基于VARTM工艺的碳纤维携行箱的研制

  车载携行箱也称可搬移箱,是一种用来装载和保护电子设备的小型机箱,可使用载车进行运输。它集成度高,体积小,质量轻,携行方便,便于搬运,并具有抗振、抗冲击,防水性能强等特点,主要用来承载系统设备,使设备具有可搬移、快速架设功能,可应用于车载的机动式指挥所,地面的固定式指挥所和帐篷式指挥所以及仓库、车站、港口码头等场所。

  目前国外的携行箱箱体一般采用聚乙烯材料注塑成型,适合大批量、定型产品的生产,但注塑成型的携行箱外形大,箱壳厚,重量重,致使安装设备有限。而轻型铝质携行箱一般采用折弯后的铆接或焊接的结构形式,生产效率低,制造成本高。隨着战场环境的快速变化,提高系统的机动性能尤为重要,产品轻量化的需求愈加迫切。本文采用高强度、高模量的碳纤维材料和耐冲击性能好的芳纶纤维材料作为增强复合材料,研究了真空辅助树脂传递模塑整体成型工艺,研制出轻型的复合材料携行箱,减轻了携行箱结构质量,提高了生产效率降低了制造成本。

  碳纤维增强复合材料具有轻质、高强度、高刚度等特点,已被越来越多地应用于航天、航空,兵器、电子等领城。本文研制的携行箱采用了高强度、高模量的碳纤维材料和耐冲击性能好的芳纶纤维材料作为增强复合材料,采用VARTM整体成型工艺,在满足强度及刚度要求的前提下,与同类型的铝合金材质携行箱相比,重量减轻了20%以上,且产品环境适应性强,具有极广阔的应用前景。

  携行箱利用VARTM工艺整体成型可以减少所用的结构零部件数量,与同类折弯结构的铝质携行箱组装结构相比,零部件数量减少了70%。由于果用整体成型结构,取消了焊接,铆接,封胶等流程,因此所使用的紧固件数量以及携行箱成型、组装所需的工时数都大幅度碱少。复合材料携行箱的整个研制过程包括6个步骤:模具设计和制作,增强纤维的铺层,导流网、管的布设,密封、抽真空,导流,固化和脱模。

  分模设计:4块模具组成箱身并初步锁定模,然后将2块箱盖模具与箱身模具合膜成箱体模具。制作钣金阳模毛坯并对外表面进行高光处理,翻制纤维树脂阴模并对内表面进行高光处理:制作内扣式把手的阴模,密封模具,在模具装配飞边中间位置打定位孔,用销扣快速锁模。

  根据携行箱刚强度要求,选择用应规格的增强纤维,铺层顺序依次为碳纤维、芳纶、碳纤维。多层材料铺层采用多轴向铺设,并对棱角处进行加强,以增强箱体的整体性能。铺层过程为:首先清洁模具表面并打蜡,然后借助3M喷胶将裁剪好的纤维增强材料按照工艺铺层的设计铺敷在单面模具上,注意不要有纤维层的变形、脱落、空隙,同层间纤维的轴向要保持一致。同时将埋板预埋在箱身的4条棱角处,并用同种增强纤维对4条棱角处进行加强。

  为了验证携行箱VARTM工艺成型的有效性及可行性,对研制的携行箱实物进行了性能和环境适应性测试。先对其进行淋雨试验和高低温储存和温度冲击试验,结果表明各项性能均满足标准要求。然后按照GJB150.16A一2009《军Y装备实验室环境试验方法第一类:基本运输的要求》做公路运输环境的垂直轴、横侧轴,纵向轴3个方向的随机振动试验;按照GB150.18A一2009《军Y装备实验室环境试验方法:冲击试验》进行随机振动试验。将携行箱按工作状态放在实验台上,在实验台和携行箱托盘上各设置1个加速度传感器,分别测量输入和输出数据。经过振动和冲击试验后,携行箱外观结构性能正常,无明显变形,未出现结构开裂等破坏现象。

 

  阅读延伸:《碳纤维武器包装箱的应用优势