[发明专利]碳纤维复合材料异形工字梁的制备方法及所得异形工字梁

说明书

技术领域

本发明涉及一种碳纤维复合材料异形工字梁的制备方法及所得异形工字梁。

背景技术

碳纤维是含碳量较高且热处理过程中不熔融的人造化学纤维，经过热稳定氧化处理及石墨化等工艺制成的.碳纤维具有耐高温、耐摩擦、导电、导热及耐腐蚀等特性，其外形有显著的各项异性、柔软，可加工成各种织物，碳纤维沿纤维轴方向表现出很高的强度，碳纤维比重较小，具有很高的比强度。

碳纤维的主要用途是与树脂、金属、陶瓷等基体复合，制成结构材料。在要求高温、力学稳定性高的场合，碳纤维复合材料都颇具优势。

随着现代技术的迅猛发展，对材料提出了较高的要求，碳纤维复合材料制作的结构件由于具有高强度、高模量、轻量化的特点有较好的应用前景。现有工字梁主要使用金属材料，它存在重量大，耐腐蚀性能差、使用周期短等缺点。而碳纤维复合材料具有比强度和比模量高、制件力学性能优异、安全性高、可设计性和零部件一体化成型等特点广泛应用在各个领域，充分满足较高装配精度要求。

发明内容

本发明的目的是提供一种碳纤维复合材料异形工字梁的制备方法及所得异形工字梁，碳纤维复合材料异形工字梁承载能力大、刚性好、自重轻、表面光洁度高、制品孔隙率低、外表面尺寸和树脂含量能精确控制，解决现有技术中存在的上述问题。

本发明的技术解决方案是：

一种碳纤维复合材料异形工字梁的制备方法，包括以下步骤：

步骤1、制备碳纤维复合材料异形工字梁预制体：首先将定型剂按3-8g/m² 的质量施撒在碳纤维织物上，并热定型，待碳纤维织物定型结束利用裁剪机将织物裁剪成所需形状，然后将裁剪成指定形状的织物铺贴在预先准备好的模具上，得到预制体，待铺层完毕后将预制体置于真空袋里密封保存；

步骤2、复合材料液体成型：预制体置于模具里，并用螺栓锁紧模具，将锁紧的模具置于加热设备里，并将模具与真空设备与注胶设备连接，加热模具；同时将热固性树脂置于注胶设备里加热，模具加热温度设定为110-150℃，热固性树脂加热温度设定为90-140℃，待模具与热固性树脂温度达到设定温度，将热固性树脂注入模具里含浸碳纤维织物，当热固性树脂充分含浸碳纤维织物时，结束注入热固性树脂并固化成型，获得碳纤维复合材料异形工字梁粗成品；

步骤3、粗成品处理：对所述碳纤维复合材料异形工字梁粗成品进行边缘切割，打磨，得到碳纤维复合材料异形工字梁成品。

进一步地，步骤1中，织物每铺贴3-8层对预制体热定型一次，来控制制件厚度，热定型温度60-80℃，定型时间为25-45min，定型结束自然冷却至室温。

进一步地，步骤2中，在热固性树脂含浸碳纤维织物之前需要对热塑性树脂脱泡，脱泡时间为15-40min。

进一步地，步骤2中，将注胶压力控制在2-6bar，并在注胶过程中排出树脂和碳纤维复合材料异形工字梁预制体里的气泡。

进一步地，步骤2中，控制模具加热的升温速率为2-3℃/min。

进一步地，步骤2中，将固化过程分为两个过程，固化与后固化，固化温度为150-200℃，时间设定为含浸的树脂完全固化的时间，后固化温度为220-250℃，加热时间设定至成品所能达到最高结构强度的时间。

进一步地，热固性树脂基体采用不饱和聚酯树脂、环氧树脂、乙烯基树脂或酚醛树脂中的一种或两种以上组合。

进一步地，碳纤维织物采用单向布、双轴向布、三轴向布、平纹布、缎纹布、斜纹布。

进一步地，所得碳纤维复合材料异形工字梁包括缘条、端头和腹板，腹板的上下两侧分别垂直设置缘条，腹板的前后两端分别垂直设置端头，且端头的上下两侧分别垂直连接缘条形成封闭结构，缘条采用曲面形状，该碳纤维复合材料异形工字梁的截面为“工”字型。

一种碳纤维复合材料异形工字梁，包括碳纤维织物和热固性树脂，所述碳纤维织物作为增强材料，所述热固性树脂为基体材料，该碳纤维复合材料异形工字梁采用上述碳纤维复合材料异形工字梁的制备方法所得。