本公開涉及復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域，具體地，涉及一種制備具有異形結(jié)構(gòu)的零部件的方法和零部件。

背景技術(shù)：

連續(xù)纖維復(fù)合材料主要采用樹脂傳遞塑模成型(rtm)、模壓等工藝制造，其產(chǎn)品無法直接成型卡扣等異形安裝點(diǎn)結(jié)構(gòu)。目前制造具有卡扣等異形結(jié)構(gòu)零部件的常規(guī)工藝有兩種，一種為零件成型后再粘接卡扣，另一種為零件成型后放入注塑模具中，再作為嵌件將卡扣直接注塑在零件表面。

上述兩種工藝均需兩步完成最終零部件，使用粘接工藝需額外增加膠粘劑成本，而且固化過程相對較長，影響生產(chǎn)周期；而注塑工藝將熱塑性材料注塑在碳纖維復(fù)合材料表面，兩種材料在連接時物理狀態(tài)存在差異，因此主要在表面產(chǎn)生連接，連接強(qiáng)度較低。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本公開的目的是提供一種制備具有異形結(jié)構(gòu)的零部件的方法和零部件，該方法能夠?qū)崿F(xiàn)對具有異形結(jié)構(gòu)的連續(xù)纖維復(fù)合材料零部件的一次性成型。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本公開第一方面：提供一種制備具有異形結(jié)構(gòu)的零部件的方法，該方法包括：

a、將連續(xù)纖維織物置于模具內(nèi)，所述模具具有與目標(biāo)零部件的異形結(jié)構(gòu)在幾何形狀上相匹配的異形區(qū)域，所述模具具有主澆口和輔助澆口，所述輔助澆口位于所述異形區(qū)域，閉合模具后從所述主澆口注入第一熱固性樹脂；

b、當(dāng)所述第一熱固性樹脂在所述模具內(nèi)流動至靠近所述異形區(qū)域時，通過所述輔助澆口注入含有短切纖維和第二熱固性樹脂的混合料以使所述混合料充滿所述異形區(qū)域，得到被樹脂浸漬的纖維織物；

c、將步驟b中得到的所述被樹脂浸漬的纖維織物進(jìn)行固化成型，得到具有異形結(jié)構(gòu)的零部件。

可選地，步驟a中，所述連續(xù)纖維織物包括單軸向布、多軸向布、編織布和針織布中的至少一種。

可選地，所述連續(xù)纖維織物由纖維制成，所述纖維包括碳纖維、超高分子量聚乙烯纖維、芳綸纖維、玄武巖纖維和玻璃纖維中的至少一種。

可選地，步驟a中，所述第一熱固性樹脂為選自環(huán)氧樹脂、乙烯基樹脂、酚醛樹脂、脲醛樹脂、三聚氰胺-甲醛樹脂、聚氨酯樹脂、聚酰亞胺樹脂和有機(jī)硅樹脂中的至少一種。

可選地，步驟b中，所述混合料中的短切纖維為選自短切碳纖維、短切超高分子量聚乙烯纖維、短切芳綸纖維、短切玄武巖纖維和短切玻璃纖維的至少一種。

可選地，步驟b中，所述混合料中的第二熱固性樹脂為選自環(huán)氧樹脂、乙烯基樹脂、酚醛樹脂、脲醛樹脂、三聚氰胺-甲醛樹脂、聚氨酯樹脂、聚酰亞胺樹脂和有機(jī)硅樹脂中的至少一種。

可選地，所述混合料中，以所述混合料的總重量為基準(zhǔn)，所述短切纖維的含量為5-25重量％。

可選地，該方法還包括：步驟b中，通過所述輔助澆口注入所述混合料以使所述混合料充滿所述異形區(qū)域并與所述第一熱固性樹脂混合，當(dāng)所述混合料與所述第一熱固性樹脂的混合區(qū)域達(dá)到10-50mm后停止注入所述混合料，并繼續(xù)通過所述主澆口注入所述第一熱固性樹脂直至所述第一熱固性樹脂完全填充所述模具，得到被樹脂浸漬的纖維織物。

