一种碳纤维复合材料汽车前舱盖外板恒温模压生产工艺的制作方法

1.本发明涉及复材制备技术领域，具体涉及一种碳纤维复合材料汽车前舱盖外板恒温模压生产工艺。


背景技术：

2.随着我国汽车工业的快速发展，新能源汽车迎来了爆发式增长，同时也带来了迫切的结构减重需求。汽车结构轻量化有利于实现低能耗、低污染、长续航和环境友好化，但其对材料的要求愈发严格，传统金属材料很难满足较高的设计性能要求。树脂基碳纤维增强复合材料具有比强度比模量高、抗疲劳、抗冲击、抗腐蚀性能好，可设计性优异，易于实现结构功能一体化等优点，主要应用于车身次承力和部分主承力结构，成为替代传统金属材料、实现整车结构轻量化的关键因素。
3.汽车前舱盖也称为汽车引擎盖，通常安装在汽车前部的发动机之上。汽车复合材料前舱盖通常由外板、内板、锁环加强板、焊接锁环和螺母备板等部件通过粘接装配为总成结构。其中，从成本、性能和减重效果三方面权衡考虑，树脂基碳纤维复合材料前舱盖外板产品适用于中高端新能源乘用车。在碳纤维复合材料前舱盖外板的产业化生产线制造研究中，多采用多层预浸料的模压工艺，成型工序通常包括：预浸料裁切、预成型模具预热、预浸料铺叠、预成型体真空压实、脱模剂涂覆、成型模具升温、预成型体入模、合模加接触压、继续升温加满压、恒温固化、成型模具降温冷却、开模、制件进一步冷却、脱模、飞边切除、打孔、检验等。整个成型工序涉及的设备、工装及辅助材料较多，包括预成型模具、加热台、抽真空装置、有孔隔离膜等；生产线涉及的区域较多，预浸料铺叠工序需置于无尘环境的净化间内，模压设备需置于净化间外开阔场地；综合导致人工、场地、设备和辅助材料等生产线投入成本较高，且质量关键控制点繁多，易造成产品质量缺陷。为了保证固化后的外板易于脱模且减少高温下内应力导致的自然状态变形，通常成型模具降温至80℃以下时脱模。一件外板固化工序的周期主要包括成型模具从室温升温至70～90℃(1～2小时)、入模后升温至固化温度120～150℃(1～2小时)、高温加压固化(5～30分钟)、成型模具降温至80℃以下(无模具冷却系统时4小时以上)，通常占用成型模具6～9小时，耗时过长，耗电量较多，无法适应汽车零部件生产线快节拍、简流程、低能耗和高效率的要求。
4.因此，发明人提供了一种碳纤维复合材料汽车前舱盖外板恒温模压生产工艺。


