一种连续纤维增强树脂基复合材料加工方法与流程

本发明涉及高分子材料加工方法，尤其涉及一种连续纤维增强树脂基复合材料加工方法。

背景技术：

连续纤维增强树脂基复合材料具有高比强度、高比模量、耐腐蚀、吸能等特性，在汽车、轨道交通、航空航天等领域具有广泛应用。

现有连续纤维增强树脂基复合材料成形方法如热压罐、预浸料、rtm等，成形工序多、时间长、效率低，无法满足日益增长的大批量制造与应用要求，且制造成本较高，限制了连续纤维增强树脂基复合材料的应用范围。

因此，一种加工工艺简单且生产效率较高的连续纤维增强树脂基复合材料加工方法是目前高分子材料加工领域所急需的。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种连续纤维增强树脂基复合材料加工方法，解决现有技术中连续纤维增强树脂基复合材料加工方法加工工艺复杂、加工效率低下的问题。

技术方案

一种连续纤维增强树脂基复合材料加工方法，步骤包括：

(1)将两种不同固化温度的树脂本体a1、树脂本体a2及树脂本体a1对应的固化剂a1、树脂本体a2对应的固化剂a2均匀混合，得到梯度固化树脂本体。

(2)将梯度固化树脂本体升温后喷淋至多种材质的纤维布上，然后将多种材质的纤维布叠放在一起，形成湿态纤维布。

(3)将湿态纤维布置于第一固化温度下进行第一阶段固化，促使树脂本体a1在固化剂a1作用下发生固化，然后降低至室温，得到第一固化纤维布。a2、a2在该第一固化温度下仍为本体，并未发生固化，所以第一固化纤维布表现为处于液态与固态之间的半固态。

(4)将第一固化纤维布裁剪成特定形状，然后将多层特定形状的第一固化纤维布依次叠加，形成生产需要的三维立体形状，然后加压促使各层第一固化纤维布之间相互粘连，形成预聚体。

(5)将预聚体在加压状态下加热至第二固化温度，使a2、a2发生第二阶段固化，得到固态的产品。

进一步，步骤(2)中所述梯度固化树脂本体在喷淋时的粘度为10～100mpa.s，所述步骤(2)中湿态纤维布上梯度固化树脂本体的粘度为2000～5000mpa.s；步骤(3)中第一固化纤维布上树脂及树脂本体的共同粘度为10000～30000mpa.s；所述步骤(4)中，预聚体上的树脂及树脂本体的共同粘度为2000～3000mpa.s。以上所述各步骤的粘度均通过改变温度调节，不同种类树脂或树脂与本体混合物，其温度、粘度的关系由树脂材料本身形性质决定。

进一步，所述步骤(3)中湿态纤维布置于第一固化温度下进行第一阶段固化，是指将湿态纤维布置于热压辊中，使多层不同材质的纤维布及梯度固化树脂本体在热压辊压力的作用下贴合为一层，同时精确控制热压辊温度，使湿态纤维布处于第一固化温度下发生第一阶段固化反应，形成第一固化纤维布。

进一步，所述步骤(5)与步骤(4)合并，在步骤(4)进行加压成形的过程中进行升温，促使a2、a2发生固化，得到固态的产品。

进一步，所述a1与a1质量之和为(a1+a1)；所述a2与a2质量之和为(a2+a2)，(a1+a1)与(a2+a2)质量之比为0.01～0.1：1，优选为0.03～0.06：1。

进一步，步骤(2)中所述的多种材质的纤维布优选自碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维、植物纤维的多轴向经编布或单方向编织布。

进一步，所述a1优选为双酚a型环氧树脂、甘油酯型环氧树脂中的一种或多种，a1优选为二乙烯三胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺中的一种或多种；所述a2优选为双酚a型环氧树脂、甘油酯型环氧树脂中的一种或多种，a2优选为孟烷二胺、异佛尔酮二胺、n-氨乙基哌嗪中的一种或多种。

进一步，所述a1与a1的质量比为1:0.05～0.43，a2与a2的质量比为1：0.05～0.43。

进一步，当a1为双酚a型环氧树脂、甘油酯型环氧树脂中的一种或多种，a1为二乙烯三胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺中的一种或多种，a2为双酚a型环氧树脂、甘油酯型环氧树脂中的一种或多种，a2为孟烷二胺、异佛尔酮二胺、n-氨乙基哌嗪中的一种或多种时，步骤(2)中所述梯度固化树脂本体在喷淋时的粘度为10～100mpa.s时，材料所对应的温度为20～25℃，优选为25℃；所述步骤(2)中湿态纤维布上梯度固化树脂本体的粘度为2000～5000mpa.s时，材料所对应的温度为35～65℃；步骤(3)中第一固化纤维布上树脂及树脂本体的共同粘度为10000～30000mpa.s时，材料所对应的温度为20～25℃，优选为25℃；所述步骤(5)中，第二固化温度为80～160℃，此温度下第二固化反应时间为1～5min。

有益效果

本发明提供一种连续纤维增强树脂基复合材料加工方法，该方法的步骤(2)中梯度固化树脂本体在喷淋时的粘度为10～100mpa.s，较低的喷淋粘度有助于促进液态的梯度固化树脂本体流动，提高梯度固化树脂本体在纤维中的浸渍，使梯度固化树脂本体与多种材质的纤维布混合更加均匀。该方法的步骤(2)中湿态纤维布上梯度固化树脂本体的粘度为2000～5000mpa.s，便于湿态纤维布与加工装置中的隔离膜分离，便于加工。步骤(3)中第一固化纤维布上树脂及树脂本体的共同粘度为10000～30000mpa.s，较大的粘度使得第一固化纤维布更便于切割，不粘刀，且方便机器人的自动化搬运与传输，提高加工效率。所述步骤(5)中，第二固化温度为80～120℃，在1～5分钟内即可实现材料的固化成型，提高加工效率。