可選地，步驟c中，所述固化成型的條件為：溫度為80-140℃，壓力為6-10mpa。

可選地，所述異形結(jié)構(gòu)包括卡扣、定位柱、boss柱和加強(qiáng)肋中的至少一種。

本公開第二方面：提供一種由本公開第一方面所述的方法制備的零部件。

通過上述技術(shù)方案，本公開對傳統(tǒng)樹脂傳遞塑模成型(rtm)工藝進(jìn)行了優(yōu)化改進(jìn)，對異形結(jié)構(gòu)部位單獨(dú)進(jìn)澆短切纖維增強(qiáng)樹脂材料，整體同時進(jìn)行固化，實(shí)現(xiàn)了對具有異形結(jié)構(gòu)的連續(xù)纖維復(fù)合材料零部件的一次性成型，從而簡化生產(chǎn)工藝、縮短生產(chǎn)周期，同時能夠提高異形結(jié)構(gòu)部位的連接性能，所制備的零部件具有較好的機(jī)械性能。

本公開的其他特征和優(yōu)點(diǎn)將在隨后的具體實(shí)施方式部分予以詳細(xì)說明。

附圖說明

附圖是用來提供對本公開的進(jìn)一步理解，并且構(gòu)成說明書的一部分，與下面的具體實(shí)施方式一起用于解釋本公開，但并不構(gòu)成對本公開的限制。在附圖中：

圖1是本公開的實(shí)施例中所制備的具有卡扣結(jié)構(gòu)的零部件的示意圖；

圖2是本公開的實(shí)施例中所采用的模具的陽模的示意圖；

圖3是本公開的實(shí)施例中所采用的模具的陰模的示意圖；

圖4是本公開的實(shí)施例中所采用的模具的鑲塊的示意圖；

圖5是本公開的實(shí)施例中所采用的模具合模狀態(tài)的示意圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖對本公開的具體實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解的是，此處所描述的具體實(shí)施方式僅用于說明和解釋本公開，并不用于限制本公開。

本公開第一方面：提供一種制備具有異形結(jié)構(gòu)的零部件的方法，該方法包括：

a、將連續(xù)纖維織物置于模具內(nèi)，所述模具具有與目標(biāo)零部件的異形結(jié)構(gòu)在幾何形狀上相匹配的異形區(qū)域，所述模具具有主澆口和輔助澆口，所述輔助澆口位于所述異形區(qū)域，閉合模具后從所述主澆口注入第一熱固性樹脂；

b、當(dāng)所述第一熱固性樹脂在所述模具內(nèi)流動至靠近所述異形區(qū)域時，通過所述輔助澆口注入含有短切纖維和第二熱固性樹脂的混合料以使所述混合料充滿所述異形區(qū)域，得到被樹脂浸漬的纖維織物；

c、將步驟b中得到的所述被樹脂浸漬的纖維織物進(jìn)行固化成型，得到具有異形結(jié)構(gòu)的零部件。

本公開對傳統(tǒng)樹脂傳遞塑模成型(rtm)工藝進(jìn)行了優(yōu)化改進(jìn)，對異形結(jié)構(gòu)部位單獨(dú)進(jìn)澆短切纖維增強(qiáng)熱固性樹脂材料，整體同時進(jìn)行固化，實(shí)現(xiàn)了對具有異形結(jié)構(gòu)的連續(xù)纖維復(fù)合材料零部件的一次性成型，從而簡化生產(chǎn)工藝、縮短生產(chǎn)周期，同時能夠提高異形結(jié)構(gòu)部位的連接性能，所制備的零部件具有較好的機(jī)械性能。

根據(jù)本公開，所述零部件上的異形結(jié)構(gòu)一般為通過傳統(tǒng)rtm、模壓成型等方法無法直接成型的特殊部位，例如可以包括卡扣、定位柱、boss柱和加強(qiáng)肋中的至少一種。圖1是一種具有卡扣的零部件的結(jié)構(gòu)示意圖，該零部件為帶卡扣的纖維復(fù)合板，該零部件的卡扣部位即為本公開所述的異形結(jié)構(gòu)。以如圖1所示的具有卡扣的零部件為例，成型該零部件的模具一般采用如圖2所示的陽模和如圖3所示的陰模，同時配合如圖4所示的鑲塊完成，陰模上具有與鑲塊相匹配的鑲塊槽，成型時模具的合模狀態(tài)如圖5所示，鑲塊嵌于陰模的鑲塊槽內(nèi)，之間的間隙形成卡扣的成型區(qū)域即異形區(qū)域。采用上述的模具時，主澆口可以設(shè)置于陽模的中心位置，有利于所注入的樹脂平均地向模具內(nèi)流動，輔助澆口可以設(shè)置于陰模上與鑲塊貼合以形成卡扣成型區(qū)域的部位，每個卡扣部位具有一個輔助澆口。成型后將零部件與鑲塊一同取出，再將鑲塊拆除，即可得到具有卡扣的零部件。具有其他異形結(jié)構(gòu)的零部件所采用的模具可以為本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的，本公開不再贅述。本公開中，所采用的模具上的異形區(qū)域以外的其他區(qū)域可以稱之為非異形區(qū)域。

