CN108127938A - 碳纤维工件芯轴气袋一体化成型工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及碳纤维成型技术领域，具体公开一种碳纤维工件芯轴气袋一体化成型工艺，包括以下步骤：提供中空的芯轴；将碳纤维贴覆在所述芯轴的外侧；将贴覆有碳纤维的芯轴放入工件模具的模腔中，然后往芯轴中吹气，使碳纤维成型；取出芯轴。本发明提供一种碳纤维工件芯轴气袋一体化成型工艺，通过设置具有一定热塑性的芯轴以替代原来的内芯和气袋，简化工艺，而且能提高成品率。
Description
技术领域
本发明涉及碳纤维成型技术领域，尤其涉及一种碳纤维工件芯轴气袋一体化成型工艺。
背景技术
随着人们生活水平的提高，市场对自行车的质量要求也越来越高。许多自行车的车架均已采用碳纤维作为主要材料。传统的碳纤维车架主要采用以下生产工艺：先根据车架的形状制作内芯，然后将碳纤维包裹在内芯的表面，再将附有碳纤维层的内芯放进模具的模腔中，将内芯抽出，使碳纤维层留在模腔，接着往模腔中放入气袋，用尼龙风管穿往气袋中吹气以使碳纤维层成型，从而得到所需造型的碳纤维车架。
传统中空复材异型管工艺主要包括壳式内芯与气袋组合以及保利龙内芯与乳胶气袋组合两种形式。其中，内芯的作用包括：碳纤维定型、定位，控制产品尺寸和外形等。气袋的作用包括：在碳纤维受热转换过程中，提供压力的来源，保障碳纤维层间的密合性。
传统工艺的劣势在于：
1、工艺复杂、材料定位操作难度高；
2、生产操作过程复杂，易出现操作不当造成报废；
3、内芯的结构设计精准度不易控制；
4、各种结构的中空开口管无法直接制作出来，需依靠后续加工得到所需的中空开口管形；
5、气袋易在成型过程中破孔，造成产品层间结合不良而报废。
传统的制作工艺复杂繁琐，人工成本高，成型过程中容易气袋容易破裂造成产品报废。
发明内容
本发明的一个目的在于：提供一种碳纤维工件芯轴气袋一体化成型工艺，工艺简单，成品率高。
为达此目的，本发明提供一种碳纤维工件芯轴气袋一体化成型工艺，包括以下步骤：
提供中空的芯轴；
将碳纤维贴覆在所述芯轴的外侧；
将贴覆有碳纤维的芯轴放入工件模具的模腔中，然后往芯轴中吹气，使碳纤维受热成型固化；
取出芯轴。
作为一种优选的实施方式，所述芯轴为软塑料。
作为一种优选的实施方式，所述芯轴为聚丙烯。
作为一种优选的实施方式，所述步骤：提供中空的芯轴，具体为：
通过吹塑工艺制作具有进气口的芯轴。
作为一种优选的实施方式，所述步骤：通过吹塑工艺制作具有进气口的芯轴，包括以下步骤：
将原料胶粒融化后，挤出圆管；
使用设有吹气针的内芯模具进行合模，使部分圆管位于内芯模具合模后的模腔中；
对内芯模具的模腔中的圆管吹气，使圆管贴在内芯模具的内壁，形成芯轴。
作为一种优选的实施方式，当所述内芯模具合模时，使内芯模具的模腔中的圆管一端封闭，另一端留有进气口。
作为一种优选的实施方式，所述步骤：将贴覆有碳纤维的芯轴放入工件模具的模腔中，然后往芯轴中吹气，使碳纤维受热成型固化，具体为：
将贴覆有碳纤维的芯轴放入工件模具的模腔中，使模腔中的温度上升并往芯轴中吹气产生压力，使碳纤维贴在工件模具的内壁上一定时间后，碳纤维的形状固化，形成碳纤维工件。
作为一种优选的实施方式，所述步骤：取出芯轴具体为：
碳纤维工件成型固化后，停止吹气并冷却工件模具，待工件模具的模腔温度下降后取出碳纤维工件，然后将碳纤维工件放入烘箱进行加热，待芯轴的硬度下降后从烘箱中取出碳纤维工件并立即将软化的芯轴取出。
本发明的有益效果为：提供一种碳纤维工件芯轴气袋一体化成型工艺，通过设置具有一定热塑性的芯轴以替代原来的内芯和气袋，简化工艺，而且能提高成品率。
附图说明
下面根据附图和实施例对本发明作进一步详细说明。
图1为实施例提供的芯轴的示意图；
图2为实施例提供的碳纤维工件的示意图；
图3为实施例提供的工件模具的合模示意图
图4为实施例提供的碳纤维自行车架的示意图；
图5为实施例提供的车架芯轴的示意图。
图中：
