一种采用PMI泡沫夹芯的异型材拉压工艺的制作方法

本发明涉及材料制备领域，具体关于一种采用pmi泡沫夹芯的异型材拉压工艺。

背景技术：

聚(甲基)丙烯酰亚胺(pmi)泡沫是复合材料制品中常用的芯材，经常需要加工成各种异型材。

cn108219376a公开了一种pmi泡沫弯管芯材及其成型方法，属于泡沫芯材成型技术领域。该pmi泡沫弯管芯材成型方法通过在直管pmi泡沫芯材两侧切割出缝隙，然后利用缝隙弯曲成所需角度，再以环氧树脂、固化剂和空心玻璃微珠构成的混合膏体填入缝隙中，经固化后制得。该发明加工过程简单，可操作性强，不需要通过专业的加工设备(铣床)就能加工成型，节约了大量人力物力，减少了芯材的加工成本。

cn104369387apmi公开了一种泡沫夹芯碳纤维复合材料工程车臂架及其制造方法。该发明的pmi泡沫夹芯碳纤维复合材料工程车臂架包括pmi泡沫芯层，以及外表面包覆的碳纤维增强树脂层蒙皮。该发明还包括pmi泡沫夹芯碳纤维复合材料工程车臂架的制造方法。该发明产品强度高，重量轻，易于维护。使用该发明，有利于简化制造复合材料臂架的工装及工艺过程，缩短生产周期，降低生产成本。该发明使用碳纤维材料作为臂架的蒙皮，通过pmi泡沫芯材代替现有技术中的芯模或者气囊，利用pmi泡沫芯材的高耐温性、高压缩强度、重量轻、易加工等优点，对碳纤维层成型起到了辅助作用，在降低生产成本、缩短生产周期的同时，提高了臂架的精度和失稳强度及破坏强度。

cn108453993a公开了一种适合用于制备具有由硬质泡沫材料组成的芯的复合材料的新方法。该发明在这里具有的优点是泡沫材料和覆盖层的塑料都可自由地选择。更具体地说，采用该发明方法还可以加工其加工温度明显不同于芯材料的那些的覆盖层。该发明进一步涉及一种方法，采用该方法，在第二种实施方案中，可以将整合泡沫结构部分地压实。采用第三种实施方案，可以由至少两个泡沫材料的工件通过焊接而制备具有特别高价值的接头的中空制品，可以在有或者没有覆盖层的情况下进行。另外，采用该发明的方法特别好地可通过真空成型方法加工泡沫材料。

以上专利以及现有技术一般采用预聚体粒子模内发泡方法制备填充有pmi泡沫的中空异型体，但是由于pmi较高的发泡温度，所以不可以使用热不稳定的材料作为中空异形的壳体，而且泡沫在发泡期间引起的和外层型体之间的连接作用很弱，其不利于复合材料作为整体性的表现效果。或者经发泡的泡沫板材上进行合适尺寸的泡沫芯切割后，填充入敞开的中空型壳体中，并将泡沫芯外露部分的壳体通过胶接的形式进行整体密封，但这种方法工艺步骤繁杂且比较耗时，并且泡沫芯在加工过程中会产生较多的损耗和余料。也有将泡沫芯与纤维材料一起放入模具内并将树脂注射入所述模具中并固化的方式。这里虽然避免了接头，但是这种方法在余料、工艺速度和复杂性方面具有与前述方法相同的缺点。

技术实现要素：

为解决现上述问题，本发明提供一种采用pmi泡沫夹芯的异型材拉压工艺。

一种采用pmi泡沫夹芯的异型材拉压工艺，其特征在于，包括如下步骤：

步骤（1）浸渍、用树脂浸渍多根纤维或粗纱，树脂浸渍过程可在浸渍槽中实现，也可通过在成型工装中通过加压实现；

步骤（2）预成型、在用树脂浸渍纤维材料后，利用模具工装对其进行预成型过程；

步骤（3）固化成型、用树脂浸渍纤维材料在成型模具内实现树脂的固化，形成覆盖材料，同时pmi泡沫芯同步连续进料，实现包覆，实现产品的最终成型；确保模具内部温度的均匀性，实现工件的均匀固化，消除热应力的影响；成型模具一般后接有将成品中空异型材冷却的装置；其特征在于所述的pmi泡沫芯在进料前表面喷涂有一种镓铥掺杂表面处理剂；

