利用的制作方法

利用ttt图与正交试验优化复合材料板簧制作工艺的方法
技术领域
1.本发明涉及到一种复合材料板簧的制作方法，尤其是指一种预浸料复合材料板簧制作工艺方法；该种预浸料复合材料板簧制作工艺方法可以有效优化预浸料复合材料板簧的工艺；属于预浸料复合材料板簧制作技术领域
。


背景技术：

2.自
20
世纪
30
年代连续玻璃纤维生产技术得到开发，并成功用于增强酚醛树脂开始，复合材料已有
80
多年的发展历史
。
先进复合材料的发展以满足航空航天需求为主，但随着它的优点被广为认知，以及使用经验的不断积累，复合材料的应用范围不断扩大，在船舰
、
交通
、
能源
、
建筑
、
机械以及休闲等领域也得到了越来越多的应用
。
近年来，复合材料在汽车中的应用范围逐步扩大，从使用条件好
、
质量占比低的装饰性部件，扩展到对行车安全具有重大影响的关键承载零部件，如板簧
、
传动轴等
。
3.板簧是支撑起汽车主体部分的关键弹性元件，在悬架系统中广泛应用
。
传统的钢板簧由多片钢板组成，重量大，断裂风险大，疲劳寿命短，且制备工艺繁杂
。
复合材料板簧是传统钢板弹簧绝佳的替代品，相对于传统的多组片钢板弹簧，只需一片结构就能替代钢板弹簧的多片结构，且减重效果可达到
50
％以上
。
除此之外，复合材料板簧还拥有疲劳寿命长，物理化学性能稳定，耐极端环境，噪音小，易拆装等优点
。
4.目前复合材料板簧在国内外己经实现稳定的产业化生产，使用的复合材料板弹簧成型工艺主要为预浸料模压工艺；所谓的预浸料模压工艺是用树脂基体在严格控制的条件下浸渍连续纤维或织物，制成树脂基体与增强体的组合物，是制造先进复合材料的中间材料
。
预浸料的强化材料主要有碳纤维
、
玻璃纤维
、
芳族聚酰胺纤维等，基体材料主要有环氧树脂
、
聚酯树脂
、
热可塑性树脂等
。
复合材料的力学性能与化学性能在很大程度上取决于预浸料的内在质量，预浸料性能的优劣直接关系到复合材料的质量
。
因此，预浸料对复合材料的应用和发展具有重要意义；模压成型方法具有生产效率较高，制品尺寸精确，材料的表面光洁等优点，尤其对形状复杂的制品一般可一次成型，不会损坏复合材料制品性能
。
其主要不足之处是模具设计和制造复杂，模压设备成本高，初次投入费用较大，而且预浸料树脂的交联和固化程度对复合材料的性能起决定性作用，对于复合材料固化工艺的研究，主要体现在固化工艺的参数设定上，控制好工艺参数是固化工艺取得成功
、
产品质量得到保障的关键所在，但是目前的这些工艺参数的设定一直都是依靠经验手段反复试验获得，但这样既繁琐，又不准确，还费时费事，也难以找到最为优化的合适数据值，因此急需要对此加以改进
。
5.经过专利检索，也尚未发现有相关的专利技术文献报道，最为相接近的专利文献有以下几个：
6.1、
中国专利号为
cn201210322997.3
，名称为“一种纤维增强塑料板式弹簧的制造方法”的发明专利申请，公开了一种纤维增强塑料板式弹簧的制造方法，主要包括以下步骤：预浸料
、
裁剪
、
铺层
、
热成型
、
后处理
。
其实施过程：将单向纤维预浸料与双向纤维预浸料
110ml/min
，从而建立固化动力学的唯象模型
。
14.进一步地，所述的非等温
dsc
测试是准确称取
20
～
25mg
预浸料样品于铝制坩埚中，设定温度范围为
25℃
～
250℃
，升温速率分别为
5℃/min、10℃/min、15℃/min、20℃/min
；为获得未固化时的玻璃化转变温度
tg0
和固化完全时的玻璃化转变温度
tg∞
，将预浸料样品在-50℃
～
250℃
的温度范围内以
10℃/min
的升温速率进行一次全动态扫描，然后迅速降至-50℃
，将树脂样品在-50℃
～
250℃
的温度范围内以
