一种纤维增强树脂基复合材料芯及其制造方法_2

文档序号:8354777阅读:来源:国知局
甲基脲或2-乙基-4-甲基咪唑中选出的一种或几种。
[0029]进一步的,促进剂为从N,N- 二甲基苯胺、N,N- 二乙基苯胺、2-乙基_4_甲基咪唑中选出的一种或几种。
[0030]上述促进剂的促进效果明显,且稳定,容易控制。
[0031]进一步的,脱模剂为从硬脂酸锌、硬脂酸、二甲基硅油、合成石蜡、甲基硅油或植物油中选出的一种或几种。
[0032]满足迅速脱t旲要求,提尚广品表面质量,提尚拉挤效率。
[0033]进一步的填料为从纳米蒙脱土、娃藻土、纳米碳纤维、碳纳米管、纳米Ti02、纳米娃粉、纳米Si02、BaTi03纳米、A1203、木粉、陶土、纳米硫酸钡或纳米碳酸1?中选出的一种或几种。
[0034]进一步的,填料为从纳米蒙脱土、娃藻土、纳米硫酸钡、纳米碳酸妈、碳纳米管或纳米硅粉中选出的一种或几种。
[0035]上述填料能提高产品耐热性、力学性能,降低成本。
[0036]本发明的另一目的在于提供了一种制备纤维增强树脂基复合材料芯用纤维增强树脂基复合材料的方法,方法包括如下步骤:
[0037]I)胶液的配置:
[0038]称取适量树脂加入搅拌机,在树脂中加入促进剂、固化剂、脱模机,保持搅拌机搅拌状态,最后加入适量的在温度(110±5摄氏度)的烘箱里烘干约0.5h的填料;
[0039]2)开卷纱束:
[0040]将纤维增强材料在牵引机的拉力下,经50?250°C干燥预处理1-5分钟,经过导向辊和集束栅板、集纱辊后,进入已加入步骤I)得到的树脂的浸渍胶槽,浸透树脂基体胶液时间不少于0.5min ;其中浸渍胶槽温度为20°C?70°C ;
[0041]3)将经步骤2)树脂基体胶液浸润的纤维增强材料通过具有一定界面形状的预成型模具,排出多余的树脂和气泡,进行预成型;预成型模内温度为30°C?130°C ;
[0042]5)固化成型:
[0043]4)将经步骤3)预成型的复合材料的树脂胶液在前段固化模具内逐步升温,对模具的前区、中区、后区进行温度设定,并进行加热,经粘流态、凝胶态、玻璃态后成型固化,在内脱模剂的作用下,复合材料由牵引装置拉出脱模成型;
[0044]前段固化模具第一加热区间温度为110_240°C;第二加热区间温度为120?230°C;第三加热区间温度为I1?240°C ;
[0045]树脂基复合材料后固化成型采用至少一段连续加热装置,加热区间的温度为170 ?250°C ;
[0046]其中牵引速度不低于0.35m/min ;
[0047]6)由收线机进行制品收卷。
[0048]在拉挤成型过程中,其温度控制与分布是拉挤工艺的关键工艺参数之一,芯棒在经过模具时,按其在模具中的不同状态,把模具分为三部分,即预热区、凝胶区和固化区。三区的温度又是相互协调一致的,三个加热区的温度不仅影响复合芯的表面质量而且影响其力学性能。在模具上使用三对加热板来分别加热,并用计算机来控制温度。脱离点是指树脂脱离模具的点.树脂在加热过程中,温度逐渐升高,粘度降低。
[0049]通过预热区后,树脂体系开始凝胶、固化,这时芯棒和模具界面处的粘滞阻力增加,壁面上零速度的边界条件被打破,在脱离点处树脂出现速度突变,树脂和增强材料一起以相同的速度均匀移动,在固化区内芯棒受热继续固化,以保证出模时有足够的固化度。树脂纤维混合材料首先进入预热区、使树脂粘度降低,提高树脂的流动性并使树脂进一步浸润增强材料,预热区温度控制在110-240°C,若预热区温度太低,树脂预热不充分,会造成脱模困难,牵引力增大,严重时会发生堵模;若预热区温度太高,提前固化,造成设备牵引力增加,可能发生局部粘膜,复合芯表面出现掉沫现象,表面粗糙;然后进入凝胶区,树脂开始反应,树脂从粘稠液体变成凝胶状态,凝胶区的温度控制在120?230°C,若凝胶区温度太低,树脂固化反应不够充分,可能导致粘膜,牵引力增加,芯棒表面质量差。若该区温度太高,而且树脂固化反应时放出的大量热量可能致树脂基体因局部温度过高而裂解,使复合材料性能降低。最后材料进入固化区使芯棒充分固化,固化区的温度控制在110?240°C,以使树脂在该区充分固化为原则。温度太低不能使树脂完全固化;温度太高,可能增大复合芯的内应力,影响芯棒的尺寸稳定性以及它的机械性能。树脂的反应主要发生在凝胶区。树脂在较高温度下进行反应至凝胶状态的位置被称为“凝胶点”,当树脂固化为固体时,因固化收缩而压力下降,芯棒从模具表面脱离下来,该点称为“脱离点”。芯棒的拉挤工艺应促使凝胶点、放热峰及脱离点靠近而且集中在凝胶区,否则可能出现芯棒力学性能差以及粘膜等现象。