1、芯轴；2、碳纤维；3、工件模具；4、碳纤维自行车架；5、车架芯轴。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
本实施例提供一种碳纤维工件2的成型工艺(碳纤维工件芯轴气袋一体化成型工艺)，包括以下步骤S10～S40：
S10：提供中空的芯轴1。
具体地，芯轴1为空心结构，热塑性或者延展性能较好。优选地，可以选用软塑料作为芯轴1材料。进一步地，软塑料一般是指热塑性塑料,用注塑法加工成型后可以再次加工使用的塑料就叫软塑料。一般来说软塑料是熟塑料，比较耐用。主要的软塑料有聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚苯乙烯(PS)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA，俗称有机玻璃)、聚氯乙烯(PVC)、尼龙(Nylon)、聚碳酸酯(PC)、聚氨酯(PU)、聚四氟乙烯(特富龙,PTFE)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET，PETE)等。经大量实验表明，当使用聚丙烯(PP)作为芯轴1时，成品率高，成本低廉，容易加工，具有较大的优势。乙烯烃(CH2-CH2)n属于热可塑材料，室温下为玻璃态，具有稳定的刚性，可支撑碳纤维等复合材料进行层叠操作，满足各种结构设计要求，在高温时又可进入橡胶态，具高的可塑性，以满足任何复杂模具型腔形变需求，完成全型腔均匀压力的加工条件。乙烯烃自身的非极性特征和复材环氧极性特征，造成自然的不相结合现象。复材成型后，极易剥离取出，内表面光滑高品质。
优选地，也可以不选用塑料，只要该材料满足以下要求即可：芯轴1在25℃时为玻璃态，在70℃以上时为橡胶态。经过实验表明，只要满足该要求的材料，都可以作为本实施例中的芯轴1的原料。具体地，玻璃态不是物质的一个状态，是它的结构。固态物质分为晶体和非晶体，构成晶体的原子(或离子或分子)具有一定的空间结构(即晶格)，晶体具有一定的晶体形状，和固定熔点，并不具有各向同性。玻璃态就是一种非晶体，非晶体是固体中除晶体以外的固体。它没有固定的形状和固定熔点，具有各向同性。它们随着温度的升高逐渐变软，最后才熔化。变软后可加工成各种形状。橡胶态，随着温度升高至某一温度时，链段运动受到激发，但整个分子链仍处于冻结状态，在受到外力作用时，无定形聚合物表现出很大形变，外力解除后，形变可以恢复，这种状态称为橡胶态、高弹态或者晶态。
优选地，可以通过吹塑工艺制作具有进气口的芯轴1，包括以下步骤S101～S104：
S101：将原料胶粒融化后，挤出圆管；
S102：使用设有吹气针的内芯模具进行合模，使部分圆管位于内芯模具合模后的模腔中；当所述内芯模具合模时，使内芯模具的模腔中的圆管一端封闭，另一端留有进气口，如图1所示；
S103：对内芯模具的模腔中的圆管吹气，使圆管贴在内芯模具的内壁，形成芯轴1。
S104：打开内芯模具，取出芯轴1。
S20：将碳纤维贴覆在所述芯轴1的外侧，如图2所示。
具体地，芯轴1的形状与工件模具3的模腔形状相似，但是尺寸较小，碳纤维的贴覆厚度根据芯轴1与工件模具3的模腔的尺寸差值确定。
S30：将贴覆有碳纤维的芯轴1放入工件模具3的模腔中，使模腔中的温度上升并往芯轴1中吹气产生压力，使碳纤维贴在工件模具3的内壁上一定时间后，碳纤维的形状固化，形成碳纤维工件2，如图3所示。
具体地，因为芯轴1具有一定的热塑性，当工件模具3的模腔升温后，往芯轴1中吹气，芯轴1形状变化，可以替代传统的气袋，辅助碳纤维风压成型。使用芯轴1代替原来的内芯和气袋，芯轴不容易破裂，不仅可以实现工艺简化，还可以保证产品品质稳定。
S40：碳纤维工件2成型固化后，停止吹气并冷却工件模具3，待工件模具3的模腔温度下降后取出碳纤维工件2，然后将碳纤维工件2放入烘箱进行加热，待芯轴1的硬度下降至合适的数值后从烘箱中取出碳纤维工件2并立即将软化的芯轴1取出。
具体地，由于芯轴1具有良好的热塑性，所以要在加热状况下使芯轴1变软后再将芯轴1取出。
