提高复合材料制品粘接效果的成型方法

技术领域

本发明涉及新能源汽车采用的复合材料制品粘接技术领域，特别涉及一种提高复合材料制品粘接效果的成型方法。

背景技术

随着新能源汽车的推广及发展，对新能源汽车的电池箱体及其附属部件的减重要求越来越高。复合材料作为新型材料，其高比重、比模量的性能，在新能源汽车行业应用越来越多，例如US2005079779A1 Reinforced polymer composites专利文献即提供了一种可用于制作汽车构件的聚合物复合材料。复合材料制作的构件时若采用开孔铆接，由于复合材料本身存在各向异性，在开孔的机加工过程中容易产生微裂纹，在使用过程中裂纹受振动影响会继续延伸，影响产品整体性能。

目前，复合材料制作的构件使用胶接替代开孔铆接已成为新的发展趋势。胶接过程中，复合材料制品的表面能的大小，直接影响胶接的效果。使用HP-RTM(高压树脂传递模塑成型)/WCM(树脂湿法模压快速成型)/PCM(树脂预浸料模压成型)工艺时，因模具表面的脱模剂残留转移造成的产品表面能降低，需要使用喷砂、打磨、化学腐蚀或者等离子处理等操作，才能保证产品的表面能满足后续粘接需求，但是这些操作对于人工和/或设备的要求比较高，且存在以下缺陷：1.表面喷砂：对于面积比较大、壁厚比较薄的产品不方便操作；2.表面打磨：对于面积比较大、壁厚比较薄的产品不方便操作，并且容易造成打磨不均匀，效果不统一；3.表面化学溶剂腐蚀：挥发性气体较多，严重污染工作环境，可能造成VOC检测不达标；4.表面等离子处理：需要增加等离子处理设备，成本较高，占用空间。

在不增加设备的前提下，如何提高复合材料制作的构件使用胶接的表面粘接效果并保证粘接效果的均匀性和一致性是一个亟待解决的问题。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种提高复合材料制品粘接效果的成型方法，包括以下步骤：

S100：依次在模具内铺放底层脱模布、纤维织物和顶层脱模布，闭合模具并施加设定压力；

S200：对模具的内腔进行抽真空，达到预定的真空度；

S300：在注入温度条件下，向模具的内腔按照预定注入量注入树脂，保温设定时长；

S400：在树脂固化后打开模具进行脱模，脱模后去除表面的底层脱模布和顶层脱模布。

可选的，在S100步骤中，在铺放脱模布前，进行模具表面清洁；清洁完毕在模具的内腔表面喷涂脱模剂。

可选的，在S100步骤中，设定压力的范围为200T～1500T/m

可选的，在S200步骤中，预定的真空度不大于-0.85Bar。

可选的，在S300步骤中，注入温度的范围为80～150℃；设定时长的范围为3～30min。

可选的，在S300步骤中，用于注入的树脂温度为40～60℃；树脂的预定注入量根据纤维织物的体积确定。

可选的，在S300步骤中，采用的模具壁内布设有通道，加热到注入温度并保温的方式为：通过输送装置将经加热温度且不低于注入温度的液油循环输送到模具壁内布的通道中用于注入温度的控制。

可选的，在S100步骤中，脱模剂喷涂方式如下：

S110：通过3D扫描构建模具模型；

S120：根据模具模型确定需要喷涂的模具表面，并进行喷涂路径规划；

S130：按照喷涂路径规划进行控制，执行脱模剂喷涂操作。

可选的，在S120步骤中，喷涂路径规划方式如下：

S121：建立坐标系，将模具模型导入坐标系；

S122：根据喷涂器具单次喷涂范围尺寸，将需要喷涂的模具表面划分为多个线型喷涂区域，每个线型喷涂区域的宽度与喷涂器具单次喷涂范围尺寸相适配；

S123：选定位于模具表面一端边缘的线型喷涂区域为起始喷涂区域，距离起始喷涂区域最远的模具表面另一端边缘的线型喷涂区域为最后喷涂区域；

S124：对于位于模具表面中间的线型喷涂区域，设定其两端分别与相邻的前一线型喷涂区域的端头和后一线型喷涂区域的端头形成连接，由此将所有线型喷涂区域构建成蛇形曲线图，采用蛇形曲线图作为喷涂路径。

可选的，在S300步骤中，采用温度传感器实时测量环境温度，设置风速仪测量环境空气流动速度；

根据测量得到的环境温度和空气流动速度，通过控制输送装置对液油循环输送的液油流量进行调节。

本发明的提高复合材料制品粘接效果的成型方法，对于用于新能源汽车的电池箱体及其附属部件的复合材料，采用上述方法进行制作成型，通过由贴着模具内腔壁面设置脱模布(即底层脱模布和顶层脱模布)，在注入树脂后，脱模布在树脂胶粘作用下附着在纤维织物和树脂形成的复合材料外表面，取出复合材料产品后，底层脱模布和顶层脱模布可以采用直接撕扯方式去除；一方面使得脱模更容易，避免脱模时造成复合材料表面产生缺陷；另一方面，通过撕扯去除脱模布，可以使得复合材料形成平整的带粗糙效果的表面，这种带有粗糙效果的复合材料表面不需要再进行喷砂、打磨、化学腐蚀或者等离子处理等操作，无需增加表面处理设备，即可直接用于胶接，能够具备良好的胶接效果。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为本发明实施例中一种提高复合材料制品粘接效果的成型方法流程图；