根據(jù)本公開，步驟a中，對所述連續(xù)纖維織物的種類沒有特殊的限定，例如可以為包括單軸向布、多軸向布、編織布和針織布中的至少一種。所述連續(xù)纖維織物的含義為本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知，是由纖維(連續(xù)纖維)制成的，所述纖維例如可以包括碳纖維、超高分子量聚乙烯纖維、芳綸纖維、玄武巖纖維和玻璃纖維中的至少一種，將上述纖維采用常規(guī)的方式進(jìn)行編織即可得到本公開所述的連續(xù)纖維織物，所述連續(xù)纖維織物也可商購得到。

根據(jù)本公開，步驟a中，所述第一熱固性樹脂可以為選自環(huán)氧樹脂、乙烯基樹脂、酚醛樹脂、脲醛樹脂、三聚氰胺-甲醛樹脂、聚氨酯樹脂、聚酰亞胺樹脂和有機(jī)硅樹脂中的至少一種。

根據(jù)本公開，從所述主澆口注入第一熱固性樹脂后，所述第一熱固性樹脂流入模具并浸漬纖維織物，通過對樹脂進(jìn)澆量的監(jiān)測，可以估計出所述第一熱固性樹脂浸漬纖維織物的區(qū)域位置情況，即隨著樹脂進(jìn)澆量的增大，樹脂逐漸浸漬纖維織物并向所述異形區(qū)域靠近。當(dāng)所述第一熱固性樹脂在所述模具內(nèi)浸漬纖維織物至異形區(qū)域時，通過所述輔助澆口注入含有短切纖維和第二熱固性樹脂的混合料。

根據(jù)本公開，步驟b中，所述混合料中的短切纖維為選自短切碳纖維、短切超高分子量聚乙烯纖維、短切芳綸纖維、短切玄武巖纖維和短切玻璃纖維的至少一種，優(yōu)選為與所述連續(xù)纖維織物相同的纖維材質(zhì)。所述混合料中的第二熱固性樹脂為選自環(huán)氧樹脂、乙烯基樹脂、酚醛樹脂、脲醛樹脂、三聚氰胺-甲醛樹脂、聚氨酯樹脂、聚酰亞胺樹脂和有機(jī)硅樹脂中的至少一種，優(yōu)選為與所述第一熱固性樹脂相同的材質(zhì)。采用短切纖維增強(qiáng)的熱固性樹脂材料的成型性和機(jī)械性能好，可在實(shí)現(xiàn)具有異形結(jié)構(gòu)的零部件一體成型的同時提高異形結(jié)構(gòu)部位的連接性能。

根據(jù)本公開，所述混合料中的短切纖維和第二熱固性樹脂的配比對于影響零部件異形結(jié)構(gòu)部位的機(jī)械性能和連接性能有著重要的作用，以所述混合料的總重量為基準(zhǔn)，所述短切纖維的含量可以為5-25重量％。為了進(jìn)一步提高異形結(jié)構(gòu)部位的連接性能，所述以所述混合料的總重量為基準(zhǔn)，所述短切纖維的含量為10-20重量％。

