一种轻质高强碳纤维便携箱的模块化成型工艺的制作方法

本发明涉及碳纤维产品领域，特别是一种轻质高强碳纤维便携箱的模块化成型工艺。

背景技术：

目前复杂结构的碳纤维箱体制品，多采用真空导流工艺整体成型。真空导流成型工艺是先将多层碳纤维织物铺在单面成型模具上，将一层脱模布铺在碳纤维织物表面，在脱模布上铺设导流网，然后在导流网上铺进胶管，使用高强度的薄膜将整个模具内侧包裹完全，并使用密封胶条对连接处进行密封，随后进行抽真空，并通过抽真空形成的负压，使树脂导流进入模具浸渍碳纤维织物。导流完成后，进行固化操作，最后脱模修整。

上述工艺在成型复杂碳纤维箱体制品的生产中，存在的缺陷有：

(1)工艺流程繁琐，需要大量的手工操作，因此产品的成型周期长，无法满足批量化生产的需求。

(2)碳纤维织物的铺设困难，层间容易留下空隙，无法压实，造成制品强度缺陷。

(3)密封装置易产生漏气点，导致真空压力不足。

(4)树脂导流周期长，制品树脂含量高，注胶质量不易控制。

(5)成型压力只能达到0.1mpa，制品的力学强度不高。

(6)成型模具为单面模具，与导流网接触的制品面，表面质量较差，需要进行大量的后处理修补工作。

(7)成型过程中需要的辅料较多，包括脱模布、导流网、胶管、高强度薄膜、3m喷胶等，增加了生产成本。

(8)真空导流对操作人员的要求较高，且与碳纤维织物、导流树脂直接接触，对人员和环境的污染严重。

技术实现要素：

发明目的：本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种轻质高强碳纤维便携箱的模块化成型工艺。

为了解决上述技术问题，本发明公开了一种轻质高强碳纤维便携箱的模块化成型工艺，包括下述步骤：

步骤1：处理模具；

步骤2：铺层处理；

步骤3：模压成型；

步骤4：粘接组装箱体；

步骤5：组装便携箱。

本发明中，采用分片模压成型工艺，箱体分别上侧片、下侧片、左侧片和右侧片，模具包括凹模和凸模，步骤1中，对模具内腔涂覆3次脱模剂，每次间隔时间为10分钟；再将模具置于热压机上进行预热，当模具温度达到60℃时，取出模具。

本发明中，步骤2中，在各分片后的模具凹模上依次铺设碳纤维预浸料、芳纶预浸料、玻璃纤维预浸料、芳纶预浸料、碳纤维预浸料，并在棱边、棱角位置使用芳纶预浸料进行局部加强。使用预浸料进行箱体的铺层成型，操作简单，层间易贴合，固化速度快，无其他辅料，不与纤维和树脂接触，可解决上述真空导流成型中工艺流程繁琐，手工操作难度大，碳纤维织物铺设困难，层间容易留下空隙，成型周期长，需要的辅料较多，与纤维织物、导流树脂直接接触，对人员和环境的污染严重的缺陷。

本发明中，步骤3中，将铺层后的各分片模具合模；使用热压机加压至2.5mpa并保压；调节热压机温度升至125℃后，加压至5mpa，停留15秒后泄压，重复操作3～5次后，加压至5mpa，保压1.5小时，再对模具进行降温至60℃脱模，分别得到箱体各分片和箱盖。通过凹模和凸模的双面模具模压成型，产品表面质量好，不需要进行后处理修补；成型过程不需要抽真空；成型压力可达到5mpa，产品机械强度高。可解决上述真空导流成型中成型模具为单面模具，需要进行大量的后处理修补工作；通过抽真空加压，成型压力只能达到0.1mpa，制品的力学强度不高，且抽真空易产生漏气点导致产品报废等缺陷。

本发明中，步骤4中，对分片均匀涂覆一层环氧结构胶，通过箱体左右侧片的预埋螺钉和箱体上下侧片的开孔实现快速精确定位装配；在60℃条件下粘接胶固化0.5小时后冷却至室温，得到拼装完成的便携箱箱体。

本发明中，步骤5中，通过旋锁将箱盖连接在箱体，通过把手内的预埋螺钉将把手安装在箱体上。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明做更进一步的具体说明，本发明的上述和/或其他方面的优点将会变得更加清楚。

图1是箱体结构示意图；

图2是组合式模具示意图；

图3是左侧片与上侧片连接示意图；

图4是旋锁连接示意图；

图5是箱体成型工艺流程图。

具体实施方式

实施例：

本发明提供了一种轻质高强碳纤维便携箱的模块化成型工艺，设计思路如下：

箱体的成型设计：

如图1和图3，图1中，左侧片1、右侧片2、上侧片3、下侧片4、l形翻边结构5、箱盖6、旋锁7、把手8，图3中，预埋螺钉9、粘接剂10，为实现箱体的模块化成型，将箱体拆分为4部分，即左侧片、右侧片和上侧片、下侧片，箱体尺寸为573*397*570mm，左侧片、右侧片的尺寸为573*249*19mm，上侧片、下侧片的尺寸为573*570*83mm，拆分位置选在箱体的侧面台阶处，以保证各分片拼接成型时，外观质量较好；左右侧片在拆分处设计l形翻边结构，可与上侧片、下侧片卡牢，并增加粘接面积，提高粘接强度。

