专利名称：单向纤维增强塑料平板制作方法
技术领域：
本发明涉及关于复合材料板材制作方法，具体地说，本发明是采用纤维缠绕法制备试验用单向纤维增强塑料平板的方法。
背景技术：
目前，公知的试验用单向纤维增强塑料平板制作方法有中国国家标准GB/T 4550-2005规定的真空袋-热压罐法和缠绕法。这两种方法分别非等效采用ISO 9353 :1991 和IS0U68-5 2001标准。公知的真空袋-热压罐法是将一定数量的预浸料和各种工艺辅助材料组合构成真空袋系统，在热压罐内于适当的温度和压力下固化成型。公知的缠绕法原理是采用浸有树脂的纤维在芯模上连续缠绕至所需要的层数，然后通过压板加压并进行固化，一次得到两块试验用平板模具。现有的缠绕法又分干法缠绕和湿法缠绕。现有的干法缠绕是采用预浸料纱线进行缠绕。现有的湿法缠绕采用纤维浸渍树脂后立即缠绕到芯模上制作复合材料的方法，属于在线浸胶并同步缠绕的方式成型。上述方法中真空袋-热压罐法和干法缠绕在复合材料板材成型这一环节中，由于树脂已经不流动、粘性也有限、与液态树脂相比挥发分已经很低，对环境和设备的污染不是很大。但是，制作预浸料需要专用系统，同时后续成型又需要庞大、昂贵的热压罐，一般实验室难以具备。现有的湿法缠绕法设备简单，投资少，是多数实验室制备单向板的首选。但现有的湿法缠绕法也存在缺点。主要缺点有四方面其一是板材的树脂含量控制不精准、制成材料中孔隙率高，质量不高。湿法缠绕形成的板材其树脂含量往往偏低也不均勻，因此ISO 1268-5要求每缠绕一定层数后要补刷一次树脂。另外缠绕时树脂中空气无法赶出，固化后的板材中空隙率较高。其二是树脂浸渍方式单一。湿法缠绕是采用连续的在线方式浸胶，使得浸渍工艺受到制约，只能采用浸胶槽浸胶方式，其他诸如可以精确控制树脂含量、减少孔隙率的真空导入法(Vacuum infusion process，VIP)、树脂传递法(RTM)等浸渍工艺无法实现。其三是所用模具复杂，且不适用于其他浸渍工艺。现有模具由芯模加两块压板构成，芯模两边有突起的台阶，不适用于真空导入法、树脂传递法等其他工艺。其四是现有的湿法缠绕法污染大。污染分两方面，树脂对设备的污染和对环境的污染。现有的湿法缠绕过程中，纤维从被树脂浸渍到缠绕成型的过程是开放的，浸渍树脂后的纤维所经过的部件上粘满树脂，因此设备上可能接触到树脂的部位需要有耐树脂污染设计，设计制造要求高，使用后还要使用丙酮等溶剂进行彻底清洗，否则粘在设备上的树脂一旦固化会使设备功能丧失，维护很不方便。此外，现有的湿法缠绕是开放的浸胶系统，使得树脂中的有毒有害物资大量挥发到大气中，对环境和人身健康不利。导致产生现有湿法缠绕法的缺点的原因是在线浸胶方式的纤维树脂吸附量的不确性、开放性和单一性造成的
发明内容
本发明针对现有的缠绕法制作试验用单向纤维增强塑料平板的方法，提出了一种对环境和设备污染小、树脂浸渍方式多样的制作试验用单向纤维增强塑料平板的方法。本发明的单向纤维增强塑料平板制作方法，包括下述步骤a、将未被树脂浸渍的干纤维平行地缠绕在模具上，形成板状预型体；所述模具为一个平板模具，平板模具上设置有两个用于将环状纤维切断的长槽；b、将预型体浸渍树脂并固化；C、沿模具的长槽将浸渍过树脂的环状纤维切断，脱模得到两块单向纤维增强塑料平板。简而言之，本发明解决其技术问题所采用的技术方案是采用干纤维缠绕模具得到预型体，再由预型体浸胶固化得到板材。本发明的有益效果是树脂浸渍过程是对预型体进行的，适合于预型体的树脂浸渍方式都可使用，使得浸胶方式多样化；缠绕所用的模具简单，缠绕过程中不涉及树脂，最大限度地减少了树脂对设备的污染，设备设计要求降低、维护费用低。上述的制作方法，采用手糊法对预型体浸渍树脂。上述的制作方法，预型体浸渍树脂采用闭模工艺。所谓闭模工艺就是在阴、阳模闭合的情况下成型复合材料构件的工艺方法。例如，采用真空注入法或树脂传递模塑法对预型体浸渍树脂。闭模树脂浸渍过程，最大限度地减少了树脂对环境的污染，有利于环保。预型体的树脂浸渍过程采用真空辅助和闭模工艺，制得的板材质量高，树脂分布均勻、含量控制精确度高，空气在树脂注入前已被抽出，因此板材中孔隙率低；模腔经过精确加工而成， 板材厚度控制精准、表面平整光滑。上述的制作方法，为方便脱模，将模具涂上脱模剂或贴上脱模片后再缠绕干纤维。
图1是实施例1的干纤维缠绕过程示意图。图2是实施例1的预型体示意3是实施例1的模具正视图。
图4是实施例1的模具立体示意图。图5是实施例2的干纤维缠绕过程示意图。图6是实施例2的预型体示意7是实施例2的模具正视图。图8是实施例2的模具立体示意图。图中，1——纤维；2——排丝嘴；3——芯模(模具)；4——长槽孔；5—一单向平行排列的纤维层；6——(模具与缠绕驱动机构的)连接孔；7——缠绕驱动机构；8——(缠绕驱动机构与模具的)连接孔。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。实施例1 1、模具
