一种纤维增强聚氨酯复合材料的生产工艺的制作方法

本发明涉及一种复合材料的生产工艺，具体涉及一种纤维增强聚氨酯复合材料的生产工艺。

背景技术：

随着科技的进步，高分子复合材料领域迅猛发展，尤其是纤维增强复合材料正逐步替代传统材料，在各领域得到广泛应用。纤维增强高分子复合材料主要通过拉挤成型工艺，将连续纤维或其织物进行树脂浸润并通过成型模具加热使树脂固化，来生产复合材料型材的工艺方法。随着拉挤工艺的发展，用于拉挤工艺的聚氨酯树脂被开发，从而实现了纤维增强聚氨酯复合材料的生产。

由于聚氨酯树脂具有反应时间短的特性，目前市场上的聚氨酯树脂双组分混合后可用时间均低于50min，由于可用时间短，因此对纤维浸润工艺系统提出了更高要求，这其中包括但不限于纤维高效动态浸润。

现有工艺是将传统拉挤工艺的两段工序整合成为一段工序，且一段工序的实现场所为改进的注胶盒。通常情况下注胶盒采用普通钢材制备，经过线切割加工，注胶盒的控制点为整体锥角的角度，注胶盒内也有很大程度上的胶液驻留。

传统工艺生产时，树脂胶液一方面随着运动的纤维材料移动，另一方面随着重力的影响向下流动。当树脂接触到的纤维面积越小，树脂随纤维移动的量越少。随着注胶模具尺寸的减小，纤维的间距也随之减小，同时导致胶液仅接触表面的纤维，富裕的胶液会直接沿纤维表面流到注胶模具底部，然后反流产生浪费。出现严重反流浪费的情况临界值时，纤维的总截面积约为注胶盒截面积的12％左右。

此外，拉挤过程中，纤维在浸润时，纤维之间的间距与玻璃纤维对注胶模具壁的摩擦力有直接影响。目前拉挤过程中，树脂在注胶模具壁上的残留是影响拉挤工艺连续生产的关键因素，尤其当反应速率较高的树脂，如聚氨酯树脂等，被应用于拉挤工艺制备复合材料是，该问题尤其突出。

因此，目前采用拉挤工艺生产复合材料时，主要存在以下两个系统性问题：一是长时间拉挤过程中，树脂在注胶膜内发生残留、固化，影响连续生产，这一问题尤其突出体现在反应速率较快的树脂；二是拉挤产品出模具后，会产生不均匀收缩，导致型材截面与原设计存在偏差，尤其以型材下底面变形最为严重。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是：现有聚氨酯复合材料生产时，原料树脂的反应速率过快，使其在注胶膜内发生残留、固化的问题；以及收缩不均匀导致型材截面与原设计存在偏差的问题。

为了解决上述问题，本发明提供了一种纤维增强聚氨酯复合材料的生产工艺，其特征在于，采用紧缩截面注胶模具，将聚氨酯树脂原料通过竖直向拉挤工艺，制得纤维增强聚氨酯复合材料；所述紧缩截面是指，生产过程中注胶模具内任一胶液持续存在的垂直于拉挤工艺牵引方向的横截面。

优选地，所述聚氨酯树脂原料在20℃下的凝胶时间不大于2h。本发明同样适用于其它在20℃下的凝胶时间不大于2h的树脂。

优选地，所述紧缩截面注胶模具的拉挤处为锥形。本发明中注胶模具内的截面积控制方法为设计注胶盒的锥度，即注胶盒内表面与模具平面的夹角角度实现，本发明所述的纤维体积含量的控制方法包含但不限于控制锥度的方法。

更优选地，所述拉挤工艺的拉挤方向与紧缩截面注胶模具锥形部分的锥度方向的夹角不大于60°。

优选地，所述纤维增强聚氨酯复合材料的截面积为紧缩截面注胶模具内截面的12～60％。

更优选地，所述始终存在于垂直于拉挤方向的横截面内的胶液在任意横截面的截面积为紧缩截面注胶模具内截面的25～55％。即注胶模具内生产过程中，有些仅部分时间存在的胶液垂直于拉挤生产的牵引方向的截面内的纤维体积含量不受限制。

优选地，所述纤维为玻璃纤维和碳纤维中的至少一种。本发明适用于复合材料内部存在复杂织物的情况，可以有效避免因为织物引起的胶液流动异常等情况。

优选地，所述紧缩截面注胶模具内截面的最大直径大于所制得的纤维增强聚氨酯复合材料的直径。

更优选地，所述紧缩截面注胶模具内截面的直径与所制得的纤维增强聚氨酯复合材料的直径的比值小于4。

本发明对注胶模具内部的树脂凝结点进行测量，当纤维的总截面积约为注胶盒截面积的15％以上时，结胶的几率较低；当纤维的总截面积约为注胶盒截面积的20％以上时，无结胶现象发生。

