CN106584925A - 一种一体成型出来的阻燃高强度高铁车厢中的顶板及其成型工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一体成型出来的阻燃高强度高铁车厢中顶板及其成型工艺，其工艺包括如下步骤；步骤(1)、阻燃碳纤维预浸料的选材；步骤(2)、芳纶纸蜂窝的选材；步骤(3)、胶黏剂的选材；步骤(4)、预浸料的铺层、内埋铝合金的放置；步骤(5)、复合材料的固化成型，做成顶板板材。顶板为一弧形的顶板，顶板从上到下的结构依次为：阻燃碳纤维预浸料层、胶黏剂层、芳纶纸蜂窝层、内埋金属铝件的PET泡沫层、胶黏剂层、阻燃碳纤维预浸料层。本发明中的顶板无需开口、折弯、烧焊等复杂工序，而且成型出来的产品轮廓造型得到了统一的标准，造型独特、重量轻、力学性能强。
Description
技术领域
本发明涉及一种高铁车厢中的顶板及其成型工艺，具体涉及一种一体成型出来的阻燃高强度高铁车厢中的顶板及其成型工艺。
背景技术
现有国内使用的轨道交通工具，如动车组、地铁、轻轨等，为了满足外型设计和车体轻量化的要求，通常需要采取兼顾车辆安全性、轻量化、高强度与外型美观的新型制造技术。目前，轨道车辆的侧墙板，普遍地选用铝合金或玻璃钢制作，在保证车体强度和刚性的同时，增加了车体的重量，因此，越来越难以满足车体轻量化以及节能的要求。
而且铝合金或玻璃钢成型出来的产品存在轮廓造型不一、重量偏重等现象。
酚醛碳纤维材料较之传统铝合金或玻璃钢材料，碳纤维复合材料拥有众多优异的性能，例如质量轻、比强度高、良好的尺寸稳定性、优秀的化学稳定性，因此其应用范围越发广泛，制作工艺也趋于成熟。而根据产品最终的用途和结构造型的不同，也广泛应运而生了许多碳纤维复合材料成型工艺。
发明内容
针对上述问题，本发明的主要目的在于提供一体成型出来的阻燃高强度高铁车厢中的顶板及其成型工艺。
本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：一种一体成型出来的阻燃高强度高铁车厢中的顶板的成型工艺，所述工艺包括如下步骤；
步骤(1)、阻燃碳纤维预浸料的选材；阻燃碳纤维预浸料为使用酚醛阻燃树脂跟碳纤维原丝预浸而成的材料；
步骤(2)、芳纶纸蜂窝的选材；
步骤(3)、胶黏剂的选材；
步骤(4)、预浸料的铺层、内埋铝合金的放置；
步骤(5)、复合材料的固化成型，做成顶板板材。
在本发明的具体实施例中，在步骤(1)中，酚醛阻燃树脂树脂含量的重量百分比为35％-45％。
在本发明的具体实施例中，在步骤(2)中使用密度为≥45kg/m3，抗压强度≥10T/m2的芳纶纸蜂窝。
在本发明的具体实施例中，在步骤(3)中使用粘接强氧度≥15Mpa的环阻燃胶黏剂。
在本发明的具体实施例中，所述步骤(4)具体包括：将两块裁好尺寸的阻燃碳纤维预浸料分别贴在模具的上模产品型腔面和下模产品型腔里，铺料过程中要用刮板压实，将胶黏剂贴在上模产品型腔面和下模产品型腔里的阻燃碳纤维预浸料上；然后将裁切好的芳纶纸蜂窝铺层在上模产品型腔面的胶黏剂上；再将PET泡沫放入上模产品型腔面的芳纶纸蜂窝和下模产品型腔里的胶黏剂之间；最后再将经脱脂清洗后的金属铝件内埋入PET泡沫中。
在本发明的具体实施例中，所述步骤(5)具体包括：将步骤(4)中的产品合好模后将模具放入热压机台上根据中顶板成型管制标准设定的温度、压力参数对产品进行热成型，具体参数如下：
成型时间：从模具放入热压机台到成型固化结束时间为2.5-3.5小时；
成型温度：成型温度为模具型腔内的产品温度，为140±5℃；
机台设定温度：150±5℃；
机台外压：6±0.5MPa；
产品加压：根据温度控制加压时间，包括如下几种情况：
80℃：0Mpa；温度公差范围：±5℃；
100℃：2±0.5Mpa；温度公差范围：±5℃；
