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一種纖維增強樹脂基復(fù)合材料芯及其制造方法_2

文檔序號:8354777閱讀:來源:國知局
甲基脲或2-乙基-4-甲基咪唑中選出的一種或幾種。
[0029]進一步的,促進劑為從N,N- 二甲基苯胺、N,N- 二乙基苯胺、2-乙基_4_甲基咪唑中選出的一種或幾種。
[0030]上述促進劑的促進效果明顯,且穩(wěn)定,容易控制。
[0031]進一步的,脫模劑為從硬脂酸鋅、硬脂酸、二甲基硅油、合成石蠟、甲基硅油或植物油中選出的一種或幾種。
[0032]滿足迅速脫t旲要求,提尚廣品表面質(zhì)量,提尚拉擠效率。
[0033]進一步的填料為從納米蒙脫土、娃藻土、納米碳纖維、碳納米管、納米Ti02、納米娃粉、納米Si02、BaTi03納米、A1203、木粉、陶土、納米硫酸鋇或納米碳酸1?中選出的一種或幾種。
[0034]進一步的,填料為從納米蒙脫土、娃藻土、納米硫酸鋇、納米碳酸媽、碳納米管或納米硅粉中選出的一種或幾種。
[0035]上述填料能提高產(chǎn)品耐熱性、力學(xué)性能,降低成本。
[0036]本發(fā)明的另一目的在于提供了一種制備纖維增強樹脂基復(fù)合材料芯用纖維增強樹脂基復(fù)合材料的方法,方法包括如下步驟:
[0037]I)膠液的配置:
[0038]稱取適量樹脂加入攪拌機,在樹脂中加入促進劑、固化劑、脫模機,保持?jǐn)嚢铏C攪拌狀態(tài),最后加入適量的在溫度(110±5攝氏度)的烘箱里烘干約0.5h的填料;
[0039]2)開卷紗束:
[0040]將纖維增強材料在牽引機的拉力下,經(jīng)50?250°C干燥預(yù)處理1-5分鐘,經(jīng)過導(dǎo)向輥和集束柵板、集紗輥后,進入已加入步驟I)得到的樹脂的浸漬膠槽,浸透樹脂基體膠液時間不少于0.5min ;其中浸漬膠槽溫度為20°C?70°C ;
[0041]3)將經(jīng)步驟2)樹脂基體膠液浸潤的纖維增強材料通過具有一定界面形狀的預(yù)成型模具,排出多余的樹脂和氣泡,進行預(yù)成型;預(yù)成型模內(nèi)溫度為30°C?130°C ;
[0042]5)固化成型:
[0043]4)將經(jīng)步驟3)預(yù)成型的復(fù)合材料的樹脂膠液在前段固化模具內(nèi)逐步升溫,對模具的前區(qū)、中區(qū)、后區(qū)進行溫度設(shè)定,并進行加熱,經(jīng)粘流態(tài)、凝膠態(tài)、玻璃態(tài)后成型固化,在內(nèi)脫模劑的作用下,復(fù)合材料由牽引裝置拉出脫模成型;
[0044]前段固化模具第一加熱區(qū)間溫度為110_240°C;第二加熱區(qū)間溫度為120?230°C;第三加熱區(qū)間溫度為I1?240°C ;
[0045]樹脂基復(fù)合材料后固化成型采用至少一段連續(xù)加熱裝置,加熱區(qū)間的溫度為170 ?250°C ;
[0046]其中牽引速度不低于0.35m/min ;
[0047]6)由收線機進行制品收卷。