10℃/min
的升温速率进行第二次全动态扫描
。
15.进一步地，所述的等温
dsc
测试是准确称取
20
～
25mg
预浸料样品于铝制坩埚中，将样品从
25℃
迅速升至
120℃
，在
120℃
下分别恒温保持
0min、5min、10min、15min、20min、26-35min、40min
，迅速降至室温，再以
10℃/min
的速率升温至
250℃。
16.进一步地，所述的建立固化动力学的唯象模型是以不同升温速率
(5℃/min、10℃/min、15℃/min、20℃/min)
对预浸料进行非等温
dsc
表征，得到各升温速率
β
对应的起始放热温度
ti、
最高放热温度
t
p
、
终止放热温度
t
；随着升温速率的提高，最高放热温度
t
p
逐渐增加，然后通过
kissinger
方程和
crane
方程拟合计算出反应动力学参数，建立预浸料固化反应动力学模型
。
17.进一步地，所述的绘制出所选预浸料的
ttt
图是以温度为纵坐标，时间的对数为横坐标，将根据得到的固化度曲线
、
玻璃化转变曲线
、tg0、tg∞、
凝胶时间曲线集合起来，即可得到所确定预浸料体系的
ttt
图
。
18.进一步地，所述的固化度曲线为根据预浸料固化反应动力学模型中的固化反应动力学方程式所获得的不同固化度对应的时间与温度之间的关系曲线
。
19.进一步地，所述的玻璃化转变曲线为根据对预浸料进行第一次全动态扫描
(10℃/min)
和第二次全动态扫描
(10℃/min)
的曲线分析，第1次扫描的曲线在低温段
(0℃
以下
)
有一个小的基线偏移，由此可以确定出反应物未固化时的玻璃化转变温度
(tg0)
；由第2次扫曲线的基线偏移便可以确定出反应物完全固化时的玻璃化转变温度
(tg∞)
；令该预浸料体系的固化温度等于玻璃化转变温度，可得到玻璃化转变温度与固化时间之间的关系式；以固化时间
(lnt)
为横坐标，温度
(t)
为纵坐标作图，可得到
ttt
图中的“s”型玻璃化转变温度线
。
20.进一步地，所述的
tg0、tg∞、
凝胶时间曲线为以不同固化度的凝胶时间
(lnt
gel
)
为纵坐标，绝对温度的倒数
(1/t)
为横坐标作图，进行线性拟合，即可得到
ttt
图中的
t-t
gel
关系，再由预浸料自身不同温度下树脂的凝胶时间获得
lnt
gel
与
1/t
的关系图；再通过线性拟合可得
a1＝-20.36
，
ea/r
＝
9057.55
，可得
t-t
gel
关系为：
[0021][0022]
式中：
t
为绝对温度，
t
为凝胶时间
[0023]
通过上式计算得到的预浸料树脂体系的凝胶曲线
。
[0024]
进一步地，所述的利用正交试验的方法计算出了凝胶时间
(tgel)
和温度
(t)
的关系是将现有常规的复合材料板弹簧模压工艺过程绘制于
ttt
图上，在
90-110℃
保持
26-35min
同时施加
2mpa
的压力，使树脂充分流动浸润纤维，然后升温至
150-160℃
的同时将压力增加至
12mpa
，固化
26-30min
，在保压的情况下迅速降温至
85-90℃
脱模；由
ttt
图可知，加
压时预浸料的固化度为
0.5
，且在加压固化的过程中预浸料已完全固化；然后从减少反应时间和降低反应温度两方面入手，根据固化反应动力学分析及
ttt
图可得，当
t
＝
110℃
时，预浸料达到
0.5
的固化度需
15min
；当
t
＝
85-90℃
时，预浸料达到
0.5
的固化度需
55-60min
；结合现有固化工艺，将预热温度设置为
90
～
110℃
，预热时间设置为
15
～
26-35min
，进行一系列正交实验，从中选择出最优的固化工艺，进行预浸料模压工艺固化制度优化
。
[0025]
