[發明專利]一種連續纖維增強熱塑性樹脂基復合材料的成型方法

有效

• 申請號: 201410116105.3
• 申請日: 2014-03-26
• 公開（公告）號: CN103817956A
• 公開（公告）日: 2014-05-28
• 發明（設計）人: 焦莎;趙國盟;何建平;張曉玲;于建政;鄭曉冬
• 申請（專利權）人: 航天精工股份有限公司
• 主分類號: B29C70/48
• 分類號: B29C70/48;B29C70/54
• 代理公司: 天津濱海科緯知識產權代理有限公司 12211
• 代理人: 李震勇

技術領域

本發明創造涉及材料制備技術領域，涉及一種復合材料的成型方法。

背景技術

隨著材料科學技術的發展，復合材料制備技術成為當今世界研究的熱點之一。目前國內制備連續纖維增強熱塑性樹脂基復合材料的方法有拉擠成型法、輥軋法、擠出法、粉末模壓法、纏繞法等，這些方法各有優缺點，然而這些方法存在的共同局限性是成型的復合材料只能是片材、帶材或管材，無法成型實心棒材。

并且，現有的成型方法很難滿足增強纖維與基體樹脂均勻分布和基體樹脂對增強纖維完全浸漬的要求，中國專利CN101259752提供的復合材料成型方法中采用纖維層置于模具腔后再加入樹脂的方式來實現樹脂浸潤纖維，這種方式獲得的復合材料中連續纖維呈層狀分布，纖維層間的結合強度相對較弱，這就使得復合材料在一定載荷下，容易從纖維層間剝離破壞，使其強度大大降低。

復合材料實心棒材可應用于復合材料細長桿件、緊固件等零部件的制造，具有巨大的應用價值，因此需要一種連續纖維增強熱塑性樹脂基復合材料實心棒材的成型方法。

發明內容

本發明創造要解決的問題是提供一種連續纖維增強熱塑性樹脂基復合材料實心棒材的成型方法，且實現連續纖維在實心棒材的截面的均勻分布。

為解決上述技術問題，本發明創造采用的技術方案是：一種連續纖維增強熱塑性樹脂基復合材料的成型方法，包括以下步驟：

S1.預編織復合絲：將熱塑性樹脂單絲與連續纖維絲束的外層纖維絲編織，形成樹脂單絲包裹連續纖維絲束的復合絲，然后將所述復合絲截成絲段；

S2.投放絲段入模具：根據復合材料制品所需的密度和體積，稱取一定質量的所述絲段放入模壓復合材料的模具腔中，所述模具包括為壓制復合材料提供壓力的陽模和用于成型特定橫截面形狀棒材的陰模，將所述絲段投放入所述陰模中，合上陽模；

S3.加熱后模壓：將裝配后的模具置于加熱套中加熱至樹脂熔化，樹脂完全熔化后用壓力機壓頭將所述陽模壓入所述陰模；

S4.脫模：模壓至所需規格尺寸后停止加熱并保持模壓的壓力，冷卻至樹脂硬固后解除壓力，然后脫模。

其中，S1中樹脂單絲的數量根據復合材料中所需的樹脂與連續纖維的比例確定。可通過調整樹脂單絲和連續纖維束的編織密度來控制復合材料中樹脂和連續纖維的比例。

其中，S1中所述的絲段長度與復合材料制品的尺寸成正比，即尺寸越小的制品所需的絲段長度越短，尺寸越大的制品所需的絲段長度越長。

進一步，在確定了S1中樹脂和連續纖維比例的前提下，S2中所述絲段的質量等于所要生產的復合材料制品的密度乘以其體積，再加上3%～5%的揮發物、毛刺的損耗。

其中，S3中的加熱溫度根據所采用的熱塑性樹脂的固有屬性來確定，對于溶化后黏度較大的熱塑性樹脂，最高加熱溫度設置為該樹脂熔點以上25℃～40℃，S3中的加熱溫度從室溫逐步上升至所述樹脂熔點以上25℃～40℃，并在所述樹脂熔點以上25℃～40℃保溫至樹脂完全熔化。

其中，在確定了成型復合材料的密度和體積規格的前提下，S3中壓力機壓頭在2S-4S內模壓復合材料至所需規格尺寸，并保壓至樹脂硬固。

進一步，S3中的模壓為快速模壓，即壓力機壓頭在2S～4S內將陽模壓入陰模，這個過程中產生的揮發性氣體勢必會造成復合材料制品中產生氣泡、分層等缺陷，因此S2中放入絲段之前，在模具腔壁上設置排氣凹槽或排氣孔。

通過以上步驟，采用預先編織的方法將連續纖維絲束和樹脂單絲混編為復合絲，并將截出的絲段投放入模具腔中，加熱至樹脂熔化，熔化后的樹脂浸潤其周圍的連續纖維，因此可實現樹脂和連續纖維較好地浸潤結合，加熱后的復合材料在陽模的壓力下，成型為陰模模腔形狀的實心棒材。

加熱后模壓的過程中，連續纖維的的結構和性能未發生質的變化，而樹脂基體則在高溫下熔化為粘流狀態，在壓力作用下粘裹著連續纖維流動直至填滿模具腔，此過程中，樹脂和連續纖維得以良好的浸潤結合，且復合材料可根據模腔形狀一次成型為特定橫截面形狀的實心棒材。

本發明創造具有的優點和積極效果是：

1.預先編織復合絲，并截取絲段放入模具腔中，之后采用先加熱后模壓的方式將復合絲的絲段壓制成實心棒材，在此過程中樹脂基體和連續纖維得以較好地浸潤結合，且模具可設計出不同形狀的腔型，從而能成型特定橫截面形狀的實心棒材。

2.在S1中可精確地控制樹脂和連續纖維在復合材料中的比例。

3.樹脂基體和連續纖維結合緊密，連續纖維在復合材料中均勻分布，避免了明顯的纖維分層問題，所得的復合材料制品強度大大提升。