一種模擬涂覆快速成型濕法模壓工藝的制作方法

本發明涉及高分子材料制備技術領域，尤其涉及一種模擬涂覆快速成型濕法模壓工藝。

背景技術：

樹脂基復合材料是以熱固性或熱塑性樹脂為基體，以碳纖維、玻璃纖維、芳綸纖維為增強體的一類材料，特別是碳纖維樹脂基復合材料，因其質量輕、強度好、模量高于金屬的優點，成為實現汽車輕量化不可或缺的材料。典型的樹脂基復合材料成型技術有手糊成型工藝、樹脂傳遞模塑工藝(rtm)、真空輔助工藝、纏繞工藝、熱壓罐工藝以及模壓工藝等，這些工藝技術最初主要應用于軍工、航空航天等高精端領域，因此主要專注于質量方面，成型效率低、成本高，不能滿足汽車部件生產的節拍及成本要求。近年來針對這些問題，國外主要汽車廠商與各大供應商展開合作，進行了一些技術探索，目前適合汽車部件批量化生產的比較有潛力的工藝方向有預浸料模壓、濕法模壓以及高壓樹脂傳遞模塑(hp-rtm)等。

濕法模壓工藝屬于液體模壓成型(lcm)工藝的一種，其特點在于，不采用纖維增強樹脂預浸料為原料，而是像濕鋪、樹脂灌注或樹脂傳遞模塑(rtm)等其他復合材料成型工藝一樣，改用干纖維和液態樹脂為原料；首先將干纖維鋪放到模具型腔中，而后采用噴涂、澆注或涂刷等方法將樹脂涂覆到干纖維表面，最后合模升溫升壓，保壓固化成型得到產品。因此，濕法模壓工藝無需價格昂貴的預浸料，也無需樹脂注射，工藝簡單，初次投入少，成本較低；制品雙面光潔，外觀尺寸重復性好，易實現機械化和自動化。

但是，在濕法模壓工藝涂覆樹脂的過程中，不可避免的會產生樹脂的噴濺、滴落或溢出，造成現場環境較差；為了充分浸潤干纖維，涂覆的樹脂通常是過量的，不但造成樹脂浪費，合模時還易發生樹脂的溢出，污染模具；每一成型循環周期模具均需較低的脫模溫度升至固化溫度，而后再降至脫模溫度，升降溫幅度大，因而成型周期長，效率低，能耗高。成型周期一般不低于1小時，成型效率低于金屬、塑料等汽車用材料的成型，限制了濕法模壓工藝批量成型碳纖維汽車部件。

因此，需要一種新的技術手段解決上述問題。

技術實現要素：

發明目的：為了克服現有技術中傳統濕法模壓工藝生產現場環境差、樹脂浪費、模具污染、成型周期長、效率低、能耗高、成型循環周期不低于1小時，難以滿足批量化程度低的軍工、航空航天行業需求以及汽車行業碳纖維部件大規模批量化生產需求的問題，本發明提出了一種環境友好、高效、快速、提高生產效率、低碳低能耗、且成型成品質量好的模擬涂覆快速成型濕法模壓工藝。

技術方案：為了解決上述技術問題，本發明所采用的技術方案為：一種模擬涂覆快速成型濕法模壓工藝，以干纖維織物為增強材料，以低粘度、快速固化、高玻璃化溫度樹脂為基體材料，其材料和設備包括：濕法模壓用壓機、自清潔不粘模具、快速加熱及快速冷卻輔助設備系統、自動裁床、空壓機、涂覆操作臺、噴槍及真空泵；工藝主要包括模擬涂覆工藝、模具快速加熱和快速冷卻工藝、熱鋪放工藝、熱取件工藝以及自清潔不粘模具的自清潔工藝，具體如下：

(1)模擬涂覆工藝以及熱鋪放工藝：利用模擬軟件對自清不粘模具型腔中樹脂的動態流動和其對干纖維的浸潤進行模擬，根據模擬結果確定樹脂涂覆的位置和用量；然后進行干纖維織物的裁剪、涂覆以及鋪疊：將用自動裁床裁切好的干纖維織物置于涂覆操作臺上，按模擬結果用真空噴槍噴涂進行樹脂涂覆，按照鋪層設計進行鋪疊，將自清潔不粘模具升溫至熱鋪放溫度，轉移鋪疊好的干纖維織物至自清潔不粘模具型腔中；