本实施例所提供的成型工艺可以适用于所有风压成型的碳纤维工件2的制作过程，例如碳纤维自行车架4、碳纤维羽毛球拍、碳纤维容器、碳纤维管道等。例如可以通过以下步骤生产图4所示的自行车架：
1)使用PP材料，通过吹塑成型的方式，制作出图5所示与封闭式的碳纤维自行车架4形状相同，但是尺寸较小的车架芯轴5(因为车架芯轴5与工件模具3之间还要有碳纤维，所以尺寸较小)，同时保证车架芯轴5有一定的壁厚，常温(25℃)下车架芯轴5的硬度较大，升温后(大于70℃)车架芯轴5开始变软，具备一定的变形能力；
2)将碳纤维包裹贴覆在车架芯轴5上，碳纤维包完后无需将车架芯轴5取出；直接内埋在碳纤维中，让车架芯轴5起到定型、定位及代替风管的作用；
3)将碳纤维和车架芯轴5一起放入工件模具3中进行加热，升温后，接上风压，对车架芯轴5吹气，车架芯轴5在风压下向外扩张，进而对碳纤维施加压力，碳纤维在车架芯轴5和工件模具3的共同作用下受热成型固化，得到碳纤维自行车架4；
4)加热和吹气一定时间后，待碳纤维中的树脂固化后，停止吹气并冷却工件模具3，接着将碳纤维自行车架4连同车架芯轴5一起从工件模具3中取出放进烘箱进行加热，待温度升至合适的温度后，车架芯轴5变软，就可以将碳纤维自行车架4连同车架芯轴5一起烘箱中取出，趁着车架芯轴5还处于软化状态，将车架芯轴5从碳纤维自行车架4中取出。
此工艺优势是：取消传统的内芯+尼龙气袋或者内芯+乳胶气袋给产品施加压力的工艺方式，改为直接将碳纤维包裹在事先做好的预型体(芯轴1)上，芯轴1可以实现内芯和气袋功能的一体化，由此简化工艺，提升产品品质的稳定性。
本文中的“第一”、“第二”等仅仅是为了在描述上加以区分，并没有特殊的含义。
另外需要声明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。
Claims (9)
1.一种碳纤维工件芯轴气袋一体化成型工艺，其特征在于，包括以下步骤：
提供中空的芯轴；
将碳纤维贴覆在所述芯轴的外侧；
将贴覆有碳纤维的芯轴放入工件模具的模腔中，然后往芯轴中吹气，使碳纤维受热成型固化；
取出芯轴。
2.根据权利要求1所述的碳纤维工件芯轴气袋一体化成型工艺，其特征在于，所述芯轴在25℃时为玻璃态，在70℃以上时为橡胶态。
3.根据权利要求2所述的碳纤维工件芯轴气袋一体化成型工艺，其特征在于，所述芯轴为软塑料。
4.根据权利要求3所述的碳纤维工件芯轴气袋一体化成型工艺，其特征在于，所述芯轴为聚丙烯。
5.根据权利要求1所述的碳纤维工件芯轴气袋一体化成型工艺，其特征在于，所述步骤：提供中空的芯轴，具体为：
通过吹塑工艺制作具有进气口的芯轴。
6.根据权利要求5所述的碳纤维工件芯轴气袋一体化成型工艺，其特征在于，所述步骤：通过吹塑工艺制作具有进气口的芯轴，包括以下步骤：
将原料胶粒融化后，挤出圆管；
使用设有吹气针的内芯模具进行合模，使部分圆管位于内芯模具合模后的模腔中；
对内芯模具的模腔中的圆管吹气，使圆管贴在内芯模具的内壁，形成芯轴。
7.根据权利要求6所述的碳纤维工件芯轴气袋一体化成型工艺，其特征在于，
当所述内芯模具合模时，使内芯模具的模腔中的圆管一端封闭，另一端留有进气口。
8.根据权利要求1所述的碳纤维工件芯轴气袋一体化成型工艺，其特征在于，所述步骤：将贴覆有碳纤维的芯轴放入工件模具的模腔中，然后往芯轴中吹气，使碳纤维受热成型固化，具体为：
将贴覆有碳纤维的芯轴放入工件模具的模腔中，使模腔中的温度上升并往芯轴中吹气产生压力，使碳纤维贴在工件模具的内壁上一定时间后，碳纤维的形状固化，形成碳纤维工件。
9.根据权利要求8所述的碳纤维工件芯轴气袋一体化成型工艺，其特征在于，所述步骤：取出芯轴具体为：
碳纤维工件成型固化后，停止吹气并冷却工件模具，待工件模具的模腔温度下降后取出碳纤维工件，然后将碳纤维工件放入烘箱进行加热，待芯轴的硬度下降后从烘箱中取出碳纤维工件并立即将软化的芯轴取出。
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