一种低内应力复合材料预制体成型方法与流程

本发明属于复合材料领域，涉及一种低内应力复合材料预制体成型方法。

背景技术：

连续纤维增强热塑性预浸带预制体是指采用连续纤维增强热塑性预浸带编织而成的预制体。与预浸带相比，预浸带预制体具有可设计性强、可快速成型的特点，而且具有更高的力学性能，可弥补单向预浸带非纤维方向强力低的缺点。常规的连续纤维增强特种工程塑料预浸带片材具有较高的强度和刚度，在编织过程中交织点处应力很大，尤其是对于厚度较厚的预浸带，交织点处的预浸带过渡不够平滑，从而产生缝隙，甚至造成预浸带内增强纤维的微断裂，成为预制体的力学薄弱点，一方面，较大的内应力给预制体的成型及铺设带来困难；另一方面，编织时产生的缝隙会影响最终复合材料制品的力学性能，严重时会导致制品缺胶，孔隙率大，成为废品。如何减小预浸带编织时交织点处的应力，实现平滑过渡，降低孔隙，提高预制体的质量，充分发挥材料的力学性能成为预制体制备的技术关键点。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种低内应力复合材料预制体成型方法，对常规的连续纤维增强热塑性预浸带片材进行二次塑形，改变其截面形状，然后编织成型预制体，实现交织点处的圆滑过渡，减小缝隙，实现紧密编织，从而提高预制体及最终复合材料制品的质量。

为解决上述技术问题，所提供的一种低内应力复合材料预制体成型方法包括以下步骤：

步骤（1）：以连续纤维作为增强体，热塑性树脂为基体，制备连续纤维增强热塑性预浸带；

步骤（2）：将步骤（1）制备的预浸带作为连续增强体引入模具，将热塑性树脂经挤出机熔融挤出至模具内，然后经口模牵出定型得到截面为椭圆形的连续纤维增强热塑性预浸带。

步骤（3）：将上述椭圆形截面预浸带进行编织，得到预浸带预制体。

优选的，连续纤维增强体为碳纤维、玻璃纤维、石英纤维、玄武岩纤维、矿物纤维中的至少一种。

优选的，热塑性树脂为聚苯硫醚、聚醚醚酮或耐高温尼龙中的一种。

优选的，步骤（1）所述预浸带片材的厚度为0.1-0.5mm，宽度为4-20mm，纤维含量为25%-70%。

优选的，步骤（2）所述椭圆截面预浸带最厚处厚度为步骤（1）预浸带片材厚度的1.05-1.5倍。

优选的，预浸带预制体的组织结构为斜纹组织、缎纹组织及变化组织。

进一步的，所述制备方法也可用于其他纤维增强热塑性塑料预浸带预制体的制备。

本发明的有益效果：与现有技术相比，本发明将编织用预浸带的截面由矩形塑形为椭圆形，形成两边薄中间高的效果，在编织过程中交织点处的预浸带由原先的直角过渡变为圆弧角过渡，从而实现圆滑过渡，减小因弯曲产生的应力，实现预制体的紧密编织，可有效减少预制体空隙。

预浸带二次塑形能够进一步提高预浸带的浸渍效果和表面质量，从而提升性能。

椭圆截面主要由树脂包覆矩形截面形成，在模压成型过程中，树脂熔融流动形成富树脂层，能够有效填补交织点，有利于提升产品的表面质量，降低孔隙率，从而挺高产品的整体力学性能。

附图说明

图1为矩形截面预浸带截面图；

图2为椭圆形截面预浸带截面图；

图3为矩形截面预浸带平纹编织示意图；

图4为椭圆形截面预浸带平纹编织示意图；

图中标记为：1.1、1.2：编织用纬纱；2：编织用经纱。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。