根據(jù)本公開，通過輔助澆口注塑混合料的同時，主澆口可以持續(xù)注入第一熱固性樹脂，直到所述第一熱固性樹脂完全浸漬織物，并且，所述混合料充滿所述異形區(qū)域，得到被樹脂浸漬的纖維織物。在一些情況下，當(dāng)混合料充滿所述異形區(qū)域后，模具內(nèi)的其他區(qū)域尚未被所述第一熱固性樹脂填充完全，在這樣的情況下，該方法還可以包括：步驟b中，通過所述輔助澆口注入所述混合料以使所述混合料充滿所述異形區(qū)域并與所述第一熱固性樹脂混合，當(dāng)所述混合料與所述第一熱固性樹脂的混合區(qū)域達(dá)到10-50mm后停止注入所述混合料，并繼續(xù)通過所述主澆口注入所述第一熱固性樹脂直至所述第一熱固性樹脂完全浸漬織物。這樣，不僅可以保證所述第一熱固性樹脂完全浸漬織物，保證成型后得到的零部件的機(jī)械性能，還可以使得由輔助澆口進(jìn)澆的混合料與第一熱固性樹脂具有一定范圍的混合區(qū)域，大大提高了零部件異形結(jié)構(gòu)部位的機(jī)械強(qiáng)度。所述混合料與所述第一熱固性樹脂的混合區(qū)域達(dá)到10-50mm是指以所述異形區(qū)域與非異形區(qū)域的連接處為中心，半徑為10-50mm所涵蓋的區(qū)域。

根據(jù)本公開，通過整體固化成型，能夠得到具有異形結(jié)構(gòu)的零部件。步驟c中，所述固化成型的條件可以根據(jù)步驟a和步驟b中所選用的熱固性樹脂的固化條件進(jìn)行調(diào)整，例如所述固化成型的條件可以為：溫度為80-140℃，壓力為6-10mpa，所述壓力為從進(jìn)澆開始持續(xù)保壓。

本公開第一方面提供的方法能夠?qū)哂挟愋谓Y(jié)構(gòu)的零部件進(jìn)行一次性成型，省去了傳統(tǒng)工藝的粘結(jié)或二次注塑的步驟，大大簡化了生產(chǎn)工藝，將所制備的零部件從模具中脫模后，可立即進(jìn)行下一輪生產(chǎn)循環(huán)，極大地提高了生產(chǎn)效率，縮短了生產(chǎn)周期。

本公開第二方面：提供一種由本公開第一方面所述的方法制備的零部件。該零部件具有異形結(jié)構(gòu)，且所述異形結(jié)構(gòu)與零部件整體一體成型，連接處的連接強(qiáng)度好，零部件整體機(jī)械性能優(yōu)異。

下面通過實(shí)施例對本公開做進(jìn)一步說明，但并不因此而限制本公開的內(nèi)容。

實(shí)施例1

本實(shí)施例用于說明本公開的制備具有異形結(jié)構(gòu)的零部件的方法，本實(shí)施例制備的零部件的異形結(jié)構(gòu)為卡扣。

采用如圖2-4所示的模具，該模具的樹脂進(jìn)澆量為775ml。將鑲塊嵌入陰模的鑲塊槽后，將連續(xù)碳纖維織物雙軸向布(購自科紡勒公司，由t-300型號碳纖維制成，商品號為bx300)鋪覆于陰模表面，閉合模具后從主澆口注入第一熱固性樹脂環(huán)氧樹脂(購自亨斯邁，商品號為ly3585/3475)，注入壓力為8mpa。根據(jù)零件尺寸大小和卡扣區(qū)域所在的位置，判斷當(dāng)環(huán)氧樹脂進(jìn)澆量達(dá)360ml時，其在模具內(nèi)流動至靠近卡扣區(qū)域，然后打開輔助澆口，向模具內(nèi)注入含有短切碳纖維(購自東麗公司，產(chǎn)品型號為t-300)和環(huán)氧樹脂(購自亨斯邁，商品號為ly3585/3475)的混合料，該混合料中的短切碳纖維的含量為10重量％。當(dāng)混合料充滿所述異形區(qū)域并與所述第一熱固性樹脂的混合區(qū)域達(dá)到30mm后關(guān)閉輔助澆口，停止注入所述混合料。繼續(xù)通過主澆口注入環(huán)氧樹脂直至環(huán)氧樹脂完全浸漬纖維織物。然后在120℃下進(jìn)行固化，成型后打開模具，卸下鑲塊，得到如圖1所示的具有卡扣結(jié)構(gòu)的零部件。