120℃：4±0.5Mpa；温度公差范围：±5℃；
140℃：6±0.5Mpa。温度公差范围：±5℃。
在本发明的具体实施例中，所述芳纶纸蜂窝的密度在抗压强度相同的情况下根据产品形状大小的不同选：45kg/m3、60kg/m3、80kg/m3，所述刮板的材质可选：PVC、PET和PTFE中的一种和多种的混合物，所述胶黏剂选用耐150℃高温，且粘接强度≥15Mpa的胶黏剂。
一种一体成型出来的阻燃高强度高铁车厢中的顶板，顶板为一弧形的顶板，顶板从上到下的结构依次为：阻燃碳纤维预浸料层、胶黏剂层、芳纶纸蜂窝层、内埋金属铝件的PET泡沫层、胶黏剂层、阻燃碳纤维预浸料层。
在本发明的具体实施例中，所述顶板板材上开有三个长方形框、两个大圆孔、四个小圆孔，若干个螺纹孔；
三个长方形框中其中两个大框分布在中间的一个小框的两侧，四个小圆孔排成一条直线，且靠近顶板上远离三个长方形框的边，两个大圆孔位于顶板上四个小圆孔排成的直线和两个大框排成的直线之间。
在本发明的具体实施例中，所述弧形的顶板对应的圆心角的角度范围为140°-160°。
在本发明的具体实施例中，所述两个大圆孔的直径为200mm，四个小圆孔的直径为120mm，螺纹孔为16个，位于顶板的周边上。
本发明的积极进步效果在于：本发明提供的一体成型出来的阻燃高强度高铁车厢中顶板及其成型工艺，相比传统铝合金高铁中顶板无需开口、折弯、烧焊等复杂工序，而且成型出来的产品轮廓造型得到了统一的标准(模具保证)。
本发明的提供的产品造型独特、重量轻、力学性能强。
附图说明
图1为本发明中的顶板的成型工艺中预浸料的铺层、内埋铝合金的放置的结构示意图。
图2-1为本发明中的顶板的俯视图(去掉了阻燃碳纤维预浸料1和胶黏剂2)。
图2-2为本发明中的顶板的立体图。
图2-3为本发明中的顶板的左视图。
图2-4为本发明中的顶板的前视图。
具体实施方式
下面结合附图给出本发明较佳实施例，以详细说明本发明的技术方案。
本发明中一种一体成型出来的阻燃高强度高铁车厢中顶板的成型工艺，成型工艺包括如下步骤；
步骤(1)、阻燃碳纤维预浸料的选材；阻燃碳纤维预浸料为使用酚醛阻燃树脂跟碳纤维原丝预浸而成的材料；在步骤(1)中，酚醛阻燃树脂树脂含量的重量百分比为35％-45％，其余为碳纤维原丝，以上配比也可以根据具体的需求选择。
步骤(2)、芳纶纸蜂窝的选材；在步骤(2)中使用密度为≥45kg/m3，抗压强度≥10T/m2的芳纶纸蜂窝，以上参数也可以根据具体的需求选择。
步骤(3)、胶黏剂的选材；在步骤(3)中使用粘接强氧度≥15Mpa的环阻燃胶黏剂，以上参数也可以根据具体的需求选择。
步骤(4)、预浸料的铺层、内埋铝合金的放置；图1为本发明中的顶板的成型工艺中预浸料的铺层、内埋铝合金的放置的结构示意图。如图1所示，步骤(4)具体包括：将两块裁好尺寸的阻燃碳纤维预浸料1分别贴在模具的上模产品型腔面和下模产品型腔里，铺料过程中要用刮板压实，将胶黏剂2贴在上模产品型腔面和下模产品型腔里的阻燃碳纤维预浸料1上；然后将裁切好的芳纶纸蜂窝3铺层在上模产品型腔面的胶黏剂2上；再将PET泡沫4放入上模产品型腔面的芳纶纸蜂窝3和下模产品型腔里的胶黏剂2之间；最后再将经脱脂清洗后的金属铝件5放入PET泡沫4中。
步骤(5)、复合材料的固化成型，做成顶板板材。步骤(5)具体包括：将步骤(4)中的产品合好模后将模具放入热压机台上根据中顶板成型管制标准设定的温度、压力参数对产品进行热成型，具体参数如下：
成型时间：从模具放入热压机台到成型固化结束时间为2.5-3.5小时；
成型温度：成型温度为模具型腔内的产品温度，为140±5℃；
机台设定温度：150±5℃；
机台外压：6±0.5MPa；
产品加压：根据温度控制加压时间，包括如下几种情况：
80℃：0Mpa；温度公差范围：±5℃；