步骤（4）裁切、在设备末端，以全自动程序将这种连续异型材裁切成所需长度的个体工件。

所述纤维材料呈个体纤维、粗纱或编织布形式使用。

所述覆盖材料是用纤维材料增强的热固性材料；且所述泡沫芯是pmi泡沫，和所述异型材没有粘合层并且没有连接接头。

所述的一种镓铥掺杂表面处理剂按照以下方案制备：

按照质量份数，将37.2-45.8份的三季戊四醇、75.3-89.7份的油酸、180-300份的甲苯和0.05-0.2份的磷酸加入到反应釜中，控温110-130℃，带水反应5-10h，完成反应后控温75-90℃，加入18.3-30.8份的丙烯酸，继续反应3-7h，然后加入3-8份的异氰酸丙基三乙氧基硅烷、2-6份的三甲氨基镓、0.5-2.5份的乙酰丙酮铥三水合物、0.02-2份的(1s,2r)-(-)-1-氨基-2-茚醇、0.005-0.2份的l-八氢吲哚-2-羧酸加入到反应釜中，搅拌均匀后再加入1-5份的过氧化环己酮，混合均匀后即可得到一种镓铥掺杂表面处理剂。

所述拉压成型方法的原理是以围绕着泡沫芯导入的改进方法。

所述pmi泡沫芯材以一定间隔的单体工件形式连续地导入拉压成型设备。

所述的pmi泡沫芯的材料密度范围为30-200kg/m³的pmi泡沫，该pmi泡沫芯可以采用预聚体模内发泡的形式，也可以从经发泡的泡沫板材上进行切割和外形加工，后者的泡沫芯因具有切割后的表层开孔结构，且泡孔孔径可根据需求进行调节，树脂可在未完全固化前渗入泡孔，形成更好界面胶接锚固结构。

所述的树脂为环氧树脂或聚酯树脂或乙烯基酯树脂或酚醛树脂或pu树脂，其固化温度为100-200℃。

所述的纤维材料为碳纤维或玻璃纤维或玄武岩纤维或聚合物纤维，尤其是芳族聚酰胺纤维或纺织纤维。

所述的在成型方法中，可根据工件的机械强度要求设计纤维的缠绕方向，优选纤维缠绕pmi泡沫芯形成织物结构。

本发明主要是提供一种制备填充有pmi泡沫芯材的纤维增强中空异型材的方法。该发明有效解决了现有技术中存在的问题，并实现下述优势：（1）可实现泡沫芯材和蒙皮材料的非常好的连接效果，无粘接层有助于产品的减重要求，无接头有助于中空异型材均匀的承载能力并增强总体稳定性；（2）可实现使用不能耐受pmi泡沫高温发泡温度的材料作为蒙皮，扩大了材料的可选择性；（3）可在特定设备上实现工件的低成本、高效率、可连续化制造；（4）可根据需要灵活调整泡沫的密度、覆盖材料（纤维和树脂）的搭配等，实现复合材料的可设计性。

附图说明

图1、拉压工艺流程示意图。

1、将纤维丝集合在一起；2、将粗纱分离并使纤维对齐；3、用特定的树脂配方在浸渍槽中浸渍所述纤维；4、使用模具工装使纤维预成型；5、在加热的模具中进行工件的成型、固化；6、冷却段；7、牵拉；8、切割设备分离；9、附加泡沫芯。

具体实施方式

下面通过具体实施例对该发明作进一步说明：

以下实施例中所用原料均为市售产品，所说的份均指重量份，实施例是对本发明的进一步说明，而非限制本发明的范围；

实施例1

一种采用pmi泡沫夹芯的异型材拉压工艺，其特征在于，包括如下步骤：

步骤（1）浸渍、用树脂浸渍多根纤维或粗纱，树脂浸渍过程可在浸渍槽中实现；

步骤（2）预成型、在用树脂浸渍纤维材料后，利用模具工装对其进行预成型过程；

步骤（3）固化成型、用树脂浸渍纤维材料在成型模具内实现树脂的固化，形成覆盖材料，同时pmi泡沫芯同步连续进料，实现包覆，实现产品的最终成型；确保模具内部温度的均匀性，实现工件的均匀固化，消除热应力的影响；成型模具一般后接有将成品中空异型材冷却的装置；其特征在于所述的pmi泡沫芯在进料前表面喷涂有一种镓铥掺杂表面处理剂；

