专利名称：纤维增强玻璃轧制成型工艺方法
技术领域：
本发明属于新型复合材料生产方法的技术领域。
目前复合材料使用的基体材料分为树脂基、金属基和陶瓷基三种。其中树脂基是现有工业中使用最广的复合材料，这种材料使用温度低，耐腐蚀性差，成型工艺复杂且成本高;金属基复合材料成型则更为困难，成本远高于树脂基复合材料;陶瓷基复合材料是为了满足发动机和航天器的高温工作部件而发展起来的复合材料。但其成型方法复杂，材料尺寸稳定性差，因此陶瓷基复合材料与金属基复合材料均处于发展研究阶段。上述复合材料的成型方法多为间歇性生产，成本高，质量不稳定，效率较低。
为了克服上述不足，本发明的目的是设计一种新的工艺方法，生产一种新型的复合材料，解决成本高、成型复杂、耐温性和耐腐蚀差的缺点，并使之达到连续化生产的目的。
众所周知玻璃是一种性能优良的材料，玻璃使用温度高，耐腐蚀性好，成本低，材料来源广，特别是具有良好的工艺性能，如加热到软化温度后，可成型各种所需形状，因此本发明选用玻璃为复合材料中的基体材料，选用碳纤维或陶瓷纤维为增强材料，采用轧制或挤出成型的生产工艺方法，创造一种生产新型复合材料的工艺方法，即纤维增强玻璃轧制成型工艺方法。
本发明的工艺方法是首先选择碳纤维或陶瓷纤维切成短丝做为复合材料中的增强材料，然后选择有碱玻璃或其它玻璃的纤维做为复合材料中的基体材料，并将基体材料玻璃纤维磨成玻璃粉，然后把碳纤维或陶瓷纤维与玻璃粉加水在容器中进行混合，同时使用超声波发生器进行振动式搅拌，混合后滤掉水份并将混合料烘干或晾干，干燥后的混合料成为团状预混料，将预混料团由加热炉进料口(9)置入加热炉(3)中加热到高于玻璃软化温度，然后出炉经进料螺杆(8)送入初轧轧辊(2)轧制成料片，将料片再送入加热炉(3)中进行加热软化后经进料螺杆(5)送入成型轧辊(6)进行成型轧制，经轧制后便制成成品型材，若制管材可由挤出成型料口(4)挤出成型。
实现本工艺的步骤是一、首先备料准备基体材料有碱玻璃或其它玻璃纤维丝束，准备增强材料型号为T300的碳纤维或陶瓷纤维丝束，碳纤维单丝直径为8μ左右。
二、短切将增强材料碳纤维或陶瓷纤维丝束用切丝机切成长度为10mm～20mm的短切纤维待用。
三、研磨将基体材料玻璃纤维加热至700℃后再冷却至室温温度，此时玻璃纤维脆化，再用研磨机将基体材料玻璃纤维研磨成玻璃粉，其粉粒粒度为8-12μ，磨好的玻璃粉待用。
四、混合将体积分数为30%～70%的增强材料碳短纤维放入容器中加水并使用超声波振动使短纤维束振动松散，然后将体积分数为30%～70%的玻璃粉置入容器中进行混合，水的加入量是玻璃粉与短碳纤维总重量的50倍～100倍，加好后进行振动混合，混合程度为目测表观均匀即可。两种材料的体积比也可以是1∶1。
五、滤水、烘干将混合料置入过滤网中将水滤掉，然后将滤去水的混合料置入温度为100℃的烘箱内烘烤10～20分钟，或自然干燥也可以，干燥后的混合料成为团状预混料。
六、加热由于团状预混料中有空隙且松散，因此要进行加热处理，将团状预混料经加热炉(3)的进料口(9)送入加热炉(3)内，将炉温升至720℃～800℃达到温度后，待团状预混料温度高于玻璃软化温度时则可经进料螺杆(8)出炉送入初轧轧辊(2)进行轧制。
七、初轧当预混料在加热炉(3)中达到玻璃软化温度时可出炉经进料螺杆(8)送入初轧轧辊(2)进行初轧，此时初轧辊(2)的表面温度应达到550℃～650℃，如果初轧轧辊(2)的温度太低会造成预混料粘辊不好轧制。初轧轧辊(2)的温度可采用加热炉(3)为初轧轧辊升温，也可以采用膜状加温方式对初轧轧辊(2)表面进行加温。轧压机两初轧轧辊(2)之间的间距应调到0.1～1毫米左右，加热后的预混料经初轧后轧成0.1～1毫米左右厚的料片，料片结构密实无空隙，玻璃粉与短碳纤维成为一体。送入轧辊的料量由加热炉(3)的出料口和进料螺杆(8)控制，进料螺杆(8)和(6)由电机(1)和(2)控制转动。
八、加热、成型轧制料片经初轧轧辊(2)后又进入加热炉(3)炉温仍为720℃～850℃再次加热，待料片达到玻璃软化温度时则可经进料螺杆(5)出炉，出炉后立即送成型轧辊(6)轧制，更换轧制不同形状的型材轧辊，则可轧制出所要求形状的型材，如可轧制成板材、角型材、槽型材等异型材。如轧制管型材可由挤出成型口(4)挤出管材。到此整个工艺过程完成。但由于玻璃成型性好，因此可以进行二次成型，如取一块板材加热到玻璃软化温度时可制成任意形状的零件。