100℃：2±0.5Mpa；温度公差范围：±5℃；
120℃：4±0.5Mpa；温度公差范围：±5℃；
140℃：6±0.5Mpa。温度公差范围：±5℃。
上述芳纶纸蜂窝的密度在抗压强度相同的情况下根据产品形状大小的不同选：45kg/m3、60kg/m3、80kg/m3。
上述刮板的材质可选：PVC、PET和PTFE中的一种和多种的混合物。
上述胶黏剂选用耐150℃高温，且粘接强度≥15Mpa的胶黏剂。
PET泡沫4为阻燃泡沫，且密度控制在60kg/m3以内，所以泡沫的选材为PET泡沫；内埋件中的金属件考虑材质重量及抗拉强度，所以内埋金属件的选材为铝材5083，即金属铝件5选用5083铝件。
本发明提供的产品运用在高铁车厢中，作为高铁车厢的顶板，顶板的形状为弧面状，所以针对芳纶纸蜂窝的选材为“过拉伸”型，便于产品在热压成型时，芳纶纸蜂窝能够拉伸随形。
将经脱脂清洗过的金属铝件填在泡沫中，应以产品成型模具边缘为基准，依设计铺层结构中的数据进行测量金属铝件摆放位置，确保金属铝件不会跑位，从而保证了产品的后段钻孔能准确的钻在内埋金属铝件上。
本发明产品使用的材料为高强度、高模量的碳纤维复合材料，同时能够达到阻燃效果，且碳纤维中顶板相比铝合金中顶板直接减重了40％，相比玻璃钢中顶板直接减重了30％。
使用芳纶纸蜂窝采用三明治结构一体成型出来的阻燃高强度高铁车厢中顶板相比传统铝合金或玻璃钢成型的中顶板同样达到阻燃的效果，且操作简单、产品造型灵活、强度更高、重量更轻、耐腐蚀。
本发明安全性好、强度高、质量轻的高铁车厢中顶板的制做方法。为了实现以上性能要求，本发明采用阻燃碳纤维预浸料、芳纶纸蜂窝、胶黏剂及内埋件(金属铝件各PET泡沫)为主要原材料。阻燃碳纤维预浸料保证了中顶板的强度及阻燃性；芳纶纸蜂窝则大幅降低了中顶板的重量，满足了轻量化的要求；胶黏剂则提供了将芳纶纸蜂窝很好的与碳纤维预浸料相结合，保证了其粘接强度；内埋件里的PET泡沫则是为了提供比较准确的金属铝件摆放位置。这种采用阻燃碳纤维预浸料为外层、芳纶纸蜂窝及内埋件为夹心层的三明治结构制做而成的高铁车厢中顶板，具有安全性好、强度高、质量轻、装配结构灵活可变的特点。
本发明中的顶板板材为一弧形的顶板(参见图2-2、2-4)，顶板100从上到下的结构依次为：阻燃碳纤维预浸料1层、胶黏剂2层、芳纶纸蜂窝3层、内埋金属铝件5的PET泡沫4层、胶黏剂2层、阻燃碳纤维预浸料1层(参见图1)。
图2-1为本发明中的顶板的俯视图(去掉了阻燃碳纤维预浸料1和胶黏剂2)，图2-2为本发明中的顶板的立体图，图2-3为本发明中的顶板的左视图，图2-4为本发明中的顶板的前视图，如图2-1、2-2、2-3、2-4所示，顶板板材上开有三个长方形框、两个大圆孔、四个小圆孔，若干个螺纹孔。两个大圆孔的直径为200mm，四个小圆孔的直径为120mm，螺纹孔为16个，位于顶板的周边上。
三个长方形框中其中两个大框(标注为6)分布在中间的一个小框(标注为7)的两侧，四个小圆孔排成一条直线(标注为8)位于顶板上远离三个长方形框的边上，两个大圆孔(标注为9)位于顶板上四个小圆孔排成的直线和两个大框排成的直线之间。
在具体的实施过程中，弧形的顶板对应的圆心角的角度范围为140°-160°。
螺纹孔便于产品上的配件安装；整个产品为一体成型，产品上的长方形框、圆孔、螺纹孔均为后续CNC加工、手加工出来的。
图2-4为本发明中的顶板的前视图，产品的整体造型是一个弧面状的，且产品整体厚度为10mm。在壁厚为10mm的产品中需要预埋芳纶纸蜂窝、PET泡沫、金属铝件，且必须保证这些内埋件的粘接强度。充分体现了本发明中顶板的工艺方案的可行性及优势性。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内，本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (10)