进一步地，所述的正交实验是将预浸料的预热时间和预热温度作为影响因素，进行了二因素三水平的正交实验，制备了一系列复合材料层合板，并对其进行拉伸
、
弯曲等力学性能测试
。
[0026]
本发明的有益技术效果是：
[0027]
本发明利用
ttt
图；具有如下一些优点：
[0028]
1)
本发明根据板簧的特点建立了玻璃纤维与环氧树脂预浸料的固化反应动力学唯象模型
。
计算得到了不同固化度对应的时间与温度关系，以及不同温度下达到特定固化度所需时间，绘制出了
ttt
图中的等固化度线，为固化度的控制提供了理论依据；
[0029]
2)
本发明结合
dsc
的动态和恒温两种模式，在
dibenedetto
方程的基础上研究了预浸料体系玻璃化转变温度与固化度之间的关系，绘制出了
ttt
图中的玻璃化转变曲线，为玻璃化转变温度的预测提供了科学的工具；
[0030]
3)
本发明建立了预浸料中树脂的凝胶模型
。
预报了树脂的凝胶行为，建立了
ttt
图中的凝胶曲线；
[0031]
4)
本发明建立了
7901dnk
预浸料体系的
ttt
图，展示了预浸料在固化过程中凝胶及玻璃化转变之间的关系，配合等固化度曲线指出了其在不同温度时间点上的固化度
。
使用
ttt
图验证了现有固化工艺条件，提出了优化改进意见；
[0032]
5)
本发明通过正交试验得到优化后的
7901dnk
预浸料模压工艺方法：在
1mpa85-90℃
的预热条件下，将预浸料置于模具中预热
18-22min
，随后升温加压至
4mpa150-160℃
下，固化
26-30min。
当预浸料降温至
60℃
时卸压，降温至室温时脱模
。
在此工艺下制备的复合材料层压板拉伸强度为
1300mpa
，弯曲强度为
1670mpa。
该方法缩短了模压时间，提高了层合板的力学性能
。
附图说明
[0033]
图1为本发明技术路线示意图；
[0034]
图2为本发明的不同加热速率下预浸料体系的
dsc
曲线图；
[0035]
图3为本发明
kissinger
方程的线性回归图；
[0036]
图4为本发明
crane
方程的线性回归图；
[0037]
图5为本发明不同温度下固化度与时间之间的关系；
[0038]
图6为本发明不同固化度下温度与固化时间之间的关系图；
[0039]
图7为本发明预浸料二次扫描
dsc
曲线图；
[0040]
图8为本发明不同恒温时间后预浸料的热焓图；
[0041]
图9为本发明
dibenedetto
方程的线性回归图；
[0042]
图
10
为本发明不同温度下玻璃化转变温度与时间的关系；
[0043]
图
11
为本发明预浸料体系的“s”型玻璃化转变曲线；
[0044]
图
12
为本发明
lntgel
与
1000/t
的线性回归图；
[0045]
图
13
为本发明预浸料树脂体系的凝胶曲线；
[0046]
图
14
为本发明k预浸料体系的
ttt
图
。
具体实施方式
[0047]
下面结合附图和具体实施例来进一步阐述本发明；但本发明保护范围并非受实施例的约束，任何根据本实施例所获得的技术方案均在本发明保护范围之内
。
[0048]
实施例一
[0049]
一种利用
ttt
图与正交试验优化复合材料板簧制作工艺的方法，先根据板簧的要求选定预浸料材料，再根据所确定的预浸料建立固化动力学的唯象模型，结合非等温
dsc、
等温
dsc
和
dibenedetto
方程，分析出预浸料体系玻璃化转变温度与固化度之间的关系，从而得到预浸料玻璃化转变温度
tg
与时间
t
和温度
t
的数学关系，绘制出所选预浸料的
ttt
图，再结合预浸料自身的凝胶时间数据和凝胶模型，利用正交试验的方法计算出了凝胶时间
tgel
和温度
t