模具3为一个长方形的芯模(平板模具)，上下端面上开有平行于平板模具的长边的长槽孔4，用于脱模时切割板材。参见图3和图4，整个芯模长度为拟制作板材(即单向增强塑料增强平板模具)的长度加60mm 120mm，宽度为拟制作板材宽度加60 120mm， 厚度1 5mm。长槽孔4的宽度IOmm 20mm，长槽孔4的长度为单向增强塑料增强平板模具长度两边各加IOmm 20mm。2、预型体制作将芯模3涂上脱模剂或贴上脱模片，再将芯模3具有连接孔6的一侧短边与缠绕驱动机构7相连；参见图1，缠绕驱动机构7带动芯模3绕平行于芯模长边的中心线转动，纤维1穿过排丝嘴2绕排在转动的芯模3上，同时排丝嘴2沿平行于芯模长边的中心线移动，按计算的缠绕层数、纤维后移速度、缠绕圈数把纤维平行地缠绕在芯模上。长槽孔4的两端伸出缠绕的环状纤维的两端。之后剪断纤维，并将纤维端头通过将粘贴等方式牢固地固定芯模上，以确保纤维剪断后张力得以保持；取下已缠绕有纤维的芯模，即得到预型体，见附图2。3、预型体浸渍树脂、固化根据不同的板材质量要求，选择不同的树脂浸渍方式，下述几种浸渍方式仅为说明本发明，具体实施时不限于此。浸胶方式一，板材对树脂含量、孔隙率、厚度的控制要求不高，根据这一特点，选用手糊法浸渍树脂并进行固化。浸胶方式二，板材对树脂含量、孔隙率有较高要求，根据这一特点，选用真空注入法浸渍树脂并进行固化。浸胶方式三，板材不仅对树脂含量、孔隙率的控制有较高的要求，而且对厚度、表面平整度等也有较高的控制要求，根据这一特点，选用树脂传递模塑法浸渍树脂并进行固化。4、脱模沿芯模长槽孔4将环状材料切断，脱模得到两块单向纤维增强塑料平板。实施例2 实施例2与实施例1的不同在于模具3的两侧面各开有平行于平板模具的长边的长槽孔4，用于脱模时切割板材。本发明改进了现有的缠绕法制作试验用单向纤维增强塑料平板的方法，提出对环境和设备污染小、树脂浸渍方式多样、板材质量好的制作试验用单向纤维增强塑料平板方法。其基本过程是将未被树脂浸渍的干纤维平行地缠绕在芯模上，形成板状预型体。缠绕完成的预型体按预型体的浸渍工艺进行浸胶、固化，其工艺选择可根据最终板材质量的要求不同作出各种选择，适用的常见浸渍工艺包括手糊法、真空导入法、树脂传递模塑法等。缠绕使用的模具为单一的芯模(硬质平板模具)，四周无突台，两边各开一个长槽孔，该长槽孔用于已固化成型的单向纤维增强材料平板模具的脱模切割操作。本发明的有益效果树脂浸渍过程是对预型体进行的，适合于预型体的树脂浸渍方式都可使用，使得浸胶方式多样化；预型体的树脂浸渍过程可采用真空辅助和闭模工艺， 制得的板材质量高有树脂分布均勻、含量控制精确度高的优点，空气在树脂注入前已被抽出，因此板材中孔隙率低；模腔经过精确加工而成，板材厚度控制精准、表面平整光滑；缠绕所用的模具简单，缠绕过程中不涉及树脂，浸胶采用闭模工艺，最大限度地减少了树脂对设备的污染，设备设计要求降低、维护费用低。闭模树脂浸渍过程，最大限度地减少了树脂对环境的污染，有利于环保。
权利要求
1.单向纤维增强塑料平板制作方法，其特征是它包括下述步骤a、将未被树脂浸渍的干纤维平行地缠绕在模具上，形成板状预型体；所述模具为一个平板模具，平板模具上设置有两个用于将环状纤维切断的长槽；b、将预型体浸渍树脂并固化；C、沿模具的长槽将浸渍过树脂的环状纤维切断，脱模得到两块单向纤维增强塑料平板。
2.如权利要求1所述的制作方法，其特征是采用手糊法对预型体浸渍树脂。
3.如权利要求1所述的制作方法，其特征是预型体浸渍树脂采用闭模工艺。
4.如权利要求3所述的制作方法，其特征是采用真空注入法对预型体浸渍树脂。
5.如权利要求3所述的制作方法，其特征是采用树脂传递模塑法对预型体浸渍树脂。
6.如权利要求1所述的制作方法，其特征是将模具涂上脱模剂或贴上脱模片后再缠绕干纤维。
全文摘要
本发明提出了一种对环境和设备污染小、树脂浸渍方式多样的制作试验用单向纤维增强塑料平板的方法。包括下述步骤将未被树脂浸渍的干纤维平行地缠绕在模具上，形成板状预型体；所述模具为一个平板模具，平板模具上设置有两个用于将环状纤维切断的长槽；将预型体浸渍树脂并固化；沿模具的长槽将浸渍过树脂的环状纤维切断，脱模得到两块单向纤维增强塑料平板。
文档编号B29C70/30GK102285124SQ201110119499
公开日2011年12月21日 申请日期2011年4月30日 优先权日2011年4月30日
发明者王玉梅, 郝郑涛, 陈尚, 陈建明 申请人:南京玻璃纤维研究设计院