1.一种一体成型出来的阻燃高强度高铁车厢中的顶板的成型工艺，其特征在于：所述工艺包括如下步骤；
步骤(1)、阻燃碳纤维预浸料的选材；阻燃碳纤维预浸料为使用酚醛阻燃树脂跟碳纤维原丝预浸而成的材料；
步骤(2)、芳纶纸蜂窝的选材；
步骤(3)、胶黏剂的选材；
步骤(4)、预浸料的铺层、内埋铝合金的放置；
步骤(5)、复合材料的固化成型，做成顶板板材。
2.根据权利要求1所述的一体成型出来的阻燃高强度高铁车厢中顶板的成型工艺，其特征在于：在步骤(1)中，酚醛阻燃树脂树脂含量的重量百分比为35％-45％。
3.根据权利要求1所述的一体成型出来的阻燃高强度高铁车厢中的顶板的成型工艺，其特征在于：在步骤(2)中使用密度为≥45kg/m3，抗压强度≥10T/m2的芳纶纸蜂窝。
4.根据权利要求1所述的一体成型出来的阻燃高强度高铁车厢中的顶板的成型工艺，其特征在于：在步骤(3)中使用粘接强氧度≥15Mpa的环阻燃胶黏剂。
5.根据权利要求1所述的一体成型出来的阻燃高强度高铁车厢中的顶板的成型工艺，其特征在于：所述步骤(4)具体包括：将两块裁好尺寸的阻燃碳纤维预浸料分别贴在模具的上模产品型腔面和下模产品型腔里，铺料过程中要用刮板压实，将胶黏剂贴在上模产品型腔面和下模产品型腔里的阻燃碳纤维预浸料上；然后将裁切好的芳纶纸蜂窝铺层在上模产品型腔面的胶黏剂上；再将PET泡沫放入上模产品型腔面的芳纶纸蜂窝和下模产品型腔里的胶黏剂之间；最后再将经脱脂清洗后的金属铝件内埋入PET泡沫中。
6.根据权利要求1所述的一体成型出来的阻燃高强度高铁车厢中的顶板的成型工艺，其特征在于：所述步骤(5)具体包括：将步骤(4)中的产品合好模后将模具放入热压机台上根据中顶板成型管制标准设定的温度、压力参数对产品进行热成型，具体参数如下：
成型时间：从模具放入热压机台到成型固化结束时间为2.5-3.5小时；
成型温度：成型温度为模具型腔内的产品温度，为140±5℃；
机台设定温度：150±5℃；
机台外压：6±0.5MPa；
产品加压：根据温度控制加压时间，包括如下几种情况：
80℃：0Mpa；温度公差范围：±5℃；
100℃：2±0.5Mpa；温度公差范围：±5℃；
120℃：4±0.5Mpa；温度公差范围：±5℃；
140℃：6±0.5Mpa。温度公差范围：±5℃。
7.根据权利要求1所述的一体成型出来的阻燃高强度高铁车厢中的顶板的成型工艺，其特征在于：所述芳纶纸蜂窝的密度在抗压强度相同的情况下根据产品形状大小的不同选：45kg/m3、60kg/m3、80kg/m3，所述刮板的材质可选：PVC、PET和PTFE中的一种和多种的混合物，所述胶黏剂选用耐150℃高温，且粘接强度≥15Mpa的胶黏剂。
8.一种一体成型出来的阻燃高强度高铁车厢中的顶板，其特征在于：所述顶板为一弧形的顶板，顶板从上到下的结构依次为：阻燃碳纤维预浸料层、胶黏剂层、芳纶纸蜂窝层、内埋金属铝件的PET泡沫层、胶黏剂层、阻燃碳纤维预浸料层。
9.根据权利要求7所述的一体成型出来的阻燃高强度高铁车厢中的顶板，其特征在于：所述顶板板材上开有三个长方形框、两个大圆孔、四个小圆孔，若干个螺纹孔；
三个长方形框中其中两个大框分布在中间的一个小框的两侧，四个小圆孔排成一条直线，且靠近顶板上远离三个长方形框的边，两个大圆孔位于顶板上四个小圆孔排成的直线和两个大框排成的直线之间。
10.根据权利要求7所述的一体成型出来的阻燃高强度高铁车厢中的顶板，其特征在于：所述弧形的顶板对应的圆心角的角度范围为140°-160°，所述两个大圆孔的直径为200mm，四个小圆孔的直径为120mm，螺纹孔为16个，位于顶板的周边上。
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