本发明在传统的拉挤工艺基础上，提出一种高效的用于生产纤维增强聚氨酯复合材料的拉挤生产工艺，采用一种紧缩截面注胶模具竖向拉挤工艺，当采用紧缩注胶模具时，可以将上述体积值设定为纤维总截面积约为注胶盒截面积的20％。

本发明所采用的注胶盒为紧缩截面，充分保证胶液在注胶盒内无驻留；对应采用竖向拉挤的方式，使得胶液的流动方向与拉挤过程中纤维的走向共线，充分满足纤维与树脂间的浸润需求。

附图说明

图1为本发明所采用的紧缩截面注胶模具的示意图。

具体实施方式

为使本发明更明显易懂，兹以优选实施例，并配合附图作详细说明如下。

实施例1

如图1所示，为本发明所采用的紧缩截面注胶模具的示意图。采用紧缩截面注胶模具1通过竖向拉挤工艺生产纤维增强聚氨酯复合材料2，取纤维增强聚氨酯复合材料2的直径d1为3mm，紧缩截面注胶模具1的长度l为200mm，拉挤工艺的拉挤方向与紧缩截面注胶模具1锥形部分的锥度方向的夹角θ为1°时，计算得出紧缩截面注胶模具内截面的最大直径d2为12mm，则d2/d1约为4，即d2尺寸为d1的4倍时，纤维总截面积约为注胶盒截面积约12％。连续拉挤生产纤维增强聚氨酯复合材料96h后拆开注胶模具，注胶模具表面无明显固化残余物。若采用上述注胶模具及对应尺寸通过水平拉挤方式进行连续拉挤96h后，产品存在纤维不能浸润的问题。

实施例2

如图1所示，为本发明所采用的紧缩截面注胶模具的示意图。采用紧缩截面注胶模具1通过竖向拉挤工艺生产纤维增强聚氨酯复合材料2，取纤维增强聚氨酯复合材料2的直径d1为3mm，紧缩截面注胶模具1的长度l为200mm，拉挤工艺的拉挤方向与紧缩截面注胶模具锥形部分的锥度方向的夹角θ为3°时，计算得出紧缩截面注胶模具内截面的最大直径d2为24mm，则d2/d1约为8，即d2尺寸为d1的8倍时，纤维总截面积约为注胶盒截面积约7％。连续拉挤生产纤维增强聚氨酯复合材料96h后拆开注胶模具，在注胶模具最大位置处附近有固化残余物和纤维断丝的混合物附着于注胶模具内。若采用上述注胶模具及对应尺寸通过水平拉挤方式进行连续拉挤96h后，产品存在纤维不能浸润的问题。

实施例3

如图1所示，为本发明所采用的紧缩截面注胶模具的示意图。采用紧缩截面注胶模具1通过竖向拉挤工艺生产纤维增强聚氨酯复合材料2，取纤维增强聚氨酯复合材料2的直径d1为3mm，紧缩截面注胶模具1的长度l为200mm，紧缩截面注胶模具内截面的最大直径d2为3mm，拉挤工艺的拉挤方向与紧缩截面注胶模具锥形部分的锥度方向的夹角θ趋于0°，则d2：d1≈1，此时，纤维总截面积约为注胶盒截面积约55％。连续拉挤生产纤维增强聚氨酯复合材料96h后拆开注胶模具，在注胶模具内有轻微积液现象，即有少许固化残余物。若采用上述注胶模具及对应尺寸通过水平拉挤方式进行连续拉挤96h后，产品存在纤维不能浸润的问题。

综上所述，采用紧缩截面注胶模具通过竖向拉挤工艺生产纤维增强聚氨酯复合材料，能有效的避免胶液在注胶模具内的残余、固化、堵塞等问题，明显的延长了注胶模具的使用时间及连续拉挤生产时间。通过上述具体实施例我们可以得出，注胶模具内任一垂直于拉挤生产的牵引方向的截面内，所使用的纤维体积含量范围为12-60％，即紧缩截面注胶模具最大尺寸比拉挤型材厚度尺寸小于4倍时，通过竖向拉挤工艺连续生产纤维增强聚氨酯复合材料能有效的避免胶液回流、注胶模具内部明显的残余固化等问题。