如图3，上侧片3上部为l形翻边结构5，留出空隙，使得左侧片1能够紧密贴合，保持厚度一致，并且左侧片1上的预埋螺钉9穿过l形翻边结构5进行固定连接，使得左侧片1和上侧片3能够固定连接。

组合式拼接模具设计：

如图2，为实现箱体的系列化生产，将左侧片和右侧片的成型模具设计为组合式拼接模具，即模具的中心尺寸固定，在中心模具两侧对称拼接，实现不同高度尺寸箱体的系列化生产。

成型铺层设计中：

碳纤维便携箱在实际应用中，易受到冲击、振动的力学影响，因此铺层设计需增强箱体的刚度和韧性。具体的铺层设计为：铺层设计为在凹模上依次铺设0.6mm厚度t700型3k斜纹编织碳纤维/环氧预浸料、0.3mm厚度芳纶/环氧编织预浸料、0.3mm厚度玻璃纤维/环氧编织预浸料、0.3mm厚度芳纶/环氧编织预浸料、0.6mm厚度t700型3k斜纹编织碳纤维/环氧预浸料，并在棱边、棱角位置使用韧性良好的芳纶/环氧编织预浸料进行局部加强。

成型工艺设计：

首先将模具表面涂覆脱模剂，并置于热压机上，模具预热至60℃时进行铺层，铺层完成后，使用热压机加压至2.5mpa；温度升至125℃后，加压至5mpa，停留15秒后泄压，反复操作3～5次后，加压至5mpa，保压0.5小时，其后对模具进行降温，降温至60℃脱模得到制品。

箱体的粘接组装：

箱体各侧片分别成型后，在左右侧片的l形翻边结构上均匀涂覆一层环氧结构胶，通过箱体左右侧片的预埋螺钉和箱体上下侧片的开孔实现快速精确定位装配，并通过螺母紧固对粘接面进行加压，在保证粘接强度的同时省去了一套粘接胶固化夹持工装。在60℃条件下粘接胶固化0.5小时或室温固化6小时，并冷却至室温后，得到拼装完成的便携箱箱体。

便携箱的组装成型：

箱盖的旋锁安装如图4所示，旋锁7位于安装孔外侧，使用紧固螺母11与箱盖6固定，锁舌12安装于箱盖6内侧，使用紧固螺母13安装固定。

箱盖成型后，通过旋锁将其与箱体连接；把手与箱体采用预埋螺钉与箱体安装成型，最终得到碳纤维便携箱。

具体的，一种轻质高强碳纤维便携箱的模块化成型工艺，成型工艺流程图如图5所示：

包括以下步骤：

步骤1：处理模具；

步骤2：铺层处理；

步骤3：模压成型；

步骤4：粘接组装箱体；

步骤5：组装便携箱。

具体的步骤为：

1、成型模具的处理：

本发明中所用的模具为金属上下模，使用之前应涂覆3次脱模剂，每次间隔时间为10分钟。涂覆脱模剂后的模具置于热压机上进行预热，当模具温度达到60℃时，取出模具。

2、铺层工艺：

在各分片后的模具凹模上依次铺设t700型3k斜纹编织碳纤维/环氧预浸料、芳纶/环氧编织预浸料、玻璃纤维/环氧编织预浸料、芳纶/环氧编织预浸料、t700型3k斜纹编织碳纤维/环氧预浸料，并在棱边、棱角位置使用芳纶/环氧编织预浸料进行局部加强。

3、模压成型：

将铺层完成的各分片模具合模后，使用热压机加压至2.5mpa并保压；调节热压机，待温度升至125℃后，加压至5mpa，停留15秒后泄压，反复操作3～5次后，加压至5mpa，保压1.5小时，其后对模具进行降温，降温至60℃脱模，分别得到箱体各分片和箱盖。

4、箱体的粘接组装：

箱体各侧片分别成型后，在左右侧片的l形翻边结构上均匀涂覆一层环氧结构胶，通过箱体左右侧片的预埋螺钉和箱体上下侧片的开孔实现快速精确定位装配。随后进行粘接胶的固化，在60℃条件下粘接胶固化0.5小时或室温固化6小时，冷却至室温，得到拼装完成的便携箱箱体。

5、便携箱的组装成型：

箱盖成型后，通过旋锁将其与箱体连接，旋锁安装时，紧固件应带有密封胶，以保证箱体的密封性。

把手安装时，将把手内的预埋螺钉穿过箱体安装孔，从而快速、精确的将把手安装到位，并在箱体内部使用盖帽螺母紧固，把手与箱体接触面涂密封胶，安装后清理多余溢胶。

本发明提供了一种轻质高强碳纤维便携箱的模块化成型工艺的思路及方法，具体实现该技术方案的方法和途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。