本发明的优点是纤维增强玻璃轧制或挤出成型工艺，是一种连续化生产的方法，该工艺方法能提高生产效率，降低劳动强度，成本低，质量高，采用本工艺轧制或挤出成型的各种规格的板材和异型材，使用方便，使用时可根据需要选择合适的材料。采用本工艺生产的纤维增强玻璃轧制或挤出成型的复合材料，其优点是耐高温，抗腐蚀、强度高、阻燃性能好，二次成型性好且成本低，材料来源广。这种新型复合材料可广泛应用于石油化工，航空航天，汽车制造及建筑等领域中。
本发明有如下附1工艺流程2工艺原理中标号是1.电机 4.挤出成型口 7.电机2.初轧轧辊 5.进料螺杆 8.进料螺杆3.加热炉 6.成型轧辊 9.进料口本发明的具体实施例是选用T300碳纤维制成10mm长的短纤维，选用有碱玻璃纤维制成玻璃粉，取碳纤维50g、密度为1.75g/cm3，取玻璃粉71g、密度为2.5g/cm3，两种材料的体积比为1∶1。压玻璃的比重大，相同体积的玻璃粉较碳纤维重。将玻璃粉和碳纤维置入容器中加入清水进行混合，混合的过程是先把水倒入容器中然后再把碳纤维置入容器中搅拌或振动松散，最后加入玻璃粉搅拌或振动均匀，混合均匀后滤掉水份、烘干制成团状预混料，然后将预混料置入加热炉中升温至玻璃软化温度时出炉轧制成料片，将料片连续送入加热炉中再加温。至720℃左右可出炉进行成型轧制，可轧制成板材、异型材料，也可以挤出成型管材等成品。
权利要求
1.一种新型复合材料纤维增强玻璃轧制工艺方法；其特征在于该工艺方法是首先选择碳纤维或陶瓷纤维切成短丝做为复合材料的增强材料，选择有碱玻璃或其它玻璃纤维研磨成粉做为复合材料的基体材料，然后将切短的碳纤维或陶瓷纤维与玻璃粉加水在容器中进行混合，同时使用超声波方法进行搅拌，混合后滤掉水份，将混合料烘干或晾干制成团状预混料。将预混料经加热炉(3)的进料口(9)置入加热炉(3)中加热到玻璃软化温度时经进料螺杆(8)出炉送初轧轧辊(2)轧制成料片，再将料片送入加热炉(3)中加热到玻璃软化温度时经进料螺杆(8)送入成型轧辊(6)进行成型轧制经轧制后便可制成各种形状的成品型材，也可经挤出成型口(4)将加热后的料片挤压成成品材料。
2.根据权利要求1所述的工艺方法;其特征在于增强材料碳纤维或陶瓷纤维可用切丝机切成10～20mm长的短纤维，基体材料玻璃纤维先加热至700℃然后再冷却到室温温度，脆化后进行研磨，玻璃粉的粒度为8～12μ。
3.根据权利要求1所述的工艺方法;其特征在于增强材料短切碳纤维或陶瓷纤维与基体材料玻璃粉的体积比是1∶1或30%～70%，按此比例首先在容器中加上水，然后将短碳纤维或陶瓷纤维置入容器中振动或搅拌松散，然后加入玻璃粉混合搅拌均匀，水的加入量是材料加入重量的50倍～100倍。
4.根据权利要求所述的工艺方法;其特征在于将在容器中混合好的物料滤掉水份，烘干或自然干燥后制成团状预混料，然后将团状预混料经加热炉(3)的进料口(9)送入加热炉(3)，炉温升至720℃～850℃待团状预混料温度达到玻璃软化温度时则可出炉，出炉后经进料螺杆(8)送至轧机的初轧辊(2)进行初轧，初轧轧辊(2)的表面温度为550℃～650℃以避免预混料粘辊，初轧轧辊(2)的加温可采用加热炉进行加温，也可采用膜状加温方式对轧辊表面加温，两初轧轧辊(2)的间距调节到0.1-1毫米，加热后的预混料经初轧后成为料片。
5.根据权利要求1所述的工艺方法;其特征在于将料片再置入加热炉(3)中加热，炉温为720℃～850℃，待料片高于玻璃软化温度时，则可经进料螺杆(5)送成型轧辊(6)进行成型轧制，更换不同形状的轧辊则可轧制出各种要求的型材，加热后的料片也可经挤出成型口(4)挤压出成品材料，如管材等。
全文摘要
一种新型复合材料纤维增强玻璃轧制成型工艺方法，该发明采用碳纤维或陶瓷纤维做为复合材料中的增强材料，采用玻璃做为复合材料中的基体材料。增强材料碳纤维或陶瓷纤维被切成短丝，基体材料玻璃纤维被磨成玻璃粉，然后将两种材料置入容器中加水进行混合、滤水、烘干制成料团，将料团置入加热炉软化后送入轧辊制成料片，将料片再送入加热炉中待料片达到玻璃软化温度时出炉送入成型轧辊进行轧制或挤出，可制成各种所需要的成品型材。
文档编号C03C14/00GK1071399SQ9110948
公开日1993年4月28日 申请日期1991年10月11日 优先权日1991年10月11日
发明者孙正军, 蔡红 申请人:北京航空航天大学