的关系，进行预浸料模压工艺固化制度优化
。
整个优化的技术路线如图1所示
。
[0050]
需要说明的是这里所指的工艺优化是在既定工艺制度基础上，通过改变工艺参数来达到甚至超过原有工艺所能达到的性能
。
对于预浸料复合材料板簧制作而言，制作过程中，最为重要的是固化工艺；而固化工艺，时间和温度是两个最重要的工艺参数，和这两个工艺参数相关的树脂性质有固化度和玻璃化转变温度等，这些关系均可在
ttt
图上得到体现
。
因此本发明确定的依据
ttt
图改善预浸料复合材料板簧制作工艺主要是针对预浸料复合材料板簧的成型工艺的工艺参数进行优化
。
主要优化的是预浸料在模压工艺中的工艺参数
。
[0051]
其中，所述的选定预浸料材料是根据复合材料板簧的受力情况，采用热力学分析，采用差示扫描量热法
(dsc)
测定不同升温速率下预浸料体系的起始放热温度
、
最高放热温度和终止放热温度选择预浸料材料，最终确定制作板簧的材料采用玻璃纤维
/
环氧树脂预浸料：纤维密度为
1500-1700g/m2
，树脂含量为
30-36
％
(
质量份数
)。
[0052]
所述的根据所确定的预浸料建立固化动力学的唯象模型是采用差示扫描量热法
(dsc)
对玻璃纤维
/
环氧树脂预浸料进行分析，差示扫描量热法测试分为非等温
dsc
测试和等温
dsc
测试两个部分；测试过程中使用氮气氛围进行保护，气流量为
100-110ml/min
，从而建立固化动力学的唯象模型
。
[0053]
其中，所述的非等温
dsc
测试是准确称取
20
～
25mg
预浸料样品于铝制坩埚中，设定温度范围为
25℃
～
250℃
，升温速率分别为
5℃/min、10℃/min、15℃/min、20℃/min
；为获得未固化时的玻璃化转变温度
tg0
和固化完全时的玻璃化转变温度
tg∞
，将预浸料样品在-50℃
～
250℃
的温度范围内以
10℃/min
的升温速率进行一次全动态扫描，然后迅速降至-50℃
，将树脂样品在-50℃
～
250℃
的温度范围内以
10℃/min
的升温速率进行第二次全动态扫描
。
[0054]
所述的等温
dsc
测试是准确称取
20
～
25mg
预浸料样品于铝制坩埚中，将样品从
25℃
迅速升至
120℃
，在
120℃
下分别恒温保持
0min、5min、10min、15min、20min、26-35min、40min
，迅速降至室温，再以
10℃/min
的速率升温至
250℃。
[0055]
所述的固化动力学的唯象模型建立是：
[0056]
以不同升温速率
(5℃/min、10℃/min、15℃/min、20℃/min)
对预浸料进行非等温
dsc
表征，测试结果如图2所示
。
各升温速率
β
对应的起始放热温度
ti、
最高放热温度
tp、
终止放热温度
tf
如表1所示
。
随着升温速率的提高，最高放热温度
tp
逐渐增加，这是因为：随着升温速率增大，预浸料体系的热惯性增加，固化放热的滞后效应更加明显，导致固化放热峰向高温方向移动
。
[0057]
表1不同升温速率下的特征固化温度
[0058][0059]
可通过
kissinger
方程和
crane
方程拟合计算出反应动力学参数，建立预浸料固化反应动力学模型
。
[0060]
kissinger
方程：
[0061][0062]
式中：
ea
为表观活化能，a为指前因子
[0063]
对
ln(
β
/t
p2
)
和
1000/t
p
作图进行线性拟合
(
如图3所示
)
，可计算出
ea和
a。
拟合直线的斜率为-9.63
，截距为
12.88
，相关系数为
0.9997
，线性拟合度良好
。
计算可得
ea为
80.1kj
·
mol-1
，a为
3.77
×
