[发明专利]碳纤维复合材料板的制备方法及其与铝合金板的无铆钉铆接模具及方法

说明书

技术领域

本发明涉及碳纤维复合材料板与铝合金板的铆接领域，具体涉及碳纤维复合材料板的制备方法及其与铝合金板的无铆钉铆接模具及方法。

背景技术

现如今，由于环境、能源问题的日益严峻，汽车轻量化技术飞速发展。为实现汽车的轻量化，使用轻质、高强度的新型材料将是一种有效的方法。碳纤维复合材料是一种新型复合材料，有着良好的力学性能，在航空航天已经有广泛的应用。近年来，碳纤维复合材料凭借着相对于传统的金属材料有着更高的比刚度、比强度、比吸能，同时单位质量远小于金属材料的优势，在汽车行业中的应用也越来越广泛。

为促使汽车轻量化的实现，必然导致在车身应用材料中，非金属复合材料所占比重显著提高，使金属与复合材料的组合机构件的数量有所增加。为实现汽车轻量化，金属材料与非金属材料之间的较高质量连接工艺成为实现在汽车中大量应用复合材料的关键技术。由于在铆接过程中不发生化学反应，抗疲劳性能和抗静拉力性能良好等优点，铆接工艺成为近年来发展较快的薄板材料机械连接技术。

碳纤维复合材料的主要破坏形式有：基体开裂、纤维断裂、界面脱胶和分层破坏，碳纤维复合材料最终的破坏形式是以上四种破坏形式的共同作用。然而现有的对于碳纤维复合材料板件的无铆钉连接过程中，碳纤维复合材料易发生脆性破坏，影响铆接接头的疲劳性能和抗静拉力性能，甚至直接导致接头失效。

现有的无铆钉铆接工艺流程：一方面由于碳纤维复合材料有较高的强度，在铆接过程中，对设备的冲铆能力有较高的要求。另一方面，由于碳纤维复合材料塑性较差，在铆接过程中，易发生脆性破坏，降低铆接接头质量，甚至无法形成有效的铆接接头。

因此，在现有的无铆钉铆接工艺流程中，需要增加新的工艺方法，保证在铝合金和碳纤维复合材料铆接过程中得到质量良好的铆接接头，同时通过改善原有的工艺方法来提高铆接接头的质量，得到性能良好的铆接件。

发明内容

本发明设计开发了碳纤维复合材料板的制备方法，目的是解决现有技术中，在完成碳纤维复合材料板再次打孔时材料板易发生脆性破坏的问题。

本发明还设计开发了碳纤维复合材料板与铝合金板的无铆钉铆接模具及方法，目的是解决现有技术中铆接过程中易发生脆性破坏、降低铆接接头质量，甚至无法形成有效的铆接接头的问题。

本发明具有能够承受较大冲击力、工艺步骤简单、成本低、铆接接头抗拉、抗剪和抗疲劳性能优越等特点。

本发明提供的技术方案为：

碳纤维复合材料板的制备方法，包括：

步骤一：对预浸布进行装模，将碳纤维预浸布平铺至模具中的凹槽中，并且所述凹槽的底面与所述碳纤维预浸布之间无空隙；

步骤二：对预浸布进行凝胶处理，向所述模具的凹槽中加入凝胶介质后将所述模具合装，加热至100℃～110℃；

步骤三：对预浸布进行升压固化处理，对凝胶处理后的模具进行加压，施加5MPa～10MPa的压力，同时，升温至120℃～130℃，并且保持2小时～6小时；

步骤四：完成预浸布的升压固化处理之后，将模具自然冷却至室温，取出所述碳纤维复合材料板；

其中，所述凹槽中设置有光柱，所述光柱与所述凹槽底面之间采用圆弧过渡，所述碳纤维预浸布平铺至所述凹槽中时，所述碳纤维预浸布的编织空隙穿过所述光柱，得到所述碳纤维复合材料板具有通孔并且在所述通孔底部与所述碳纤维复合材料板的下表面呈圆角过渡。

优选的是，所述模具分为上凸模及下凹模，所述碳纤维预浸布平铺至所述下凹模中的凹槽中，所述上凸模设置有与所述凹槽相匹配的凸台，在所述凹槽的中心处设置光柱，所述上凸模的凸台设置有与所述光柱相匹配的光孔。

优选的是，

所述步骤一中，对预浸布进行超声处理，将所述预浸布浸泡到丙酮溶液中，超声20～30分钟后取出晾干，再将所述预浸布浸泡在甲醇溶液中，超声10～15分钟后取出晾干；

所述步骤二中，所述凝胶介质为酚醛环氧乙烯基树脂，在进行所述步骤二之前，将所述预浸布浸泡在所述酚醛环氧乙烯基树脂中保持15～25分钟，然后将浸泡好的预浸布再逐层平铺至所述模具凹槽中，在进行升温加热之前，在30℃～35℃中预热10～15分钟，再升温4小时至100℃～110℃，并且在110℃条件下，保持15分钟，完成酚醛环氧乙烯基树脂的凝胶；

所述步骤三中，对模具施加5MPa的压力，同时对模具继续升温20分钟至120℃，并且在120℃条件下保持2小时，完成酚醛环氧乙烯基树脂的固化；