碳纖維增強樹脂基復合材料軌道車輛車頭罩的制備方法
【技術領域】
[0001] 本發明設及碳纖維增強樹脂基復合材料軌道車輛車頭罩的制備方法，屬于碳纖維 復合材料技術領域。
【背景技術】
[0002] 復合材料因其優異的材料性能和工藝特性，在國內外軍用方面：飛機機翼、機身、 中央翼盒等主承力結構、運載火箭上面級、衛星承力筒、衛星電池陣、導彈殼體等航天結構 件；民用方面:火車外殼、混凝±累車臂架、橋梁建設、建筑補強等均已得到廣泛應用。隨著 近年來我國在軍事領域的快速發展，復合材料在軍用領域的應用得到快速發展，應用越來 越廣泛。但在民用高端領域的應用差距仍較大。
[0003] 目前軌道交通車輛車頭罩因外形復雜，需使用模具成型，受模具密封性能限制，國 內均普遍采用的手糊工藝進行成型，軌道交通車輛車頭罩主要為手糊成型玻璃纖維增強樹 脂基復合材料下簡稱玻璃鋼），此材料主要存在比強度低、比模量低、成型質量不穩定等 缺點。使其與目前軌道交通車輛高速、節能理念所不符，所W材料使用局限于低速運營車 輛。
【發明內容】
[0004] 本發明的目的在于克服現有技術的上述不足，提供碳纖維增強樹脂基復合材料軌 道車輛車頭罩的制備方法，該方法制備得到的車輛車頭罩具有孔隙率低、高比強度、高比剛 度、抗疲勞、性能穩定性好、質量輕等優點，實現結構功能一體化，滿足高速軌道車輛使用要 求。
[0005] 本發明的上述目的主要是通過如下技術方案予W實現的：
[0006] 碳纖維增強樹脂基復合材料軌道車輛車頭罩的成型方法，包括如下步驟：
[0007] 步驟(一）、利用頭罩組合模具進行車輛車頭罩蒙皮的成型，所述頭罩組合模具包 括第一側壁模具、第二側壁模具和主體模具，所述主體模具包括迎風面模具和兩個側緣，且 所述迎風面模具與兩個側緣的連接處平滑過渡，形成一體化結構，所述第一側壁模具、第二 側壁模具對稱安裝在主體模具的兩個側緣上，形成半封閉結構，且第一側壁模具、第二側壁 模具與主體模具的兩個側緣的連接部位通過娃橡膠進行密封，具體成型方法如下：
[000引（1 )、在頭罩組合模具中采用碳纖維縫編織物進行鋪層，具體鋪層方法為:按照N層 四軸向碳纖維縫編織物與Μ層Ξ軸向碳纖維縫編織物交替鋪設的方式進行鋪層，鋪層總數 為奇數，鋪設的第一層與最后一層均為四軸向碳纖維縫編織物，其中四軸向碳纖維縫編織 物的編織方向為：0°/90°/+45°/-45°，Ξ軸向碳纖維縫編織物的編織方向為：0V+45V- 45%其中Μ、Ν均為正整數；
[0009] (2)、碳纖維縫編織物鋪層完成后，在環氧改性乙締基醋樹脂中添加促進劑、阻燃 劑與催化劑后混合均勻，利用真空灌注成型工藝將混合均勻后的環氧改性乙締基醋樹脂浸 潤碳纖維縫編織物，室溫下固化成型，固化時間為8-12h，得到車輛車頭罩蒙皮；
[0010] 步驟(二）、在頭罩組合模具中對固化后的車輛車頭罩蒙皮裝配金屬預埋件及碳纖 維復合材料加強筋；
[0011] 步驟(Ξ)、脫模，即將第一側壁模具與第二側壁模具與主體模具分離，將車輛車頭 罩產品從主體模具中脫模。
[0012] 在上述碳纖維增強樹脂基復合材料軌道車輛車頭罩的成型方法中，兩個側壁模具 與主體模具的兩個側緣的連接部位開設密封槽，密封槽中填充室溫硫化娃橡膠進行密封。
[0013] 在上述碳纖維增強樹脂基復合材料軌道車輛車頭罩的成型方法中，密封槽的深度 為 5-8mm，寬度為 10-15mm。
[0014] 在上述碳纖維增強樹脂基復合材料軌道車輛車頭罩的成型方法中，頭罩組合模具 的各個側緣向外延伸形成翻邊結構，所述翻邊結構的寬度為100-150mm;進一步所述翻邊結 構為各個側緣沿對應的頭罩組合模具表面的法線方向向外延伸形成的翻邊結構。
[0015] 在上述碳纖維增強樹脂基復合材料軌道車輛車頭罩的成型方法中，迎風面模具為 平滑過渡的曲面結構;所述頭罩組合模具中第一側壁模具、第二側壁模具上對稱設有頭罩 的口 口刻線，用于作為頭罩成型后口口的開設標志。