技术实现要素：

5.(1)要解决的技术问题
6.本发明实施例提供了一种碳纤维复合材料汽车前舱盖外板恒温模压生产工艺，解决了传统碳纤维复合材料前舱盖外板的产业化模压工艺中成型工序繁杂、生产效率低下的技术问题。
7.(2)技术方案
8.本发明提供了一种碳纤维复合材料汽车前舱盖外板恒温模压生产工艺，包括以下
步骤：
9.将预处理后的多层预浸料铺叠为预浸料平板叠层；
10.将每个所述预浸料平板叠层依次放置于成型模具中以第一设定温度进行独立的恒温半固化；
11.对依次出模后的每个零件以第二设定温度进行恒温烘箱后固化；
12.对后固化处理后的每个零件进行切边处理以获得外板成品。
13.进一步地，所述对依次出模后的每个零件以第二设定温度进行恒温烘箱后固化之前，还包括：
14.当出模后的零件数量大于设定值时，清理所述成型模具并在上、下模的表面以第三设定温度进行恒温喷涂脱模剂。
15.进一步地，所述第一设定温度、所述第二设定温度和所述第三设定温度相同。
16.进一步地，所述设定值为200～220。
17.进一步地，采用耐高温脱模剂喷涂所述成型模具的上、下模的表面。
18.进一步地，出模后的每个零件的固化度为90％～95％。
19.进一步地，完全固化树脂的温度与所述第一设定温度的差值大于15℃。
20.进一步地，所述预浸料平板叠层为四层预浸料平板叠层。
21.(3)有益效果
22.综上，本发明通过恒温“热进热出”(“热进热出”指的是恒温将预浸料平板叠层转移至成型模具中、加压固化并从成型模具中取出零件，此过程成型模具无需升降温)成型模具固化、恒温喷涂脱模剂、恒温烘箱后固化成型的“三恒温”快节拍模压生产线工艺，将在成型模具中的完全固化工序转变为“成型模具半固化” “烘箱后固化”的分段固化工序，占模时间从6～9小时降低为18～25分钟，单件外板的耗时关键工序从占用成型模具6～9小时变为烘箱后固化50
±
10分钟，简化了碳纤维复合材料前舱盖外板的产业化模压工艺，降低了人工、场地、设备和辅助材料等生产线投入成本，在保证外板整体成型质量、产品合格率的同时，突破了复合材料汽车零部件的质量、成本和效率瓶颈，进一步满足了汽车零部件生产线快节拍、简流程、低能耗和高效率的要求。该模压生产线工艺下制备的外板表面质量优异(无乱纹、缺胶、气孔)，变形量较小，与内板胶接后基本无变形，符合前舱盖总成产品技术要求。
附图说明
23.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
24.图1是本发明实施例提供的一种碳纤维复合材料汽车前舱盖外板恒温模压生产工艺的流程示意图；
25.图2是本发明实施例提供的一种碳纤维复合材料汽车前舱盖外板恒温模压生产工艺的流程示意图；
26.图3是本发明实施例提供的一种碳纤维复合材料汽车前舱盖外板恒温模压生产工
艺的成型模机周期示意图；
27.图4是本发明实施例提供的一种碳纤维复合材料汽车前舱盖外板的主视图；
28.图5是本发明实施例提供的一种碳纤维复合材料汽车前舱盖外板的左视图。
具体实施方式
29.下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例的详细描述和附图用于示例性地说明本发明的原理，但不能用来限制本发明的范围，即本发明不限于所描述的实施例，在不脱离本发明的精神的前提下覆盖了零件、部件和连接方式的任何修改、替换和改进。
30.需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参照附图并结合实施例来详细说明本技术。
31.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是本发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
32.在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
33.图1是本发明实施例提供的一种碳纤维复合材料汽车前舱盖外板恒温模压生产工艺的流程示意图，该工艺可以包括以下步骤：
34.s100、将预处理后的多层预浸料铺叠为预浸料平板叠层；
35.s200、将每个预浸料平板叠层依次放置于成型模具中以第一设定温度进行独立的恒温半固化；
36.s300、对依次出模后的每个零件以第二设定温度进行恒温烘箱后固化；
37.s400、对后固化处理后的每个零件进行切边处理以获得外板成品。
38.在上述实施方式中，铺叠过程取消了传统碳纤维复合材料前舱盖外板恒温模压工艺中“预成型模具预热、预浸料铺叠、预成型体真空压实”工序，采用4层快速固化环氧树脂预浸料铺叠为预浸料平板叠层。