109min-1
。
[0064]
crane
方程：
[0065][0066]
式中：n为反应级数；r为气体常数
[0067]
对
ln
β
和
1000/t
p
作图进行线性拟合
(
如图4所示
)
，得到的斜率为-10.48
，相关系数为
0.9997
，线性拟合度良好
。
计算得到n值为
0.919。
[0068]
将从
kissinger
方程和
crane
方程获得的动力学参数
a、ea和n代入方程中，得到该预浸料体系的固化反应动力学方程式为：
[0069][0070]
式中：
α
为固化度，
t
为反应时间，
f(a)
是已反应树脂的函数，由体系决定
。
[0071]
在恒温条件下对式
(2-3)
的两边积分，可得：
[0072][0073]
其中：
t
为绝对温度，k；
t
为时间，
min。
[0074]
因此，可以获得恒定温度下固化度和时间之间的关系，如图5所示
。
可以看出预浸料的固化速率随固化温度升高而增加，预浸料达到相同固化度所需的时间随着固化温度的
上升而逐渐减少
。
[0075]
对式
(2-4)
变形可以得到：
[0076][0077]
根据式
2-5
可计算得到不同固化度对应的时间与温度之间的关系，如图6和表2所示
。
[0078]
表2不同温度下达到特定固化度所需时间
[0079][0080][0081]
经过分析，恒温固化温度为
85-90℃
的时候，预浸料达到
99
％的固化程度需
347.2min
，而当恒温固化温度达到
150℃
的时候，达到
99
％的固化度只需要
8min。
在现实生产过程中，由于系统的温度控制是不均匀的，加上基体树脂固化反应所释放的热量会引起固化体系温度的差异，导致理论与实际会存在着一定的误差
。
[0082]
所述的绘制出所选预浸料的
ttt
图是以温度为纵坐标，时间的对数为横坐标，将根据得到的固化度曲线
、
玻璃化转变曲线
、tg0、tg∞、
凝胶时间曲线集合起来，即可得到所确定预浸料体系的
ttt
图；即构建预浸料体系的时间-温度-转变
(ttt)
关系图；通过非等温
dsc
与等温
dsc
测试，测定不同恒温时间后预浸料的玻璃化转变温度和固化度，运用
dibenedetto
方程计算预浸料体系玻璃化转变温度与固化度之间的关系，绘制预浸料的“s”型玻璃化转变曲线
。
使用供应商提供的不同温度下的凝胶时间数据建立凝胶模型，计算温度与凝胶时间之间的关系
。
将上述二者结合绘制出预浸料体系的
ttt
图，对现有的预浸料模压固化工艺进行分析，为工艺的优化提供理论依据
。
[0083]
其中，所述的固化度曲线为根据预浸料固化反应动力学模型中的固化反应动力学方程式所获得的不同固化度对应的时间与温度之间的关系曲线
。
[0084]
所述的玻璃化转变曲线为根据对预浸料进行第一次全动态扫描
(10℃/min)
和第二次全动态扫描
(10℃/min)
的曲线分析；
[0085]
对预浸料进行第一次全动态扫描
(10℃/min)
和第二次全动态扫描
(10℃/min)
的曲线如图7所示，从图中可以看出，第1次扫描的曲线在低温段
(0℃
以下
)
有一个小的基线偏移，由此可以确定出反应物未固化时的玻璃化转变温度
tg0
；进行第2次扫描时，在预浸料树脂反应的温度范围内
(
约
120
～
200℃)
没有再出现剩余热焓峰，说明树脂已经完全固化，由第2次扫曲线的基线偏移便可以确定出反应物完全固化时的玻璃化转变温度
tg∞。
图7提供的结果汇总在表3中
。
[0086]
表3环氧树脂未固化及完全固化的玻璃化转变温度
[0087][0088]
选取
120℃
为恒定温度，将预浸料在设备中分别保温
0min、5min、10min、15min、18-22min、26-35min、40min