實(shí)施例2

按照實(shí)施例1的方法制備具有卡扣結(jié)構(gòu)的零部件，區(qū)別在于，本實(shí)施例中所采用的連續(xù)纖維織物為玻璃纖維方格布(購自泰山玻纖，由玻璃纖維制成，商品號為ewr200)，混合料中的短切纖維為玻璃纖維(購自泰山玻纖公司，商品號為t437h)，第一熱固性樹脂和混合料中的第二熱固性樹脂為環(huán)氧樹脂(購自亨斯邁，商品號為ly3585/3475)。

實(shí)施例3

按照實(shí)施例1的方法制備具有卡扣結(jié)構(gòu)的零部件，區(qū)別在于，本實(shí)施例中所采用的連續(xù)纖維織物為雙軸向布(購自科紡勒，由t-300型號碳纖維制成，商品號為bx300)，混合料中的短切纖維為碳纖維(購自東麗公司，產(chǎn)品型號為t-300)，第一熱固性樹脂和混合料中的第二熱固性樹脂為乙烯基樹脂(購自力聯(lián)思，商品號為palapregp104-02)。

實(shí)施例4

按照實(shí)施例1的方法制備具有卡扣結(jié)構(gòu)的零部件，區(qū)別在于，本實(shí)施例中，混合料中的短切碳纖維的含量為20重量％。

實(shí)施例5

按照實(shí)施例1的方法制備具有卡扣結(jié)構(gòu)的零部件，區(qū)別在于，本實(shí)施例中，混合料中的短切碳纖維的含量為5重量％。

實(shí)施例6

按照實(shí)施例1的方法制備具有卡扣結(jié)構(gòu)的零部件，區(qū)別在于，本實(shí)施例中，混合料中的短切碳纖維的含量為25重量％。

對比例1

本對比例用于說明與本公開不同的制備具有卡扣結(jié)構(gòu)的零部件的方法。

采用傳統(tǒng)方法制造本對比例的零部件，具體方法為：首先通過rtm工藝，完成主體纖維復(fù)合板的制造，然后將復(fù)合板放至相應(yīng)注塑模具內(nèi)，通過注塑工藝成型背面卡扣結(jié)構(gòu)。

對比例2

本對比例用于說明與本公開不同的制備具有卡扣結(jié)構(gòu)的零部件的方法。

采用傳統(tǒng)方法制造本對比例的零部件，具體方法為：首先通過rtm工藝，完成主體纖維復(fù)合板的制造，并通過注塑工藝成型背面卡扣結(jié)構(gòu)，然后通過膠粘方式將卡扣結(jié)構(gòu)件粘接在復(fù)合板背面相應(yīng)位置。

測試實(shí)施例1

分別對實(shí)施例1-6和對比例1-2中得到的零部件的卡扣部位的連接強(qiáng)度進(jìn)行測試，測試方法為：平行于卡扣軸向?qū)凼┘永瘟?，測試卡扣從復(fù)合板表面脫開時所需的拉拔力。測試結(jié)果列于表1。

表1

由表1的結(jié)果可見，采用本公開的方法制備連續(xù)纖維復(fù)合材料零部件，相比傳統(tǒng)工藝，能夠顯著提高異形結(jié)構(gòu)部位的連接性能，尤其當(dāng)注入的混合料中，以所述混合料的總重量為基準(zhǔn)，所述短切纖維的含量為10-20重量％時，能夠進(jìn)一步提高異形結(jié)構(gòu)部位的連接性能。

以上結(jié)合附圖詳細(xì)描述了本公開的優(yōu)選實(shí)施方式，但是，本公開并不限于上述實(shí)施方式中的具體細(xì)節(jié)，在本公開的技術(shù)構(gòu)思范圍內(nèi)，可以對本公開的技術(shù)方案進(jìn)行多種簡單變型，這些簡單變型均屬于本公開的保護(hù)范圍。

另外需要說明的是，在上述具體實(shí)施方式中所描述的各個具體技術(shù)特征，在不矛盾的情況下，可以通過任何合適的方式進(jìn)行組合，為了避免不必要的重復(fù)，本公開對各種可能的組合方式不再另行說明。

此外，本公開的各種不同的實(shí)施方式之間也可以進(jìn)行任意組合，只要其不違背本公開的思想，其同樣應(yīng)當(dāng)視為本公開所公開的內(nèi)容。