图2为本发明的提高复合材料制品粘接效果的成型方法实施例采用的脱模剂喷涂方式流程图；

图3为本发明的提高复合材料制品粘接效果的成型方法实施例采用的脱模剂喷涂的喷涂路径规划方式流程图；

图4为本发明的提高复合材料制品粘接效果的成型方法制作的复合材料制品脱模时的截面结构图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1和4所示，本发明实施例提供了一种提高复合材料制品粘接效果的成型方法，包括以下步骤：

S100：依次在模具内铺放底层脱模布3、纤维织物2和顶层脱模布1，闭合模具并施加设定压力；

S200：对模具的内腔进行抽真空，达到预定的真空度；

S300：在注入温度条件下，向模具的内腔按照预定注入量注入树脂，保温设定时长；

S400：在树脂固化后打开模具进行脱模，脱模后去除表面的底层脱模布3和顶层脱模布1。

上述技术方案的工作原理和有益效果为：本方案对于用于新能源汽车的电池箱体及其附属部件的复合材料，采用上述方法进行制作成型，通过由贴着模具内腔壁面设置脱模布(即底层脱模布和顶层脱模布)，在注入树脂后，脱模布在树脂胶粘作用下附着在纤维织物和树脂形成的复合材料外表面，取出复合材料产品后，底层脱模布和顶层脱模布可以采用直接撕扯方式去除；一方面使得脱模更容易，避免脱模时造成复合材料表面产生缺陷；另一方面，通过撕扯去除脱模布，可以使得复合材料形成平整的带粗糙效果的表面，这种带有粗糙效果的复合材料表面不需要再进行喷砂、打磨、化学腐蚀或者等离子处理等操作，无需增加表面处理设备，即可直接用于胶接，能够具备良好的胶接效果；其中，脱模布可以在准备使用复合材料进行胶接的时候撕扯去除，这样，能够在使用前一直保障复合材料不易受损；纤维织物可以采用玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维、玄武岩纤维和植物纤维中的一种或者多种纤维丝生产的织物，纤维织物的铺放层数根据制品用于新能源汽车部件的需要确定，可以是单层，也可以是多层。

在一个实施例中，在S100步骤中，在铺放脱模布前，进行模具表面清洁；清洁完毕在模具的内腔表面喷涂脱模剂；

脱模剂采用聚氨酯水性脱模剂，聚氨酯水性脱模剂包括下列成分且按照重量百分比配制：

乳化蜡液：10％～15％；甲基硅油乳液：15％～20％；改性硅油乳液：5％～8％；去离子水：50％～55％；乳化剂：4.5％～6％；添加剂：0.5％～1％；防腐剂：0.3％～0.5％。

上述技术方案的工作原理和有益效果为：本方案对用于复合材料成型的模具，在使用前，先用进行表面清洁，去除粘染的污物或者以前使用留下的残渣，避免污物影响复合材料成型后的质量；清洁后在模具的内腔表面喷涂脱模剂，避免复合材料与模具内腔表面发生粘连增加脱模难度，也能够避免脱模时对复合材料造成损伤；本方案采用的聚氨酯水性脱模剂以去离子水为分散相，形成的水溶物不但具备使聚氨酯泡沫脱模的功能，而且具备生物降解性，不会存在VOC等有害物质，具有环保性；采用去离子水作为稀释剂无污染、易得到且低成本。

在一个实施例中，在S100步骤中，设定压力的范围为200T～1500T/m

上述技术方案的工作原理和有益效果为：本方案对于合模后的模具施加200T～1500T/m

在一个实施例中，在S200步骤中，预定的真空度不大于-0.85Bar，可以在-0.85～-0.1Bar范围选定。

上述技术方案的工作原理和有益效果为：本方案通过抽真空排除模具内部的空气，避免内部空气在加热后膨胀形成内压破坏模具的密封性；还可以防止树脂注入后受空气影响，避免复合材料成型后存在气泡等缺陷。

在一个实施例中，在S300步骤中，注入温度的范围为80～150℃；设定时长的范围为3～30min；用于注入的树脂温度为40～60℃；树脂的预定注入量根据纤维织物的体积确定。

上述技术方案的工作原理和有益效果为：本方案通过界定注入温度的范围，保障树脂注入的流动性和成型效果，提高注入效率；通过保温时长的范围设定，可以保障在内部纤维织物和树脂作用的充分性，使得复合材料成型效果较好；注入的树脂温度采用规定范围可以保障树脂的流动性，根据纤维织物的体积确定树脂的预定注入量能够保障纤维织物和树脂作用的充分性，使得复合材料成型效果较好，成型复合材料的密度与强度能够得到较好的保障；其中，树脂的预定注入量一般按照纤维织物体积的40～50％选择确定。

