[發明專利]一種輕質高強的纖維復材制品采用HSM熱自膨脹預制芯材的兩步制備方法

有效

• 申請號: 201710891231.X
• 申請日: 2017-09-27
• 公開（公告）號: CN107487003B
• 公開（公告）日: 2019-09-10
• 發明（設計）人: 蔡錦云;謝容泉;李衛平;官江全;李步龍
• 申請（專利權）人: 廈門市豪爾新材料股份有限公司
• 主分類號: B29C70/34
• 分類號: B29C70/34;B29B11/12;B29B11/14
• 代理公司: 廈門市精誠新創知識產權代理有限公司 35218
• 代理人: 姜成康

技術領域

本發明涉及纖維復材成型領域，尤其涉及一種輕質高強的纖維復材制品采用HSM熱自膨脹預制芯材的兩步制備方法。

背景技術

傳統的纖維復材制品的制備方法，有如下幾種；

其一，手糊工藝，在一個大氣壓環境下，存在問題，手糊樹脂多為溶劑型，氣味重不環保，不利于操作工人身體健康，需要較長的室溫固化生產周期，基本處于淘汰狀態；

其二，芯材模壓工藝，制品在成型時的壓力來自外部壓機，即采用硬質泡沫芯材外包膠結層然后再外包裹纖維預浸布預型好，其中所用的硬質泡沫材料有PMI,PU,PVC,巴沙木等需要先經過CNC切割成預先形狀芯材,放入模腔內，加熱加壓，樹脂固化成型獲得制品，效率較高，存在的問題：1、工序復雜硬質泡沫芯材需要預先CNC切割，增加設備投入，2、泡沫芯材與纖維預浸布之間必須額外加入膠結層，增加物料成本，3、由于受力不均，難以獲得優良的制品外觀；4、芯材在模壓成型過程中不存在由內向外的膨脹力因此纖維的層間結合力不佳，結合不均一，容易脫層造成制品的整體強度下降；5、大尺寸的工件，需要大型噸位的壓機，設備投入大，不利于普及。

其三，尼龍風管吹氣熱壓成型，即將纖維預浸布包裹在尼龍風管的外部，將包裹的制品放入模腔，合模加熱的同時進行吹氣，使制品膨脹充滿模腔，同時樹脂固化，冷卻開模取出制品。存在問題，1、吹氣熱壓成型，在該行業存在由于漏氣產生的3-5％的不良率；2、需要吹氣設備的投入；3、纖維預浸布包裹高能膠獲得的預制品由于非立體支撐結構導致制品尺寸難以穩定控制，容易產生最終制品內纖維鋪層錯位等不良率現象；4、屬于間歇式生產作業方式，生產效率低下；5、受到風管形狀的限制復雜制品難以適用。

中國專利CN103146216B公開了一種高能膠制品、制備方法及其用途，簡述之，公開了一種加熱膨脹的片材或者膜材，采用涂布方法獲得，可以用來替代尼龍風管的模式，將碳布包裹在外面，放入模具并合緊模具中加熱即可成型。或者直接用纖維預浸布包裹片材高能膠，然后加熱膨脹成型一步法。存在如下問題：

1、片狀的高能膠在包碳布預型時僅適合制備2D效果的制品；2、預型的制品的尺寸精度控制不準確，不良率較高；3、制品的厚度超過1cm，碳布預型的尺寸和成型后的尺寸差異較大，會造成在膨脹成型的過程中纖維被膨脹力拉扯，產生應力集中，制品內部的層間結合力不一致，尤其是復雜的厚制品品質不可控。

發明內容

為解決上述問題，本發明的目的在于提供一種更加適合制品厚度超過1cm的復雜立體形狀制品的兩步制備方法。其中HSM為Heat Self Molding的縮寫。

為實現上述目的，本發明提供一種輕質高強的纖維復材制品采用HSM熱自膨脹預制芯材的兩步制備方法，其特征在于，

預型芯材的制備：可塑形預型的熱自膨脹高能膠，放入制品芯材模具并合緊模具，溫度在80-100℃，加熱3-30分鐘，微膨脹，其中微膨脹前后的體積倍率范圍為1.01-1.5，充滿模腔，冷卻，獲得預型芯材；

在上述預型芯材外部再包裹纖維預浸布獲得復材預制體；

放入成型模具并合緊模具，120-180℃加熱10-60分鐘；復材預制體內的可塑形預型的熱自膨脹高能膠繼續受熱產生由內到外的膨脹力,纖維預浸布高溫固化成型；

冷卻脫模取件即得纖維復材制品。

進一步，所述可塑形預型的熱自膨脹高能膠的再膨脹強度≤純復材制品在1％形變下的抗變形強度。

進一步，所述可塑形預型的熱自膨脹高能膠是指在一定溫度范圍內可以啟動膨脹的可塑熱固高分子組合物，在80-100℃啟動膨脹初期，輕微膨脹前后體積倍率為1.01-1.5倍，加熱時間5-30分鐘，膨脹壓力0.05-0.2MPa；在120-180℃最佳膨脹溫度，加熱時間5-60分鐘，膨脹前后體積倍率為1.01-1.5倍，膨脹壓力0.1-20MPa。

進一步，所述纖維預浸布是碳纖維預浸布、玻璃纖維預浸布或者芳綸預浸布。

進一步，所述纖維復材制品為板材，管材。

所述微膨脹前后的體積倍率為膨脹后的體積/膨脹前的體積。

芯材模具和成型模具的區別在于，芯材模具的容積/成型模具的容積＝90％-99％，芯材模具的整體容積略小于成型模具，剩余的空間用于包裹纖維預浸布。