[0048]在拉擠成型過程中,其溫度控制與分布是拉擠工藝的關(guān)鍵工藝參數(shù)之一,芯棒在經(jīng)過模具時,按其在模具中的不同狀態(tài),把模具分為三部分,即預(yù)熱區(qū)、凝膠區(qū)和固化區(qū)。三區(qū)的溫度又是相互協(xié)調(diào)一致的,三個加熱區(qū)的溫度不僅影響復(fù)合芯的表面質(zhì)量而且影響其力學(xué)性能。在模具上使用三對加熱板來分別加熱,并用計算機來控制溫度。脫離點是指樹脂脫離模具的點.樹脂在加熱過程中,溫度逐漸升高,粘度降低。
[0049]通過預(yù)熱區(qū)后,樹脂體系開始凝膠、固化,這時芯棒和模具界面處的粘滯阻力增加,壁面上零速度的邊界條件被打破,在脫離點處樹脂出現(xiàn)速度突變,樹脂和增強材料一起以相同的速度均勻移動,在固化區(qū)內(nèi)芯棒受熱繼續(xù)固化,以保證出模時有足夠的固化度。樹脂纖維混合材料首先進入預(yù)熱區(qū)、使樹脂粘度降低,提高樹脂的流動性并使樹脂進一步浸潤增強材料,預(yù)熱區(qū)溫度控制在110-240°C,若預(yù)熱區(qū)溫度太低,樹脂預(yù)熱不充分,會造成脫模困難,牽引力增大,嚴(yán)重時會發(fā)生堵模;若預(yù)熱區(qū)溫度太高,提前固化,造成設(shè)備牽引力增加,可能發(fā)生局部粘膜,復(fù)合芯表面出現(xiàn)掉沫現(xiàn)象,表面粗糙;然后進入凝膠區(qū),樹脂開始反應(yīng),樹脂從粘稠液體變成凝膠狀態(tài),凝膠區(qū)的溫度控制在120?230°C,若凝膠區(qū)溫度太低,樹脂固化反應(yīng)不夠充分,可能導(dǎo)致粘膜,牽引力增加,芯棒表面質(zhì)量差。若該區(qū)溫度太高,而且樹脂固化反應(yīng)時放出的大量熱量可能致樹脂基體因局部溫度過高而裂解,使復(fù)合材料性能降低。最后材料進入固化區(qū)使芯棒充分固化,固化區(qū)的溫度控制在110?240°C,以使樹脂在該區(qū)充分固化為原則。溫度太低不能使樹脂完全固化;溫度太高,可能增大復(fù)合芯的內(nèi)應(yīng)力,影響芯棒的尺寸穩(wěn)定性以及它的機械性能。樹脂的反應(yīng)主要發(fā)生在凝膠區(qū)。樹脂在較高溫度下進行反應(yīng)至凝膠狀態(tài)的位置被稱為“凝膠點”,當(dāng)樹脂固化為固體時,因固化收縮而壓力下降,芯棒從模具表面脫離下來,該點稱為“脫離點”。芯棒的拉擠工藝應(yīng)促使凝膠點、放熱峰及脫離點靠近而且集中在凝膠區(qū),否則可能出現(xiàn)芯棒力學(xué)性能差以及粘膜等現(xiàn)象。
[0050]拉擠速度必須與溫度匹配,模具溫度高,牽引速度應(yīng)適當(dāng)增加。樹脂的凝膠點可以通過調(diào)整模具溫度和牽引速度來確定,模具溫度太高或反應(yīng)太快時,將引起芯棒熱開裂。因此,利用分區(qū)加熱模具,把加熱區(qū)分為預(yù)熱區(qū)、凝膠區(qū)和固化區(qū),可達到優(yōu)化拉擠工藝,減少芯棒熱開裂的目的。拉擠工藝啟動時,芯棒的拉擠速度應(yīng)放慢(300mm/min)、然后逐漸提高到正常拉擠速度,一般拉擠速度為300-500mm/min。本專利在充分考慮樹脂在模具中部凝膠固化技術(shù)問題,優(yōu)化了拉擠工藝配方,使芯棒拉擠速度上升到700mm/min,提高了生產(chǎn)效率。