，测定其热焓，结果如图8所示
。
根据残余热焓可计算出剩余的固化度，恒温不同时间后预浸料体系对应的玻璃化转变温度和固化度如表4所示
。
[0089]
表4不同恒温时间后预浸料的玻璃化转变温度和固化度
[0090][0091]
体系的玻璃化转变温度和固化度之间存在函数关系，通常遵循
dibenedetto
方程：
[0092][0093]
将其变形可得到：
[0094][0095]
对
1/(t
g-tg0)
和
1/
α
进行线性拟合，结果如图9所示
。
根据拟合结果和公式计算求得
λ
＝
0.21。
可得该体系固化度与玻璃化转变温度的关系式为：
[0096][0097]
其中
tg
为摄氏温度，
℃。
[0098]
在恒温条件下，联立式
(2-4)
和式
(2-8)
，可得到该预浸料体系的玻璃化转变温度和时间之间的关系：
[0099][0100]
根据式
(2-9)
，绘制不同固化温度的等温条件下玻璃化转变温度和时间的二维图，如图
10
所示
。
由图可知，玻璃化转变温度随时间的增加而增加，固化温度越高，玻璃化转变温度越趋于
t
g∞
。
[0101]
令该预浸料体系的固化温度等于玻璃化转变温度，可得到玻璃化转变温度与固化时间之间的关系式：
[0102]
[0103]
以
lnt
为横坐标，
t
为纵坐标作图，可得到
ttt
图中的“s”型玻璃化转变温度线，如图
11
所示
。
[0104]
另一方面，树脂在加热固化的过程中，活性官能团发生交联反应，分子量和粘度开始增大
。
当树脂的固化反应进行到一定程度，分子链会急剧增长并发生交联，形成三维网状结构，发生凝胶现象
。
凝胶现象在宏观上最大的特征是粘度突然增大，树脂由液体转变成凝胶态
。
树脂粘度开始剧烈上升的点称为凝胶点
。
凝胶点是控制热固性树脂加工工艺最重要的参数之一
。
[0105]
凝胶时的固化度被称为凝胶固化度
(
α
gel)
，假设固化过程中只有一个活化能，可以得到：
[0106][0107]
当固化度由
α
＝0增加到
α
＝
α
gel
时，对式
(2-11)
积分得：
[0108][0109]
右边第一项为与时间温度无关的常数项，将其设为
a1
，可将上式简化为：
[0110][0111]
以
lnt
gel
为纵坐标，
1/t
为横坐标作图，进行线性拟合，即可得到
ttt
图中的
t-t
gel
关系，再由预浸料自身不同温度下树脂的凝胶时间，如表5所示；
[0112]
表5不同温度下树脂的凝胶时间
[0113][0114]
获得
lnt
gel
与
1/t
的关系图，如图
12
所示；再通过线性拟合可得
a1＝-20.36
，
ea/r
＝
9057.55
，可得
t-t
gel
关系为：
[0115][0116]
通过上式计算得到的预浸料树脂体系的凝胶曲线，如图
13
所示
。
[0117]
然后，以温度为纵坐标，时间的对数为横坐标，将以上得到的固化度曲线
、
玻璃化转变曲线
、tg0、t
g∞
、
凝胶时间曲线集合起来，即可得到该预浸料体系的
ttt
图，如图
13
所示
。ttt
图全面反映了树脂在固化过程中的化学和物理变化，对合理制定环氧树脂及其预浸料的制备工艺和产品制造工艺具有重要的指导意义
。
[0118]
在
ttt
图的
tg0
温度以上
、
凝胶化曲线以下区域，树脂具有较低的粘度，适合制备预浸料，以保证树脂充分流动充分浸润纤维或织物
。
在预浸料模压工艺中，压力的控制尤为重
要，能对复合材料的质量产生重大影响
。
加压过早，预浸料中的环氧树脂黏度较低，会导致模压过程中树脂溢胶量过多，影响模压制品的表面品质；加压过晚，环氧树脂已交联固化，流动性较差，难以压实，从而使模压制品产生空隙
。
