[發(fā)明專利]基于無針刺無紡工藝替代金屬的纖維復合材料的制備方法

在審

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• 申請日: 2015-06-19
• 公開（公告）號: CN104943197A
• 公開（公告）日: 2015-09-30
• 發(fā)明（設計）人: 韓旭;毛建中;李凡;鐘志華
• 申請（專利權）人: 湖南大學
• 主分類號: B29C70/42
• 分類號: B29C70/42;B29C70/54
• 代理公司: 長沙星耀專利事務所 43205
• 代理人: 許伯嚴

技術領域

本發(fā)明屬于纖維復合材料的制備方法，具體涉及一種基于無針刺無紡工藝替代金屬的纖維復合材料的制備方法。

背景技術

采用纖維復合材料替代鋼材已在工業(yè)界廣泛應用，目前主要用碳纖維與樹脂復合制作替代鋼材的復合材料，而用碳纖維復合材料生產(chǎn)工藝存在以下幾個問題：

1.生產(chǎn)成本高，即使是低端用于民用的碳纖維也要20-40萬/噸；

2.能耗高，碳纖維需先生成化纖，再在高溫和真空環(huán)境中碳化成碳纖，由于我國是煤消耗能源大國，所以大規(guī)模使用碳纖維對環(huán)境壓力很大；

3.效率低：碳纖維復合材料紡織成布后，逐層平鋪采用靠模法定型，生產(chǎn)效率很低；

4.承載能力異性：碳纖維在平鋪中厚度方向無纖維增強，因此碳纖有很好的抗拉能力，但抗剪能力不突出。

由于碳纖維無法用普通無紡工藝進行生產(chǎn)，主要是由于碳纖太脆，無法完成一般無紡設備的針刺過程，故無紡纖維的優(yōu)勢一直未被機械行業(yè)所認識，鮮有采用無紡纖維制備替代鋼材的復合材料的報道。也有用纖維（如玻纖與樹脂復合做復合材料，但采用的是先紡織成布料再復合，其未被用于無紡工藝，也是由于脆性太大），而一直以來纖維無紡工藝應用屬于紡織行業(yè)，紡織行業(yè)與機械工程之間存在巨大技術鴻溝，也導致無紡纖維的工藝的有些特性未被機械領域所認識。

?發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術的不足，提供一種成本低、節(jié)能降耗的基于無針刺無紡工藝替代金屬的纖維復合材料的制備方法，用該方法制備的纖維復合材料具有較高的機械強度。

為實現(xiàn)本發(fā)明目的采用的技術方案如下：

基于無針刺無紡工藝替代金屬的纖維復合材料的制備方法，包括以下步驟：

1、采用抗拉強度大于800MPa的高強纖維作為原料，按無紡布生產(chǎn)流程完成開松、梳理工序，但不進行針刺，使纖維進行良好的混合且處于蓬松狀態(tài)；成為蓬松狀態(tài)的無紡纖維；

2、采用干法：將蓬松狀態(tài)的無紡纖維塞入模具的模腔內(nèi)并模壓（擠壓或沖壓）定形；

3、在真空環(huán)境下向模腔內(nèi)注入強度大于40MPa的樹脂，加熱固化定型成工件（對于不同的樹脂，可以采用相應公知的固化條件）。

本發(fā)明的另一種制備方法，包括以下步驟：

1、采用抗拉強度大于800MPa的高強纖維作為原料，按無紡布生產(chǎn)流程完成開松、梳理工序，制成所需厚度的無紡布；

2、采用濕法：將無紡布先浸于強度大于40MPa的樹脂中，待樹脂浸透后取出，再置于模具中擠壓成型，加熱固化定型；

3、將工件從模具內(nèi)取出，采用水切割工藝對工件的壓邊或局部進行修整，得成品。

所述高強纖維的抗拉強度大于2.0GPa，以增加工件的結(jié)構強度。

所述無紡布生產(chǎn)流程中在梳理之后增加鋪網(wǎng)工序，以便于后續(xù)工序中纖維定形。

由于未針刺的無紡布蓬松度高，高度方向的纖維交織性能比針織的稍差，用濕法生產(chǎn)時成品的機械性能要較干法好。

本發(fā)明的有益效果：

本發(fā)明采用高強化纖與高強樹脂基復合，化纖采用無紡模式，它具體有以下優(yōu)點：

1.成本低：我國是化纖生產(chǎn)大國，某些高端化纖如（維尼綸、芳綸等）只有1.8-2萬元/噸，其強度和模量已達到了低端碳纖的水平。

2.能耗低：無真空高溫碳化過程，尤其維尼綸不需要石油生產(chǎn)，采用石灰石作原料很適合國情。

3.采用無紡工藝效率高：無需逐層平鋪，采用模具一次壓成，其纖維含量可根據(jù)要求自由調(diào)節(jié)。

4.由于無紡布存在厚度方向交織，故所制構件抗剪和抗沖擊能力較強（但低于有針刺工藝）。

5.由于化纖具有一定的彈韌性，故在發(fā)生破壞時，不像碳纖制品會因脆裂而產(chǎn)生二次污染與傷害。

6.無針刺無紡纖維具有最大的優(yōu)勢是：所有纖維梳理都處在蓬松狀態(tài)，?理論上可以在體積量無限滿足構件需求，這樣可以很方便制造出體積大、高厚度的構件。

采用本發(fā)明方法所制備的測試樣件已經(jīng)達到抗拉強度478MPa，是低合金鋼的水平，且如果對樹脂與化纖作一定優(yōu)化，則完全可能獲得更高的機械強度，故采用基于化纖的無紡布復合材料具有可替代鋼材的能力和條件。????

下面結(jié)合附圖進一步說明本發(fā)明的技術方案。

附圖說明

圖1是本發(fā)明方法采用干法制備懸架擺臂的示意圖。

圖2是本發(fā)明方法采用干法制備的某型減速器箱蓋示意圖。

圖3是本發(fā)明方法采用濕法制備懸架擺臂的示意圖。

圖4是本發(fā)明方法采用濕法制備的火車軸示意圖。