从整个加工工艺上看，本方法实现了不同种类树脂与多种材质的纤维布连续化复合、生成所需要的三维产品，该方法使原来5～6小时的复合材料制备时间缩短至5分钟内，极大地提高了成形效率，突破了连续纤维增强树脂基复合材料在汽车等民用领域大批量应用面临的“高成本、低效率”制约瓶颈，减少手工工序，有效提高制品的一致性，满足大批量制造要求。

附图说明

图1为本发明连续纤维增强树脂基复合材料加工流程图；

图2为本发明中梯度固化树脂本体喷淋至多种材质的纤维布的示意图；

图3为本发明多种材质的纤维布叠放与第一阶段固化工作原理示意图；

其中：1-梯度固化树脂本体输入装置，2-多种材质的纤维布放卷装置，3-喷淋混合装置，31-梯度固化树脂本体混合装置，32-第一喷淋头，33-第二喷淋头，34-第三喷淋头，35-第一纤维布导向辊，36-第二纤维布导向辊，37-第三纤维布导向辊，4-多种材质的纤维布叠放与第一阶段固化，41-隔离膜放卷，42-第一复合热压辊，43-隔离膜收卷，44-第二复合热压辊，5-第一固化纤维布裁剪装置，6-第一固化纤维布的堆叠装置，7-第二阶段固化与加压装置，8-成型件的抓取与叠放装置。

具体实施方式

下面结合具体实施例和附图，进一步阐述本发明。

实施例1

利用附图1～3所示的装置示意图，使复合材料防撞梁湿态模压成形：

配制梯度固化树脂本体，包括双酚a二缩水甘油醚环氧树脂3.0kg，二乙烯三胺0.75kg，四氢邻苯二甲酸二缩水甘油酯环氧树脂97.0kg，孟烷二胺29.1kg。该梯度固化树脂本体在25摄氏度下粘度为10mpa.s。该梯度固化树脂本体中环氧树脂和二乙烯三胺在50℃发生第一阶段固化，环氧树脂和孟烷二胺在120℃发生第二阶段固化。

以0°碳纤维布、﹢45°碳纤维布、﹣45°玻璃纤维布、90°玻璃纤维布设置在多种材质的纤维布放卷装置2上同步放卷，将梯度固化树脂本体输入装置1中的梯度固化树脂本体经过喷淋混合装置3喷淋到各个放卷的纤维布上，形成湿态纤维布；

然后将湿态纤维布牵引进入50℃的第一复合热压辊42、第二复合热压辊44之间，得到第一固化纤维布。湿态纤维布中的环氧树脂和二乙烯三胺发生固化反应，而环氧树脂和孟烷二胺未达到反应温度，此时材料的总体粘度控制在2000mpa.s；

第一固化纤维布在冷却辊冷却作用下，恢复到25℃，材料总体粘度控制在10000mpa.s，然后第一固化纤维布裁剪装置5将第一固化纤维布切割为预定形状，并被第一固化纤维布的堆叠装置6搬运到压机模具中并叠放成汽车防撞梁的形状；

堆叠成防撞梁形状的第一固化纤维经过第二阶段固化与加压装置7加压，并升温至80℃，此时树脂粘度为2000mpa.s，此后30～60秒内，环氧树脂和孟烷二胺发生固化反应，粘度快速升高，第一固化纤维在3分钟内完成第二阶段固化，产品固化成形；固化成形后，成型件的抓取与叠放装置8抓取复合材料制件，完成复合材料的汽车防撞梁制造。

实施例2

利用附图1～3所示的装置示意图，使复合材料汽车b柱湿态模压成形：

配制梯度固化树脂本体，包括双酚a二缩水甘油醚环氧树脂5kg，三乙烯四胺1.05kg，羟甲基双酚a二缩水甘油醚环氧树脂95kg，异佛尔酮二胺33.25kg。该梯度固化树脂本体在25摄氏度下粘度为90mpa.s。该梯度固化树脂本体中环氧树脂e44和三乙烯四胺在50℃发生第一阶段固化，环氧树脂和异佛尔酮二胺在120℃发生第二阶段固化。

以0°/±45°经编碳纤维布、﹣45°芳纶纤维布、90°玻璃纤维布同步放卷，将梯度固化树脂本体喷淋到各个放卷的纤维布上，形成湿态纤维布；

然后将湿态纤维布牵引进入65℃的热压辊之间，得到第一固化纤维布。湿态纤维布中的环氧树脂和三乙烯四胺发生固化反应，而环氧树脂和异佛尔酮二胺未达到反应温度，此时材料的总体粘度控制在3000mpa.s；

第一固化纤维布在冷却辊冷却作用下，恢复到25℃，材料总体粘度控制在13000mpa.s，然后将第一固化纤维布切割为预定形状，并被机器人搬运到压机模具中并叠放成汽车b柱的形状；

堆叠成汽车b柱形状的第一固化纤维经过加压，并升温至100℃，此时树脂粘度为3000mpa.s，此后30～60秒内，环氧树脂和异佛尔酮二胺发生固化反应，粘度快速升高，第一固化纤维在5分钟内完成第二阶段固化，产品固化成形；固化成形后，机械手抓取复合材料制件，完成复合材料的汽车b柱制造。

上述具体实施方式仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举，而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围中。