步骤（4）裁切、在设备末端，以全自动程序将这种连续异型材裁切成所需长度的个体工件。

所述纤维材料呈个体纤维形式使用。

所述覆盖材料是用纤维材料增强的热固性材料；且所述泡沫芯是pmi泡沫，和所述异型材没有粘合层并且没有连接接头。

所述的一种镓铥掺杂表面处理剂按照以下方案制备：

按照质量份数，将39份4的三季戊四醇、78份的油酸、200份的甲苯和0.1份的磷酸加入到反应釜中，控温114℃，带水反应7h，完成反应后控温78℃，加入19份的丙烯酸，继续反应4h，然后加入5份的异氰酸丙基三乙氧基硅烷、5份的三甲氨基镓、0.8份的乙酰丙酮铥三水合物、0.1份的(1s,2r)-(-)-1-氨基-2-茚醇、0.008份的l-八氢吲哚-2-羧酸加入到反应釜中，搅拌均匀后再加入3份的过氧化环己酮，混合均匀后即可得到一种镓铥掺杂表面处理剂。

所述拉压成型方法的原理是以围绕着泡沫芯导入的改进方法。

所述pmi泡沫芯材以一定间隔的单体工件形式连续地导入拉压成型设备。

所述的pmi泡沫芯的材料密度范围为30-110kg/m³的pmi泡沫，该pmi泡沫芯采用预聚体模内发泡的形式得到。

所述的树脂为环氧树脂，其固化温度为140℃。

所述的纤维材料为碳纤维。

所述的在成型方法中，纤维缠绕pmi泡沫芯形成织物结构。

制备的产品的拉伸强度为17.25mpa，覆盖材料和芯材之间的粘结强度为251.32n/cm。

实施例2

一种采用pmi泡沫夹芯的异型材拉压工艺，其特征在于，包括如下步骤：

步骤（1）浸渍、用树脂浸渍多根纤维或粗纱，树脂浸渍过程通过在成型工装中通过加压实现；

步骤（2）预成型、在用树脂浸渍纤维材料后，利用模具工装对其进行预成型过程；

步骤（3）固化成型、用树脂浸渍纤维材料在成型模具内实现树脂的固化，形成覆盖材料，同时pmi泡沫芯同步连续进料，实现包覆，实现产品的最终成型；确保模具内部温度的均匀性，实现工件的均匀固化，消除热应力的影响；成型模具一般后接有将成品中空异型材冷却的装置；其特征在于所述的pmi泡沫芯在进料前表面喷涂有一种镓铥掺杂表面处理剂；

步骤（4）裁切、在设备末端，以全自动程序将这种连续异型材裁切成所需长度的个体工件。

所述纤维材料呈粗纱形式使用。

所述覆盖材料是用纤维材料增强的热固性材料；且所述泡沫芯是pmi泡沫，和所述异型材没有粘合层并且没有连接接头。

所述的一种镓铥掺杂表面处理剂按照以下方案制备：

按照质量份数，将37.2份的三季戊四醇、75.3份的油酸、180份的甲苯和0.05份的磷酸加入到反应釜中，控温110℃，带水反应5h，完成反应后控温75℃，加入18.3份的丙烯酸，继续反应3h，然后加入3份的异氰酸丙基三乙氧基硅烷、2份的三甲氨基镓、0.5份的乙酰丙酮铥三水合物、0.02份的(1s,2r)-(-)-1-氨基-2-茚醇、0.005份的l-八氢吲哚-2-羧酸加入到反应釜中，搅拌均匀后再加入1份的过氧化环己酮，混合均匀后即可得到一种镓铥掺杂表面处理剂。

所述拉压成型方法的原理是以围绕着泡沫芯导入的改进方法。

所述pmi泡沫芯材以一定间隔的单体工件形式连续地导入拉压成型设备。

所述的pmi泡沫芯的材料密度范围为150-200kg/m³的pmi泡沫，该pmi泡沫芯从经发泡的泡沫板材上进行切割和外形加工，泡沫芯因具有切割后的表层开孔结构，树脂可在未完全固化前渗入泡孔，形成更好界面胶接锚固结构。

所述的树脂为聚酯树脂，其固化温度为100℃。

所述的纤维材料为玻璃纤维。

所述的在成型方法中，纤维缠绕pmi泡沫芯形成织物结构。

制备的产品的拉伸强度为16.04mpa，覆盖材料和芯材之间的粘结强度为23.5.07n/cm。

实施例3

一种采用pmi泡沫夹芯的异型材拉压工艺，其特征在于，包括如下步骤：

步骤（1）浸渍、用树脂浸渍多根纤维或粗纱，树脂浸渍过程在浸渍槽中实现；

步骤（2）预成型、在用树脂浸渍纤维材料后，利用模具工装对其进行预成型过程；

步骤（3）固化成型、用树脂浸渍纤维材料在成型模具内实现树脂的固化，形成覆盖材料，同时pmi泡沫芯同步连续进料，实现包覆，实现产品的最终成型；确保模具内部温度的均匀性，实现工件的均匀固化，消除热应力的影响；成型模具一般后接有将成品中空异型材冷却的装置；其特征在于所述的pmi泡沫芯在进料前表面喷涂有一种镓铥掺杂表面处理剂；