实施例1

采用12k碳纤纱作为连续增强体，聚苯硫醚（pps）树脂为热塑性基体材料，制备连续纤维增强热塑性预浸带预制体，具体制备步骤如下：

步骤（1）：将12k连续碳纤纱引入模具，将烘干后的pps粉料从挤出机的主喂料口喂入，熔融挤出至模具腔，然后经口模牵出定型得到截面为矩形的连续碳纤维增强热塑性预浸带；

矩形截面预浸带的宽度为8.15mm，厚度为0.3mm，纤维质量含量为60%。

步骤（2）：将步骤（1）制备的矩形截面连续碳纤维增强pps预浸带作为连续增强体引入模具，将烘干后的pps粉料从挤出机的主喂料口喂入，熔融挤出至模具腔内，然后经椭圆形口模牵出定型得到截面为椭圆形的连续碳纤维增强热pps预浸带。

椭圆形截面预浸带宽度为8.55mm，最厚处厚度为0.36mm。

步骤（3）：将步骤（2）制备的截面为椭圆形的连续碳纤维增强热pps预浸带分别作为经纱和纬纱，采用平纹结构编织得到结构紧密的幅宽为1m的连续碳纤维增强热pps预浸带预制体。

步骤（4）：将椭圆形截面预浸带预制体热压成型得到复合材料板材。

通过本发明所提供的技术方法制备的预浸带预制体及其复合材料的性能参数如下表所示：

表1椭圆形截面与矩形截面预浸带预制体及其复合材料性能参数对比

技术特征：

1.一种低内应力复合材料预制体成型方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤（1）：以连续纤维作为增强体，热塑性树脂为基体，制备连续纤维增强热塑性预浸带；

步骤（2）：将步骤（1）制备的预浸带作为连续增强体引入模具，将热塑性树脂经挤出机熔融挤出至模具内，然后经口模牵出定型得到截面为椭圆形的连续纤维增强热塑性预浸带；

步骤（3）：将上述椭圆形截面预浸带进行编织，得到预浸带预制体。

2.如权利要求1所述的一种低内应力复合材料预制体成型方法，其特征在于：连续纤维增强体为碳纤维、玻璃纤维、石英纤维、玄武岩纤维、矿物纤维中的至少一种。

3.如权利要求1所述的一种低内应力复合材料预制体成型方法，其特征在于：热塑性树脂为聚苯硫醚、聚醚醚酮或耐高温尼龙中的一种。

4.如权利要求1所述的一种低内应力复合材料预制体成型方法，其特征在于：步骤（1）所述预浸带片材的厚度为0.1-0.5mm，宽度为4-20mm，纤维含量为25%-70%。

5.如权利要求1所述的一种低内应力复合材料预制体成型方法，其特征在于：步骤（2）所述椭圆截面预浸带最厚处厚度为步骤（1）预浸带片材厚度的1.05-1.5倍。

6.如权利要求1所述的一种低内应力复合材料预制体成型方法，其特征在于：预浸带预制体的组织结构为斜纹组织、缎纹组织及变化组织。

7.权利要求1-6所述制备方法也可用于其他纤维增强热塑性塑料预浸带预制体的制备。

技术总结
一种低内应力复合材料预制体成型方法，包括以下步骤：步骤（1）：以连续纤维作为增强体，热塑性树脂为基体，制备连续纤维增强热塑性预浸带片材；步骤（2）：将步骤（1）制备的预浸带作为连续增强体引入模具，将热塑性树脂材料经挤出机熔融挤出至模具内，然后经口模牵出定型得到截面为椭圆形的连续纤维增强热塑性预浸带；骤（3）：将上述椭圆形截面预浸带进行编织，得到预浸带预制体。本发明所提供的制备方法可实现预浸带在交织点处的圆滑过渡，有效减少预制体空隙，从而提高预制体及最终复合材料制品的表观质量和力学性能。

技术研发人员：王孝军;杨杰;水锋;张守玉;陈同海
受保护的技术使用者：南京特塑复合材料有限公司
技术研发日：2021.03.11
技术公布日：2021.06.22