[0050]拉挤速度必须与温度匹配,模具温度高,牵引速度应适当增加。树脂的凝胶点可以通过调整模具温度和牵引速度来确定,模具温度太高或反应太快时,将引起芯棒热开裂。因此,利用分区加热模具,把加热区分为预热区、凝胶区和固化区,可达到优化拉挤工艺,减少芯棒热开裂的目的。拉挤工艺启动时,芯棒的拉挤速度应放慢(300mm/min)、然后逐渐提高到正常拉挤速度,一般拉挤速度为300-500mm/min。本专利在充分考虑树脂在模具中部凝胶固化技术问题,优化了拉挤工艺配方,使芯棒拉挤速度上升到700mm/min,提高了生产效率。
[0051]当芯棒在模具中固化后,为了满足拉挤工艺的需求,牵引装置需满足:在拉挤过程中,牵引装置必须保证连续牵引,如果停止牵引芯棒,或停机时间过长(大于10分钟),则会破坏模具内的热平衡,出现堵模现象;牵引力可调,满足不同截面芯棒所需的牵引力要求;牵引速度可调节,牵引速度则应根据树脂基体化学反应特性、模具温度分布、模具长度等因素调节,牵引速度过慢,树脂在模具内停留时间长,凝胶点和脱离点靠前,造成脱模困难,反之则会使树脂固化不完全而影响芯棒的性能;夹持力可调,因为牵引力是靠夹持力产生的摩擦力传递给芯棒的,因此不同牵引力其夹持力也不同;夹头可随意更换,夹头需设计衬垫,以增强摩擦力,并减少对芯棒外表面的损伤。
[0052]牵引力是保证芯棒顺利出模的关键,牵引力的大小由芯棒与模具之间的界面上的剪切应力来确定,成型中若想使芯棒表面光洁,要求芯棒在脱离点的剪切应力较小,并且尽早脱离模具。牵引力的变化反映了芯棒在模具中的反应状态,它与许多因素,如:纤维含量、芯棒的几何形状与尺寸、脱模剂、温度、拉挤速度等有关系。
[0053]总之,加热温度、拉挤速度、牵引力三个工艺参数密不可分,温度是由树脂的特性来确定的,是拉挤工艺中应当解决的首要因素,通过树脂固化体系的DSC曲线的峰值和有关条件,确定模具加热的各段温度值。拉挤速度确定的原则是在给定的模具温度下的凝胶时间,保证芯棒在模具中部凝胶、固化。牵引力的制约因素较多,它与模具温度关系很大,并受到拉挤速度的控制。拉挤速度的增加直接影响到剪切应力的大小,即脱离.点处的剪切应力,从而致牵引力的上升。
[0054]本发明的另一目的在于提供了一种纤维增强树脂基复合材料芯,复合材料芯由内部的纤维增强树脂基复合材料芯用纤维增强复合材料和外层的绝缘层制成,绝缘层为玻璃纤维层,厚度为0.2?2mm。
[0055]进一步的,玻璃纤维层厚度为0.l_2mm。玻璃纤维有序分布在碳纤维的周边。
[0056]由于采用了上述技术方案,与现有技术相比,本发明的有益效果包括:
[0057]1.本发明的纤维增强树脂基复合材料芯的树脂采用热固性树脂,热固性树脂在固化后,由于分子间交联,形成网状结构,因此刚性大、硬度高、耐温高、不易燃、制品尺寸稳定性好。
[0058]2.本发明的纤维增强树脂基复合材料芯,因高强玻纤代替碳纤维,成本显著降低,成本下降了 30%以上。
[0059]3.本发明的纤维增强树脂基复合材料芯,因高强玻纤的加入,玻璃纤维的低模量特性,韧性显著提高,复合芯韧性提高20?60%。
[0060]4.本发明的纤维增强树脂基复合材料芯,内部结构更加均一,不易发生分层现象,传统的复合芯内层是碳纤维增强热固性复合材料,外层是
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