步骤（4）裁切、在设备末端，以全自动程序将这种连续异型材裁切成所需长度的个体工件。

所述纤维材料呈编织布形式使用。

所述覆盖材料是用纤维材料增强的热固性材料；且所述泡沫芯是pmi泡沫，和所述异型材没有粘合层并且没有连接接头。

所述的一种镓铥掺杂表面处理剂按照以下方案制备：

按照质量份数，将45.8份的三季戊四醇、89.7份的油酸、300份的甲苯和0.05-0.2份的磷酸加入到反应釜中，控温130℃，带水反应10h，完成反应后控温90℃，加入30.8份的丙烯酸，继续反应3-7h，然后加入8份的异氰酸丙基三乙氧基硅烷、6份的三甲氨基镓、2.5份的乙酰丙酮铥三水合物、2份的(1s,2r)-(-)-1-氨基-2-茚醇、0.2份的l-八氢吲哚-2-羧酸加入到反应釜中，搅拌均匀后再加入1-5份的过氧化环己酮，混合均匀后即可得到一种镓铥掺杂表面处理剂。

所述拉压成型方法的原理是以围绕着泡沫芯导入的改进方法。

所述pmi泡沫芯材以一定间隔的单体工件形式连续地导入拉压成型设备。

所述的pmi泡沫芯的材料密度范围为110-150kg/m³的pmi泡沫，该pmi泡沫芯采用预聚体模内发泡的形式。

所述的树脂为乙烯基酯树脂，其固化温度为200℃。

所述的纤维材料为玄武岩纤维。

所述的在成型方法中纤维缠绕pmi泡沫芯形成织物结构。

制备的产品的拉伸强度为18.62mpa，覆盖材料和芯材之间的粘结强度为264.51n/cm。

实施例4

一种采用pmi泡沫夹芯的异型材拉压工艺，其特征在于，包括如下步骤：

步骤（1）浸渍、用树脂浸渍多根纤维或粗纱，树脂浸渍过程可在浸渍槽中实现；

步骤（2）预成型、在用树脂浸渍纤维材料后，利用模具工装对其进行预成型过程；

步骤（3）固化成型、用树脂浸渍纤维材料在成型模具内实现树脂的固化，形成覆盖材料，同时pmi泡沫芯同步连续进料，实现包覆，实现产品的最终成型；确保模具内部温度的均匀性，实现工件的均匀固化，消除热应力的影响；成型模具一般后接有将成品中空异型材冷却的装置；其特征在于所述的pmi泡沫芯在进料前表面喷涂有一种镓铥掺杂表面处理剂；

步骤（4）裁切、在设备末端，以全自动程序将这种连续异型材裁切成所需长度的个体工件。

所述纤维材料呈个体纤维形式使用。

所述覆盖材料是用纤维材料增强的热固性材料；且所述泡沫芯是pmi泡沫，和所述异型材没有粘合层并且没有连接接头。

所述的一种镓铥掺杂表面处理剂按照以下方案制备：

按照质量份数，将37.2份的三季戊四醇、89.7份的油酸、180份的甲苯和0.2份的磷酸加入到反应釜中，控温110℃，带水反应10h，完成反应后控温75℃，加入30.8份的丙烯酸，继续反应3h，然后加入8份的异氰酸丙基三乙氧基硅烷、2份的三甲氨基镓、2.5份的乙酰丙酮铥三水合物、0.02份的(1s,2r)-(-)-1-氨基-2-茚醇、0.2份的l-八氢吲哚-2-羧酸加入到反应釜中，搅拌均匀后再加入1份的过氧化环己酮，混合均匀后即可得到一种镓铥掺杂表面处理剂。