[0016] 在上述碳纖維增強樹脂基復合材料軌道車輛車頭罩的成型方法中，第一側壁模具 與主體模具的側緣之間的夾角為160~170%即第一側壁模具與側緣連接處的兩個曲面的 切面之間形成的夾角為160~170%所述主體模具的迎風面模具與側緣之間的夾角為90~ 100°，即迎風面模具與側緣連接處的兩個曲面的切面之間形成的夾角為90~100°。
[0017] 在上述碳纖維增強樹脂基復合材料軌道車輛車頭罩的成型方法中，步驟（一）的 (1)中，鋪層總數為化+1層，W中間層第n+1層為分界線，設定編織方向為0V90V+45°/-45° 的四軸向碳纖維縫編織物中，0°層為碳纖維縫編織物的A面，-45°層為碳纖維縫編織物的B 面，編織方向為〇°/+45°/-45°的Ξ軸向碳纖維縫編織物中，0°層為碳纖維縫編織物的A' 面，-45°層為碳纖維縫編織物的B'面，則鋪設方式為:分界線一側編織物的A面和A'面向上， 分界線另一側編織物的B面和B'面向上，形成對稱鋪設，即鋪層方式為：BA、B'A'、 BA……/……AB、A'B'、AB，其中η為正整數。
[0018] 在上述碳纖維增強樹脂基復合材料軌道車輛車頭罩的成型方法中，步驟（一）的 (1) 中，鋪層總數為化+1層，W中間層第η+1層為分界線，兩側形成對稱鋪設，即分界線一側 的四軸向碳纖維縫編織物的編織方向為:-45V+45°/90°/0°，S軸向碳纖維縫編織物的編 織方向為:-45°/+45°/〇°，分界線另一側的四軸向碳纖維縫編織物的編織方向為:〇°/90°/+ 45°/-45°，Ξ軸向碳纖維縫編織物的編織方向為:〇V+45V-45°，其中η為正整數。
[0019] 在上述碳纖維增強樹脂基復合材料軌道車輛車頭罩的成型方法中，步驟（一）的 (2) 中，在鋪層后的碳纖維縫編織物表面依次鋪放脫模布、隔離膜、導流網、注膠管和排氣 管，之后再用真空膜進行包覆，將環氧改性乙締基醋樹脂灌注到包覆后形成的真空袋中，使 碳纖維縫編織物被環氧改性乙締基醋樹脂浸潤。
[0020] 在上述碳纖維增強樹脂基復合材料軌道車輛車頭罩的成型方法中，促進劑為糞酸 鉆，所述催化劑為過氧化甲乙酬，所述阻燃劑為有機憐類阻燃劑;所述環氧改性乙締基醋樹 月旨、促進劑、阻燃劑和催化劑的質量比為：100:0.2-0.4:0.2-0.5:2-4;所述碳纖維復合材料 加強筋與所述碳纖維縫編織物材料相同。
[0021] 本發明與現有技術相比具有如下有益效果：
[0022] (1)、本發明通過對軌道車輛車頭罩的成型模具結構設計、鋪層結構設計、成型工 藝設計W及樹脂配方體系設計進行優化創新，使得制備得到的車頭罩具有優異的綜合性 能，具有孔隙率低、高比強度、高比剛度、抗疲勞、性能穩定性好、質量輕等優點，實現結構功 能一體化，滿足高速軌道車輛使用要求；
[0023] (2)、本發明通過對軌道車輛車頭罩的成型模具的結構形式及密封性能進行優化 設計，采用主體模具與兩個側壁模具相結合的結構形式，并對連接處進行密封結構設計，合 理選擇分模位置，方便產品脫模，保證了產品的氣動外形、工藝的可實現性，并降低工藝復 雜性，提高產品精度；
[0024] (3)、本發明對樹脂配方體系W及鋪層結構進行優化設計，充分發揮復合材料性能 的可設計性，在滿足產品結構強度要求的同時，最大程度降低產品重量，同時降低產品內應 力及固化后的產品變形；
[0025] (4)、本發明樹脂體系選用添加了可溶型有機憐類阻燃劑的乙締基醋樹脂，樹脂既 能滿足VARI工藝對樹脂低粘度要求，又能滿足產品阻燃標準DIN5510中，阻燃等級> 4級要 求。
[0026] (5)、本發明中VARI真空將碳纖布進行壓實使樹脂導入后產品內部密實，保證復合 材料纖維體積含量，同時去除碳纖布層間氣泡，保證復合材料內部低孔隙率，相比手糊玻璃 纖維成型工藝使得力學性能得到進一步明顯的提高；
[0027] (6)、本發明采用的碳纖維縫編織物具有鋪層方向穩定及鋪層效率高的特點，強度 高于玻璃纖維，且VARI工藝優于