[发明专利]碳纤维管材的成型方法及其模具

说明书

技术领域

本发明涉及碳纤维复合材料技术领域，尤其涉及一种碳纤维管材的成型方法及其模具。

背景技术

碳纤维是由有机纤维经碳化及石墨化处理而得到的微晶石墨材料。碳纤维的微观结构类似人造石墨，是乱层石墨结构。碳纤维是一种力学性能优异的新材料，碳纤维树脂复合材料抗拉强度一般都在3500Mpa以上，是钢的7～9倍，抗拉弹性模量为230-430Gpa。因此材料的强度与其密度之比可达到2000Mpa以上。

铝合金是工业应用较广泛的一类有色金属结构材料，其塑形高、抗腐蚀性能好，可制成各种管材、型材和板材。但是铝合金管材由于重量大、避震性差，应用在自行车架、摄影器材等对重量和抗震性能要求较高的场合中，容易对自行车性能、摄影效果等造成影响。随着碳纤维复合材料技术的不断开发与演进，碳纤维复合材料的管材由于具有重量轻、强度高、韧性佳、抗震性强等优点，而逐渐取代了铝合金管材且被市场接受。

目前，市场上所使用的碳纤维管材在成型方法上，大多均采用金属芯棒上直接缠绕碳纤维单向预浸带，然后，将两半模靠压机或紧固螺栓合模加压、加热成型。该方法能够满足规则形状如圆形管材的制造。但是当所需制造的管材为不规则的管材时，如带凹槽，该方法存在的如下缺点：(1)合模困难，生产效率低；(2)成型压力受限，产品复合材料层易存在分层、气泡等缺陷致使产品质量不稳定，废品率高。

因此，本领域迫切需要研发一种合模简单、厚度均匀、质量稳定性好的碳纤维管材的成型方法。

发明内容

本发明目的在于提供一种碳纤维管材的成型方法及其模具。本发明的碳纤维管材的成型方法，是由金属芯棒与受热膨胀橡胶材料制成的芯模包覆碳纤维预浸带后装模、合模、加热而成。该方法尤其适用于不规则管材的制造，具有工艺简单、生产效率高、制造成本低、产品壁厚均匀、质量稳定性好等优点，具有广泛的市场应用前景。

本发明的第一方面提供了一种碳纤维管材的成型方法，包括以下步骤：

芯模制备：制作用于包覆碳纤维单向预浸带的芯模，所述芯模包括金属芯棒和包覆金属芯棒的橡胶材料；

铺覆碳纤维单向预浸带：芯模表面涂覆脱模剂后，将碳纤维单向预浸带按不同角度多层铺覆；

合模：将已铺覆碳纤维预浸带的芯模定位放入阴模内，并合模、紧固；

固化、冷却、脱模：将已合模的模具放入烘箱内，待固化后随炉冷却，然后脱模形成所需制件。

在另一优选例中，所述制件为摄影三脚架。

较优地，所述制件为具有防旋转凹槽的摄影三脚架。

在另一优选例中，所述金属芯棒与所述橡胶之间采用胶粘剂粘贴牢固。

较优地，所述胶粘剂为胶粘剂型号HX-P88-8或7011胶。

在另一优选例中，所述橡胶材料其硬度(A)为30～40，抗撕裂强度＞6KN/m^-1，线型膨胀系数＞2400K-1×10^-6，体积膨胀系数＞7500K-1×10^-6。

较优地，所述橡胶材料为硅橡胶材料

在另一优选例中，碳纤维单向预浸带的铺覆角度为-90度至90度。

较优地，所述碳纤维单向预浸带型号为T700SC-12K。

在另一优选例中，碳纤维单向预浸带的铺覆层数为6～8层。

在另一优选例中，将多件已合模的模具放入烘箱内，同时进行固化。

在另一优选例中，随炉冷却温度小于等于60℃。

在另一优选例中，所述芯模的轴向具有凹槽。

在另一优选例中，所述阴模为具有上模和下模的两半式，并设有所述芯模的轴向和周向定位装置。

本发明的第二方面提供了一种碳纤维管材的成型模具，包括芯模和阴模，所述芯模由金属芯棒和橡胶材料制成；所述阴模为具有上模和下模的两半式，并设有所述芯模的轴向和周向定位装置。

在另一优选例中，所述芯模的轴向具有凹槽。

本发明实施方式与现有技术相比，主要区别及其效果在于：本碳纤维管材的成型方法是由金属芯棒与受热膨胀橡胶材料制成的芯模铺覆碳纤维预浸带后合模、加热而成。产品成型时的压力由该种橡胶材料受热膨胀而提供，在成型过程中的压力大小可根据橡胶厚度而设计。金属芯棒包覆一层橡胶材料制成芯模，使产品合模更简单。制作出的制件表面光滑、无气泡，内部无疏松、分层现象，尺寸完全满足设计要求。该碳纤维管材的成型方法具有工艺简单、生产效率高、制造成本低、产品壁厚均匀、质量稳定性好等优点。