[0051]當(dāng)芯棒在模具中固化后,為了滿足拉擠工藝的需求,牽引裝置需滿足:在拉擠過程中,牽引裝置必須保證連續(xù)牽引,如果停止?fàn)恳景?,或停機時間過長(大于10分鐘),則會破壞模具內(nèi)的熱平衡,出現(xiàn)堵模現(xiàn)象;牽引力可調(diào),滿足不同截面芯棒所需的牽引力要求;牽引速度可調(diào)節(jié),牽引速度則應(yīng)根據(jù)樹脂基體化學(xué)反應(yīng)特性、模具溫度分布、模具長度等因素調(diào)節(jié),牽引速度過慢,樹脂在模具內(nèi)停留時間長,凝膠點和脫離點靠前,造成脫模困難,反之則會使樹脂固化不完全而影響芯棒的性能;夾持力可調(diào),因為牽引力是靠夾持力產(chǎn)生的摩擦力傳遞給芯棒的,因此不同牽引力其夾持力也不同;夾頭可隨意更換,夾頭需設(shè)計襯墊,以增強摩擦力,并減少對芯棒外表面的損傷。
[0052]牽引力是保證芯棒順利出模的關(guān)鍵,牽引力的大小由芯棒與模具之間的界面上的剪切應(yīng)力來確定,成型中若想使芯棒表面光潔,要求芯棒在脫離點的剪切應(yīng)力較小,并且盡早脫離模具。牽引力的變化反映了芯棒在模具中的反應(yīng)狀態(tài),它與許多因素,如:纖維含量、芯棒的幾何形狀與尺寸、脫模劑、溫度、拉擠速度等有關(guān)系。
[0053]總之,加熱溫度、拉擠速度、牽引力三個工藝參數(shù)密不可分,溫度是由樹脂的特性來確定的,是拉擠工藝中應(yīng)當(dāng)解決的首要因素,通過樹脂固化體系的DSC曲線的峰值和有關(guān)條件,確定模具加熱的各段溫度值。拉擠速度確定的原則是在給定的模具溫度下的凝膠時間,保證芯棒在模具中部凝膠、固化。牽引力的制約因素較多,它與模具溫度關(guān)系很大,并受到拉擠速度的控制。拉擠速度的增加直接影響到剪切應(yīng)力的大小,即脫離.點處的剪切應(yīng)力,從而致牽引力的上升。
[0054]本發(fā)明的另一目的在于提供了一種纖維增強樹脂基復(fù)合材料芯,復(fù)合材料芯由內(nèi)部的纖維增強樹脂基復(fù)合材料芯用纖維增強復(fù)合材料和外層的絕緣層制成,絕緣層為玻璃纖維層,厚度為0.2?2mm。
[0055]進一步的,玻璃纖維層厚度為0.l_2mm。玻璃纖維有序分布在碳纖維的周邊。
[0056]由于采用了上述技術(shù)方案,與現(xiàn)有技術(shù)相比,本發(fā)明的有益效果包括:
[0057]1.本發(fā)明的纖維增強樹脂基復(fù)合材料芯的樹脂采用熱固性樹脂,熱固性樹脂在固化后,由于分子間交聯(lián),形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),因此剛性大、硬度高、耐溫高、不易燃、制品尺寸穩(wěn)定性好。
[0058]2.本發(fā)明的纖維增強樹脂基復(fù)合材料芯,因高強玻纖代替碳纖維,成本顯著降低,成本下降了 30%以上。
[0059]3.本發(fā)明的纖維增強樹脂基復(fù)合材料芯,因高強玻纖的加入,玻璃纖維的低模量特性,韌性顯著提高,復(fù)合芯韌性提高20?60%。
[0060]4.本發(fā)明的纖維增強樹脂基復(fù)合材料芯,內(nèi)部結(jié)構(gòu)更加均一,不易發(fā)生分層現(xiàn)象,傳統(tǒng)的復(fù)合芯內(nèi)層是碳纖維增強熱固性復(fù)合材料,外層是
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