在一个实施例中，在S300步骤中，采用的模具壁内布设有通道，加热到注入温度并保温的方式为：通过输送装置将经加热温度且不低于注入温度的液油循环输送到模具壁内布的通道中用于注入温度的控制。

上述技术方案的工作原理和有益效果为：本方案通过在模具壁内布设有通道，采用输送装置将经加热温度且不低于注入温度的液油循环输送到模具壁内布的通道中，形成对模具的加热与保温；液油的循环流动可以提高模块不同位置加热温度的均匀性和一致性；其中，模具壁内通道的布设与连通需要根据模具的形状进行均匀性布置，避免通道过长影响温度均匀性。

在一个实施例中，如图2所示，在S100步骤中，脱模剂喷涂方式如下：

S110：通过3D扫描构建模具模型；

S120：根据模具模型确定需要喷涂的模具表面，并进行喷涂路径规划；

S130：按照喷涂路径规划进行控制，执行脱模剂喷涂操作。

上述技术方案的工作原理和有益效果为：本方案通过3D扫描辅助进行模具模型的构建，提高构建效率，能够适用于不同复合材料制作模具；在构建的模具模型基础上确定需要喷涂的模具表面并进行喷涂路径规划，按照规划的喷涂路径控制脱模剂喷涂操作；通过自动规划与执行，可以避免人为因素的影响，能够避免出现漏喷点，从而防止脱模时造成复合材料局部缺陷影响品质。

在一个实施例中，如图3所示，在S120步骤中，喷涂路径规划方式如下：

S121：建立坐标系，将模具模型导入坐标系；

S122：根据喷涂器具单次喷涂范围尺寸，将需要喷涂的模具表面划分为多个线型喷涂区域，每个线型喷涂区域的宽度与喷涂器具单次喷涂范围尺寸相适配；

S123：选定位于模具表面一端边缘的线型喷涂区域为起始喷涂区域，距离起始喷涂区域最远的模具表面另一端边缘的线型喷涂区域为最后喷涂区域；

S124：对于位于模具表面中间的线型喷涂区域，设定其两端分别与相邻的前一线型喷涂区域的端头和后一线型喷涂区域的端头形成连接，由此将所有线型喷涂区域构建成蛇形曲线图，采用蛇形曲线图作为喷涂路径。

上述技术方案的工作原理和有益效果为：本方案通过引用坐标系，对喷涂路径进行精确规划与控制，采用该方案规划的喷涂路径执行脱模剂喷涂，可以保障喷除的均匀性，在保障没有漏喷点的情况下，避免单点或者局部存在重复喷涂，节省脱模剂用量，提高喷涂效率。

在一个实施例中，在S300步骤中，树脂注入时，注入设备采用以下公式计算并调节树脂的注入压力：

上式中，P

上述技术方案的工作原理和有益效果为：本方案采用上述公式对树脂的注入时的注入压力进行控制调节，上述公式考察了不同注入温度下的树脂注入流动性差异，引入调节系数进行平衡，通过调节注入压力来弥补树脂流动性受到注入温度的影响，从而更好地保障树脂注入的平稳性，增强树脂在模具中分布的均匀度，提高产品的一致性和良品率；另外，通过注入温度和注入压力的选择性还可以提高树脂的注入效率。

在一个实施例中，在S300步骤中，采用温度传感器实时测量环境温度，设置风速仪测量环境空气流动速度；

根据测量得到的环境温度和空气流动速度，通过控制输送装置对液油循环输送的液油流量进行调节。

上述技术方案的工作原理和有益效果为：本方案通过测量复合材料制品制作时的环境温度和空气流动速度，根据测量结果情况，通过控制输送装置对液油循环输送的液油流量进行调节，可以实现环境变化补偿，避免制作过程受到环境影响造成制作品质差异，可以提高产品的合格率和质量一致性。

在一个实施例中，在S100步骤中，对制作成型的复合材料制品通过激光扫描得到三维点云图像，进行降采样处理；去除三维点云图像中的异常点；

以三维点云图像中的各图像点作为样本形成数据集，数据集中存在多个不同的聚类中心，采用以下聚类算法计算样本对于数据集的聚类指数：

其中，

上式中，τ

将计算得到的聚类指数与设定阈值进行对比，若聚类指数中存在聚类指数τ

上述技术方案的工作原理和有益效果为：本方案通过采集成型的复合材料制品的三维点云图像，进行降采样处理减少后续图像处理数据量；去除三维点云图像中的异常点，避免干扰；然后采用上述算法进行量化分析，检查复合材料制品是否存在缺陷，避免不合格品被使用到新能源汽车上形成安全隐患；采用的上述算法容易操作，检测速度快，检测效率高，检测结果不会受到人为因素影响，使得检测结果更客观和可靠。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。