理想的固化工艺为：在低粘度下施加一个较小的压力让树脂充分浸润纤维；然后当树脂凝胶后，再施加一个较大的压力，将复合材料压实，消除复合材料中的气泡与空隙
。
可以根据
ttt
图确定加压的时机
。
另外，可以通过
ttt
图观察树脂完全固化所需要的时间以及复合材料的玻璃化转变温度
。
[0119]
所述的利用正交试验的方法计算出了凝胶时间
(tgel)
和温度
(t)
的关系是将现有常规的复合材料板弹簧模压工艺过程绘制于
ttt
图上，在
90-110℃
保持
26-35min
同时施加
2mpa
的压力，使树脂充分流动浸润纤维，然后升温至
150-160℃
的同时将压力增加至
12mpa
，固化
26-30min
，在保压的情况下迅速降温至
85-90℃
脱模；由
ttt
图可知，加压时预浸料的固化度为
0.5
，且在加压固化的过程中预浸料已完全固化；然后从减少反应时间和降低反应温度两方面入手，根据固化反应动力学分析及
ttt
图可得，当
t
＝
110℃
时，预浸料达到
0.5
的固化度需
15min
；当
t
＝
85-90℃
时，预浸料达到
0.5
的固化度需
55-60min
；结合现有固化工艺，将预热温度设置为
90
～
110℃
，预热时间设置为
15
～
26-35min
，进行一系列正交实验，从中选择出最优的固化工艺，进行预浸料模压工艺固化制度优化
。
[0120]
所谓对预浸料模压工艺固化制度进行优化，就是通过正交试验，在不同的工艺参数下，使用预浸料模压工艺制备一系列复合材料层合板，并对其进行力学性能测试，比较筛选出最优的模压工艺方法；优化的路线如附图1所示
。
[0121]
现有的复合材料板弹簧模压工艺采用台阶式的固化机制，这种固化机制有助于树脂充分浸润纤维，并消除界面上的细小气泡
。
树脂在低温台阶阶段反应较慢，加压时机易于控制，并且利于固化网络结构的均匀形成，在高温台阶阶段则可发生较为充分的固化反应，从而显著提高基体的力学性能和耐热性能等
。
[0122]
将现有的复合材料板弹簧模压工艺过程绘制于
ttt
图上
(
见图
14)
：在
90-110℃
保持
26-35min
同时施加
2mpa
的压力，使树脂充分流动浸润纤维，然后升温至
150-160℃
的同时将压力增加至
12mpa
，固化
26-30min
，在保压的情况下迅速降温至
85-90℃
脱模
。
由
ttt
图可知，加压时预浸料的固化度为
0.5
，且在加压固化的过程中预浸料已完全固化
。
[0123]
为了提高生产效率，降低反应能耗优化，可从减少反应时间和降低反应温度两方面入手
。
根据固化反应动力学分析及
ttt
图可得，当
t
＝
110℃
时，预浸料达到
0.5
的固化度需
15min。
当
t
＝
85-90℃
时，预浸料达到
0.5
的固化度需
55-60min。
结合现有固化工艺，可尝试将预热温度设置为
90
～
110℃
，预热时间设置为
15
～
26-35min
，进行一系列正交实验，从中选择出最优的固化工艺
。
[0124]
具体预浸料复合材料板簧制作工艺如下：
[0125]
先将预浸料从冷库中取出，解冻至室温后裁剪为
487mm
×
218mm
的大小，并按测试要求以0°
方向铺贴至指定厚度
。
随后用工业乙醇擦拭模具，清理灰尘和油污，待工业乙醇完全挥发后，将脱模剂均匀涂抹于模具的各个角落
。
将裁剪铺贴好的预浸料置于模具中，按照实验设定参数进行预热，随后进行升温
、
加压至固化成型
。
完成热压后，在保持压力的状态下冷却至
60℃
左右后卸压，待模具冷却至室温后，从中取出制得的复合材料层合板
。
[0126]
常规的复合材料板簧模压工艺为：将预浸料置于模具中，于
90-110℃
预热
