[发明专利]一种具有复杂内腔的碳纤维复合材料产品的制备方法

说明书

本发明公开一种具有复杂内腔的碳纤维复合材料产品的制备方法，该方法采用的芯模在加热到一定温度后可以软化，便于脱模，且软化温度远远低于碳纤维复合材料的玻璃态转变温度。芯模为空心结构，通过内部加压等方式保证其在碳纤维产品固化成型阶段形状不变。芯模在软化取出后便于重塑外形，即同一个芯模可以循环反复使用，以此降低成本。此种可重塑外形芯模可以极大简化碳纤维复合材料产品的生产流程，大幅度降低碳纤维复合材料产品的生产成本和生产工时，且便于大批量生产制造内腔形状较为复杂的产品。

技术领域

本发明涉及碳纤维复合材料的的制作领域，特别是涉及一种具有复杂内腔的碳纤维复合材料产品的制备方法。

背景技术

碳纤维复合材料在未来的应用将会越来越广泛。随着碳纤维的大量使用，复合材料产品的形状尺寸日趋复杂。但复合材料的生产属于增材制造，碳纤维复合材料的机械加工难度远大于传统金属产品。现阶段碳纤维复合材料产品的制造，不论何种制造方法，均十分依靠工装模具实现其生产。

然而在加工制造含有内腔的空心产品时，尤其是内腔外形尺寸极为复杂的情况下，传统的工装模具会遇到脱模困难的问题。目前已有的常规解决手段存在多种缺陷，每一种方法都无法解决快速大批量制造的问题，成本十分高昂。目前碳纤维空心腔体产品的制造所采用的工艺分为分体式和一体式两种。

分体式即将含内腔碳纤维产品重新设计成上下或是左右两部分，然后再进行拼接。拼接的方法有进行机械连接的，如铆接、螺接等，也有进行胶接的。然而上述连接方法在连接部位需要对结构重新设计，也需要有一些结构加强部分，会大幅度增加产品自重，得不偿失；更为严重的问题便是连接处将会存在一定的缺陷。另一种拼接方式便是进行二次胶接，但二次胶接的方法需要让产品多进一次热压罐，造成生产效率的大幅度降低。不论何种分体式制造方法，均会在进行产品拼接时带来额外的工时和成本，造成生产效率降低生产成本提高。

一体式的产品制造有多种思路。第一种是使用热熔型芯模，即加热后会融化的芯模，但此类芯模如蜡模等。其为一次性模具，生产多少个产品就需要生产多少模具，成本及工时并不低，且碳纤维产品成型固化后，由于其玻璃态转变温度的限制，无法再加热到很高的温度使芯模融化；另一类是水溶性芯模，即芯模材质脱水固化，遇水融化，这一类芯模的材质以石膏等为主，和热熔型芯模一样，此类模具也是一次性使用模具，每次生产需要重新制作模具，其内部需要复杂的型架支撑，整个模具的结构比较复杂，需要依赖内部型架来保证外部石膏模具尺寸，型架装配较为困难，且极难应用于长径比较大的产品的制造；还有一种方法是采用组合型模具，及芯模本身由多个金属模具装配而成，脱模时逐个拆除脱模，模具极其复杂昂贵，且模具本身精度难以保证。因此，研究一种可重塑外形芯模就变得尤为重要。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有复杂内腔的碳纤维复合材料产品的制备方法，以解决上述现有技术存在的问题，简化碳纤维复合材料产品的生产流程，大幅度降低碳纤维复合材料产品的生产成本和生产工时，且便于大批量生产制造内腔形状较为复杂的产品。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供一种具有复杂内腔的碳纤维复合材料产品的制备方法，包括如下步骤：

步骤一；根据产品的结构，制备产品外模和内部中空的芯模；

步骤二；在芯模两端制作能实现旋转以及加压的金属端；

步骤三；将预浸润的碳纤维材料缠绕在芯模上；

步骤四；将完成缠绕的芯模放入外模中，进行加热；

步骤五；对芯模进行加压，保证产品的表面成型压力；

步骤六；对芯模进行加热，使芯模软化并抽负压，将芯模抽出，实现脱模；

步骤七；取出得到的产品，并将产品两端多余的复合材料进行切除，完成产品生产。