所述拉压成型方法的原理是以围绕着泡沫芯导入的改进方法。

所述pmi泡沫芯材以一定间隔的单体工件形式连续地导入拉压成型设备。

所述的pmi泡沫芯的材料密度范围为110-150kg/m³的pmi泡沫，该pmi泡沫芯采用预聚体模内发泡的形式。

所述的树脂为pu树脂其固化温度为135℃。

所述的纤维材料为纺织纤维。

所述的在成型方法中，纤维缠绕pmi泡沫芯形成织物结构。

制备的产品的拉伸强度为17.52mpa，覆盖材料和芯材之间的粘结强度为241.37n/cm。

实施例5

一种采用pmi泡沫夹芯的异型材拉压工艺，其特征在于，包括如下步骤：

步骤（1）浸渍、用树脂浸渍多根纤维或粗纱，树脂浸渍过程在浸渍槽中实现；

步骤（2）预成型、在用树脂浸渍纤维材料后，利用模具工装对其进行预成型过程；

步骤（3）固化成型、用树脂浸渍纤维材料在成型模具内实现树脂的固化，形成覆盖材料，同时pmi泡沫芯同步连续进料，实现包覆，实现产品的最终成型；确保模具内部温度的均匀性，实现工件的均匀固化，消除热应力的影响；成型模具一般后接有将成品中空异型材冷却的装置；其特征在于所述的pmi泡沫芯在进料前表面喷涂有一种镓铥掺杂表面处理剂；

步骤（4）裁切、在设备末端，以全自动程序将这种连续异型材裁切成所需长度的个体工件。

所述纤维材料呈编织布形式使用。

所述覆盖材料是用纤维材料增强的热固性材料；且所述泡沫芯是pmi泡沫，和所述异型材没有粘合层并且没有连接接头。

所述的一种镓铥掺杂表面处理剂按照以下方案制备：

按照质量份数，将45.8份的三季戊四醇、75.3份的油酸、300份的甲苯和0.05份的磷酸加入到反应釜中，控温130℃，带水反应10h，完成反应后控温75℃，加入18.3份的丙烯酸，继续反应7h，然后加入8份的异氰酸丙基三乙氧基硅烷、2份的三甲氨基镓、0.5份的乙酰丙酮铥三水合物、2份的(1s,2r)-(-)-1-氨基-2-茚醇、0.005份的l-八氢吲哚-2-羧酸加入到反应釜中，搅拌均匀后再加入1份的过氧化环己酮，混合均匀后即可得到一种镓铥掺杂表面处理剂。

所述拉压成型方法的原理是以围绕着泡沫芯导入的改进方法。

所述pmi泡沫芯材以一定间隔的单体工件形式连续地导入拉压成型设备。

所述的pmi泡沫芯的材料密度范围为110-150kg/m³的pmi泡沫，该pmi泡沫芯采用预聚体模内发泡的形式。

所述的树脂为酚醛树脂，其固化温度为130℃。

所述的纤维材料为芳族聚酰胺纤维。

所述的在成型方法中，纤维缠绕pmi泡沫芯形成织物结构。

制备的产品的拉伸强度为16.98mpa，覆盖材料和芯材之间的粘结强度为249.21n/cm。

对比例1

不加覆盖材料，其他与实施例1采用相同的制备方法。

制备的产品的拉伸强度为1.5mpa。

对比例2

不加镓铥掺杂表面处理剂，其他与实施例1采用相同的制备方法。

制备的产品的拉伸强度为16.21mpa，覆盖材料和芯材之间的粘结强度为184.30n/cm。

对比例3

不加碳纤维，其他与实施例1采用相同的制备方法。

制备的产品的拉伸强度为4.58mpa，覆盖材料和芯材之间的粘结强度为245.17n/cm。

对比例4

不加环氧树脂，其他与实施例1采用相同的制备方法。

制备的产品的拉伸强度为12.39mpa，覆盖材料和芯材之间的粘结强度为241.06n/cm。

对比例5

不加乙烯基三(2-甲氧基乙氧基)硅烷，其他与实施例1采用相同的制备方法。

制备的产品的拉伸强度为17.92mpa，覆盖材料和芯材之间的粘结强度为241.68n/cm。

对比例6

不加三甲氨基镓，其他与实施例1采用相同的制备方法，制备的产品的拉伸强度为14.71mpa。

对比例7

不加乙酰丙酮铥三水合物，其他与实施例1采用相同的制备方法，制备的产品的拉伸强度为14.59mpa。

对比例8

不加(1s,2r)-(-)-1-氨基-2-茚醇，其他与实施例1采用相同的制备方法，制备的产品的拉伸强度为15.89mpa。

对比例9

不加l-八氢吲哚-2-羧酸，其他与实施例1采用相同的制备方法，制备的产品的拉伸强度为15.02mpa。