26-35min
，随后升温至
150-160℃
固化
26-30min。
[0127]
优化工艺为，结合前述的固化反应动力学及
ttt
图，对该模压工艺的预热时间和预热温度，利用正交试验进行调整：这样能降低能耗或缩短所需时间
。
[0128]
沿用现有工艺的固化温度和固化时间，设定预压压力为
1mpa
，固化压力为
4mpa
，以预热温度和预热时间为参数进行正交实验，其水平设置如表
3-1
所示
。
以复合材料层合板的拉伸
、
弯曲等力学性能作为评价指标，优化预浸料的模压工艺参数
。
预浸料模压正交试验设计如下表
6。
[0129]
表6预浸料模压正交试验设计
[0130][0131]
所述的正交试验是将预浸料的预热时间和预热温度作为影响因素，进行了二因素三水平的正交实验，制备了一系列复合材料层合板，并对其进行拉伸
、
弯曲等力学性能测试
。
经
ttt
图分析可得预热时间为影响复合材料层合板力学性能的主要因素，在预热时间为
18-22min
，预热温度为
85-90℃
时，所制备的复合材料层合板力学性能最好，拉伸强度为
1300mpa
，弯曲强度为
1670mpa。
[0132]
本发明的有益技术效果是：
[0133]
本发明利用
ttt
图；具有如下一些优点：
[0134]
1)
本发明根据板簧的特点建立了玻璃纤维与环氧树脂预浸料的固化反应动力学唯象模型
。
计算得到了不同固化度对应的时间与温度关系，以及不同温度下达到特定固化度所需时间，绘制出了
ttt
图中的等固化度线，为固化度的控制提供了理论依据；
[0135]
2)
本发明结合
dsc
的动态和恒温两种模式，在
dibenedetto
方程的基础上研究了预浸料体系玻璃化转变温度与固化度之间的关系，绘制出了
ttt
图中的玻璃化转变曲线，为玻璃化转变温度的预测提供了科学的工具；
[0136]
3)
本发明建立了预浸料中树脂的凝胶模型
。
预报了树脂的凝胶行为，建立了
ttt
图中的凝胶曲线；
[0137]
4)
本发明建立了
7901dnk
预浸料体系的
ttt
图，展示了预浸料在固化过程中凝胶及玻璃化转变之间的关系，配合等固化度曲线指出了其在不同温度时间点上的固化度
。
使用
ttt
图验证了现有固化工艺条件，提出了优化改进意见；
[0138]
5)
本发明通过正交试验得到优化后的
7901dnk
预浸料模压工艺方法：在
1mpa85-90℃
的预热条件下，将预浸料置于模具中预热
18-22min
，随后升温加压至
4mpa150-160℃
下，固化
26-30min。
当预浸料降温至
60℃
时卸压，降温至室温时脱模
。
在此工艺下制备的复合材料层压板拉伸强度为
1300mpa
，弯曲强度为
1670mpa。
该方法缩短了模压时间，提高了层合板的力学性能
。
[0139]
上述所列实施例，只是结合附图对本发明的技术方案进行清楚
、
完整的描述；显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例，而且本说明书中所引用的如“上”、“下”、“前”、“后”、“中间”等用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发
明可实施的范畴
。
同时，说明书附图所绘示的结构
、
比例
、
大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰
、
比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容所能涵盖的范围内
。
基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围
。