39.将“成型模具升温、预成型体入模、合模加接触压、继续升温加满压、恒温固化、成型模具降温冷却”固化工序简化为110～130℃模温时进行“叠层入模、加压固化15～20分钟、零件出模、叠层入模”的恒温固化“热进热出”循环，将单件外板固化工序占用成型模具的周期从6～9小时降低为 18～25分钟。
40.增加烘箱后固化工序，模压成型后将若干件“半固化”外板平放堆叠，集中放置在110～130℃烘箱中后处理50
±
10分钟，保证树脂完全固化。批量外板在烘箱中后固化无需模具，可根据烘箱容积灵活制定单批数量。
41.作为一种可选的实施方式，步骤s300中，对依次出模后的每个零件以第二设定温度进行恒温烘箱后固化之前，还包括：
42.当出模后的零件数量大于设定值时，清理成型模具并在上、下模的表面以第三设定温度进行恒温喷涂脱模剂。
43.具体地，改变了传统80℃以下涂覆、一模一涂的脱模剂使用方法，避免了模具容易污染、模具清洗次数频繁的缺点。
44.作为一种可选的实施方式，第一设定温度、第二设定温度和第三设定温度相同。
45.作为一种可选的实施方式，设定值为200～220。其中，连续脱模200～220 个外板后才需清理模具，降低了洗模频率，提高了生产效率。
46.作为一种可选的实施方式，采用耐高温脱模剂喷涂成型模具的上、下模的表面。
47.具体地，200～220次模压循环后使用机器手在上下模具表面原位喷涂 (即对模具的表面不做任何处理直接喷涂)a、b型号的耐高温脱模剂，其中，对于耐高温脱模剂的具体选型不做限定，只要能够满足在设定的固化温度120℃下可以高温成膜，并且可以反复脱模200次以上再“洗模”的性能需求即可，a型号为麦克斯复合材料有限公司生产的deawa 870k，b 型号为法国诺德复合材料公司生产的9064。这样便改变了传统80℃以下涂覆、一模一涂的脱模剂使用方法，避免了模具容易污染、模具清洗次数频繁的缺点，机器手喷涂有效地保证了上下模涂覆均匀，且该种脱模剂在固化温度(110～130℃)下3～4分钟迅速固化成离型膜，极大地减少了脱模剂成膜等待和清洗模具的时间。
48.作为一种可选的实施方式，出模后的每个零件的固化度为90％～95％。其中，在该温度和时间固化后，转移时零件处于树脂玻璃化转变温度以上，宏观体现为“硬”的状态，适宜转移无变形，测试出的固化度为90～95％，综合考量此温度和时间既能保证固化度较高，又便于恒温转移。
49.作为一种可选的实施方式，完全固化树脂的温度与第一设定温度的差值大于15℃。其中，保证恒温“热进热出”温度t比完全固化树脂tg低 15℃以上，树脂处于玻璃态，在脱模外力作用下外板不会发生变形。
50.作为一种可选的实施方式，预浸料平板叠层为四层预浸料平板叠层。其中，采用4层快速固化环氧树脂预浸料铺叠为预浸料平板叠层。该型快速固化环氧树脂完全固化的玻璃化转变温度为137～140℃，常规模压固化工艺为110～130℃恒温15～20分钟或140～160℃恒温5～10分钟(需降温至 70～80℃出模)，本工艺选取110～130℃恒温15～20分钟。
51.如图3所示，其中，t1～t2(2～3分钟)为120℃恒温下第一件外板叠层入模操作时间，t2～t3(15～20分钟)为第一件外板加压固化周期，t3～t4(3～5 分钟)为第一件外板零件出模及第二件外板叠层入模叠层入模时间，t4～t
5 (15～20分钟)为第二件外板加压固化周期
……
tn～t
n 1
(8～10分钟)为循环 200～220次“叠层入模、加压固化、零件出模”后模具清理、脱模剂喷涂和第(n 1)/2件外板叠层入模的操作周期。同理，t
n 1
～t
n 2
(15～20分钟) 为第(n 1)/2件外板加压固化周期，t
n 2
～t
n 3
(3～5分钟)为第(n 1)/2 件外板零件出模及第(n 3)/2件外板叠层入模周期，t
n 3
～t
n 4
(8～10分钟) 为第(n 3)/2件外板加压固化周期。后续恒温“热进热出”快节拍模压固化周期以此类推。
52.需要明确的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同或相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。本发明并不局限于上文所描述并在图中示出的特定步骤和结构。并且，为了简明起见，这里省略对已知方法技术的详细描述。
53.以上仅为本技术的实施例而已，并不限制于本技术。在不脱离本发明的范围的情况下对于本领域技术人员来说，本技术可以有各种更改和变化。凡在本技术的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的权利要求范围内。