替代金属的有针刺无纺布复合材料的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于纤维复合材料的制备方法，具体涉及一种替代金属的有针刺无纺布复合材料的制备方法。
【背景技术】
[0002]采用纤维复合材料替代钢材已在工业界广泛应用，目前主要用碳纤维与树脂复合制作替代钢材的复合材料，而用碳纤维复合材料生产工艺存在以下几个问题:
1.生产成本高，即使是低端用于民用的碳纤维也要20-40万/吨；
2.能耗高，碳纤维需先生成化纤，再在高温和真空环境中碳化成碳纤，由于我国是煤消耗能源大国，所以大规模使用碳纤维对环境压力很大；
3.效率低:碳纤维复合材料纺织成布后，逐层平铺采用靠模法定型，生产效率很低；
4.承载能力异性:碳纤维在平铺中厚度方向无纤维增强，因此碳纤有很好的抗拉能力，但抗剪能力不突出。
[0003]由于碳纤维无法用普通无纺工艺进行生产，主要是由于碳纤太脆，故无纺纤维的优势一直未被机械行业所认识，鲜有采用无纺纤维制备替代钢材的复合材料的报道。而传统纤维应用属于纺织行业，纺织行业与机械工程之间存在巨大技术鸿沟，也导致纤维及纺织工艺的有些特性未被机械领域所认识。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种成本低、节能降耗的替代金属的有针刺无纺布复合材料的制备方法，用该方法制备的纤维复合材料具有较高的机械强度。
[0005]为实现本发明目的采用的技术方案如下:
替代金属的有针刺无纺布复合材料的制备方法，包括以下步骤:
1、采用抗拉强度大于0.SGPa的高强纤维作为原料，按针刺无纺布生产工艺制成未喷胶的无纺布胚料；
2、采用干法:将无纺布胚料裁剪成合适尺寸的布料置入模具的模腔内，先将布料压紧，再对模腔抽真空，然后注入树脂，加热固化定型。
[0006]所述高强纤维密度为1.3-1.6克每立方厘米时，在步骤2中，先冲击压实，再压紧。
[0007]本发明也可采用湿法:
1、采用抗拉强度大于0.SGPa的无纺纤维作为原料，按针刺无纺布生产工艺制成未喷胶的无纺布胚料；
2、将无纺布胚料先浸于强度大于40MPa的树脂中，待树脂浸透后取出，将浸有树脂的无纺布胚料裁剪成合适尺寸的布料置入模具中挤压成型，加热固化定型。
[0008]所述高强纤维的抗拉强度大于2.0GPa,以增加工件的结构强度。
[0009]本发明的有益效果:
本发明采用高强化纤与树脂基复合，化纤采用无纺模式，它具体有以下优点: 1.成本低:我国是化纤生产大国，某些高端化纤如(维尼纶、芳纶等)只有1.8-2万元/吨，其强度和模量已达到了低端碳纤的水平。
[0010]2.能耗低:无真空高温碳化过程，尤其维尼纶不需要石油生产，采用石灰石作原料很适合国情。
[0011]3.采用无纺工艺效率高:无需逐层平铺，采用模具一次压成，其纤维含量可根据要求自由调节。
[0012]4.由于无纺布存在厚度方向交织，针刺后更明显，故所制构件抗剪和抗冲击能力较强。有针刺无纺布相对无针刺无纺布密度高，模具型腔压缩量小，材料厚度较小。主要用于替代冲压件和厚度不大的模锻工件。
[0013]5.由于化纤具有一定的弹韧性，故在发生破坏时，不像碳纤制品会因脆裂而产生二次污染与伤害。
[0014]采用本发明方法所制备的测试样件已经达到抗拉强度538MPa，达到了高强钢的水平，且如果对树脂与化纤作一定优化，则完全可能获得更高的机械强度，故采用基于化纤的有针刺无纺布复合材料具有可替代钢材的能力和条件。
下面结合附图进一步说明本发明的技术方案。
【附图说明】
[0015]图1是本发明方法采用干法制备前纵樑内板的示意图。
[0016]图2是本发明方法采用干法制备的汽车保险杠示意图。
[0017]图3是本发明方法采用干法制备的集装箱示意图。
[0018]图4是本发明方法采用干法制备的薄壁齿轮示意图。
[0019]图5是本发明方法米用干法制备的电机后盖不意图。
[0020]图6是本发明方法采用湿法制备前纵梁内板的示意图。
[0021]图7是本发明方法采用湿法制备的卡车发动机盖示意图。
[0022]图8是本发明方法米用湿法制备的尚铁车门不意图。
[0023]图9是本发明方法采用湿法制备的化工物流管道壳体示意图。
[0024]图10是本发明方法采用湿法制备的减速器盖示意图。
【具体实施方式】
[0025]实施例1
某车型前纵樑内板干法制作:其工艺如图1所示，采用拉伸强度2.4GPa的维纶纤维原料，按无纺布生产流程完成开松、梳理、铺网和针刺工序后，制成厚度为8?12mm的未喷胶的无纺布胚料，采用干法，将无纺布胚料裁剪成合适尺寸的布料置入模具的模腔内，先将布料压紧，再对模腔抽真空，然后注入抗拉强度为60MPa热固性酚醛树脂，加热温度为80-120度，保温时间为1-1.5小时，定型成工件。产品具有较好刚性和抗拉强度，同时，材料各向趋于同性，能够承受较高的冲击和剪切力。
[0026]实施例2
某汽车保险杠干法制作:采用拉伸强度大于SOOMPa锦纶，按无纺布生产流程完成开松、梳理、铺网和针刺工序后，制成厚度为15?20mm的未喷胶的无纺布胚料，采用干法，将无纺布胚料裁剪成合适尺寸的布料置入模具的模腔内，先将布料压紧，再对模腔抽真空，然后注入热固性酚醛树脂，将模具加热至60-80度，保温40-60分钟，待树脂彻底固化定型后，获得工件，如图2所示。材料各向趋于同性。
[0027]实施例3
集装箱干法制作:采用拉伸强度大于3.5GPa的苹果纤维，按无纺布生产流程完成开松、梳理、铺网工序后，对无纺布进行针刺，制成厚度为15?20mm的未喷胶的无纺布胚料，采用干法，将无纺布胚料裁剪成合适尺寸的布料置入模具的模腔内，再对模腔抽真空，然后注入热固性酚醛树脂，将模具加热