq；a组份环氧树脂和b组份胺类固化剂的质量比为1：(1.2～0.15)。

10.如权利要求1所述的基于环氧发泡芯材的碳纤维复材制品的模内成型工艺，其特征在于，所述碳纤维干布的纤维丝束范围为1000～24000，拉伸强度3000～7000mpa，拉伸模量200～400gpa。

技术总结本发明公开了一种基于环氧发泡芯材的碳纤维复材制品的模内成型工艺，包括：将环氧芯材放入模具进行加热发泡，得到环氧发泡芯材；根据力学设计要求，采用碳纤维干布铺层，以包裹所述环氧发泡芯材，得到预制品；将预制品放置于模腔，合模锁模，抽真空使模腔处于负压状态；将双组份环氧树脂胶液通过混合注胶设备注入上述模腔，受热固化，冷却，平衡模具内外压强，脱模，得到碳纤维复材制品。本发明能够制得外观质量高的碳纤维复材制品，成型过程工艺与内部的环氧发泡芯材结构强度匹配，使得制品界面结合性好以及固化效率高，能够满足工业化批量生产。技术研发人员：谢容泉受保护的技术使用者：惠州市致诚新材料科技有限公司技术研发日：技术公布日：2025/1/6