(2)在線壓機內固化成型工藝：對熱鋪放的材料進行合模加壓并抽真空，合模后在0.4-0.8mpa的壓力下預壓實0.5-1min并同時進行抽真空，真空度不低于-97kpa，將自清潔不粘模具快速加熱升溫至固化溫度，再將壓力升至6-20mpa熱壓成型1-1.5min，再進行快速冷卻降溫至熱取件溫度；

(3)熱取件以及自清潔工藝：開模取出產品，并轉移到冷模具中冷卻后處理，模具無需清理，同時進行快速冷卻降溫至熱鋪放溫度，直接進入下一周期熱鋪放工藝，其中壓機內固化成型工藝、下一周期壓機外模擬涂覆以及熱鋪放工藝以及上一周期的產品冷卻后處理工藝同時進行。

所述自清潔不粘模具基材為金屬材料制備而成，其型腔涂覆一層不粘涂層；所述不粘涂層為聚四氟乙烯、硅膠材料中的一種或兩種混合；無需涂覆脫模劑，產品脫模時無殘留，無需額外的模具清潔工藝；在室溫到200℃的固化溫度范圍內，在6-20mpa的固化壓力下，在5萬模次以內，不發生起泡、開裂、脫落、變色等問題。

更進一步的，所述模擬涂覆的位置和用量，涂覆在每層之間進行或每隔2-3層干纖維織物涂覆一次或僅在中心層涂覆，具體取決于鋪層方式、產品結構形狀以及樹脂種類和粘度等，并以最優模擬結果為準。

更為優選的，所述干纖維織物為碳纖維、玻璃纖維、芳綸纖維、其他有機或無機纖維、其他有機或無機纖維的混編物中的一種或多種混合。

更為優選的，所述樹脂為熱固性樹脂或熱塑性樹脂；所述熱固性樹脂為環氧樹脂、酚醛樹脂、不飽和聚酯中的一種或多種混合；所述熱塑性樹脂為尼龍樹脂、聚甲醛樹脂中的一種或兩種混合。

所述熱鋪放溫度為80-120℃，為樹脂流動性和浸潤性最佳的溫度，所述熱取件溫度為120-160℃，無需降至60℃以下的較低溫度。

更為優選的，所述固化溫度為室溫至200℃。

更為優選的所述模擬軟件為ansys軟件或fibersim軟件。

更為優選的，所述快速加熱和快速冷卻通過快速加熱及快速冷卻輔助設備系統實現，所述自清潔不粘模具從室溫加熱至200℃或冷卻回室溫不超過3min。

更進一步的，所述快速加熱及快速冷卻輔助設備系統為熱油流道和熱油箱以及冷油流道和冷油箱；加熱時熱油流道開啟，冷卻時冷油流道開啟。

有益效果：本發明提供的一種模擬涂覆快速成型濕法模壓工藝，以低粘度、快速固化、高玻璃化溫度樹脂為基體材料，主要包括模擬涂覆工藝、模具快速加熱和快速冷卻工藝、熱鋪放工藝、熱取件工藝以及自清潔不粘模具的自清潔工藝；可實現壓機內固化成型工藝、下一周期壓機外模擬涂覆以及熱鋪放工藝、上一周期的產品冷卻后處理工藝同時進行，最終產品無翹曲變形。模擬涂覆確定了最佳涂覆位置和用量，有效節約了樹脂用量，合模時無樹脂溢出，無模具污染，壓機之外進行樹脂涂覆，現場環境友好，整個工藝無需預成型、涂脫模劑、模具清理步驟，以及快速加熱和冷卻設備的使用，省去了每個成型周期的模具升降溫時間，從而大幅節省了成型時間，提高了生產效率，減少了升降溫耗電成本，改善了成型環境，最終的成型周期最短可以控制在5min以內，成型產品質量良好，可滿足汽車件要求和生產趨勢要求。

附圖說明

圖1是本發明一種模擬涂覆快速成型濕法模壓工藝流程示意圖。

具體實施方式

下面結合實施例對本發明作進一步的詳細說明：

實施例1：

請參照圖1，一種模擬涂覆快速成型濕法模壓工藝，以干纖維織物為增強材料，以低粘度、快速固化、高玻璃化溫度樹脂為基體材料，具體干纖維織物為單向碳纖維布，克重為250g/m²；基體材料為環氧樹脂，可在120℃下保持30min以上不凝膠不固化，固化溫度為160℃，固化時間為1min，固化后玻璃化溫度為145-155℃，其設備包括：濕法模壓用壓機、自清潔不粘模具、快速加熱及快速冷卻輔助設備系統、自動裁床、空壓機、涂覆操作臺、噴槍及真空泵；工藝主要包括模擬涂覆工藝、模具快速加熱和快速冷卻工藝、熱鋪放工藝、熱取件工藝以及自清潔不粘模具的自清潔工藝，具體如下：

利用ansys軟件對樹脂在平板模具型腔中的動態流動和浸潤進行模擬，確定樹脂涂覆的位置和用量(每3層涂覆一次，距邊緣50mm范圍可不涂覆，涂覆量為每次約120g)；然后用自動裁床裁剪單向碳纖維布(尺寸300*600mm)，在操作臺上用真空噴槍進行涂覆樹脂并鋪疊，鋪層按照全部0°鋪疊18層，同時將模具快速加熱到120℃；將涂覆與鋪疊好的單向碳纖維布鋪放到120℃平板自清潔不粘模具型腔中；而后合模，并在0.6-0.8mpa的壓力下預壓實30-40s并抽真空，真空度不低于-97kpa；快速升溫至160℃，并在8-12mpa壓力下加壓固化1min；快速降溫至150℃，開模熱取件；最后將碳板轉移到壓機外冷模進行冷卻及后處理，同時自清潔不粘模具快速降溫至120℃，無需模具清理，可直接執行下一周期熱鋪放，整個成型循環周期用時4-5min；且產品無翹曲無變形。

經測試，上述成型件的基本性能為：

0°拉伸強度1523mpa，0°拉伸模量102gpa；

90°拉伸強度41mpa，90°拉伸模量6.8gpa；

0°壓縮強度1092mpa；

與碳纖維環氧樹脂常規濕法模壓成型復合材料性能差別不大。

實施例2：

請參照圖1，一種模擬涂覆快速成型濕法模壓工藝，以干纖維織物為增強材料，以低粘度、快速固化、玻璃化溫度樹脂為基體材料，具體干纖維織物為單向碳纖維布，克重為250g/m²；基體材料為乙烯基樹脂，可在100℃下保持30min以上不凝膠不固化，固化溫度為130℃，固化時間為1min，固化后玻璃化溫度為120-130℃，其設備包括：濕法模壓用壓機、自清潔不粘模具、快速加熱及快速冷卻輔助設備系統、自動裁床、空壓機、涂覆操作臺、噴槍及真空泵；工藝主要包括模擬涂覆工藝、模具快速加熱和快速冷卻工藝、熱鋪放工藝、熱取件工藝以及自清潔不粘模具的自清潔工藝，具體如下：

利用ansys軟件對樹脂在平板模具型腔中的動態流動和浸潤進行模擬，確定乙烯基樹脂涂覆的位置和用量(每2層涂覆一次，距邊緣40mm范圍可不涂覆，涂覆量為每次約75g)；然后用自動裁床裁剪單向碳纖維布(尺寸300*600mm)，在操作臺上用真空噴槍進行涂覆樹脂并鋪疊，鋪層按照[+45°/-45°]4s，同時將模具快速加熱到100℃；將涂覆與鋪疊好的單向碳纖維布鋪放到100℃平板模具型腔中；而后合模，并在0.8-1.0mpa的壓力下預壓實35-45s并抽真空，真空度不低于-97kpa；快速升溫至130℃，并在8-14mpa壓力下加壓固化1min，直接開模熱取件；最后將碳板轉移到壓機外冷模進行冷卻及后處理，同時自清潔不粘模具快速降溫至100℃，無需模具清理，可直接執行下一周期熱鋪放，整個成型循環周期用時4-5min，產品無翹曲無變形。

經測試，上述成型件的基本性能為：

±45°拉伸面內剪切強度65mpa，±45°拉伸面內剪切模量4.1gpa，與碳纖維乙烯基樹脂常規濕法模壓成型復合材料性能差別不大。

應當指出，以上具體實施方式僅用于說明本發明而不用于限制本發明的范圍，在閱讀了本發明之后，本領域技術人員對本發明的各種等價形式的修改均落于本申請所附權利要求所限定的范圍。