[發明專利]一種制備取向短纖維增強樹脂基復合材料的方法及裝置

有效

• 申請號: 201711033956.1
• 申請日: 2017-10-30
• 公開（公告）號: CN107662353B
• 公開（公告）日: 2019-08-30
• 發明（設計）人: 黃海鴻;劉威豪;張保玉;劉志峰
• 申請（專利權）人: 合肥工業大學
• 主分類號: B29C70/34
• 分類號: B29C70/34;B29C70/14
• 代理公司: 安徽省合肥新安專利代理有限責任公司 34101
• 代理人: 何梅生

1.一種制備取向短纖維增強樹脂基復合材料的方法，其特征是按如下步驟進行：

步驟1、備料

向攪拌裝置中依次投入固化劑和液態樹脂進行攪拌分散均勻，獲得復合液，所述復合液中固化劑的質量為液態樹脂質量的2％-20％；向攪拌裝置中添加稀釋劑進一步攪拌至液體粘度為0.1-20Pa.s，獲得稀釋后的復合液；再向攪拌裝置中加入短纖維并繼續攪拌10-20min，獲得短纖維混合液并導入儲液池，所述短纖維混合液中短纖維的添加量為稀釋后的復合液質量的1-60％；

步驟2、取向

將儲液池中的短纖維混合液泵送至取向裝置中，由取向裝置對短纖維混合液進行取向，獲得取向短纖維混合液；

步驟3、成型

a)鋪層設計

將所述取向短纖維混合液經導流管輸送至固定在三軸移動平臺Z軸上的出液噴頭中，由控制器控制Z軸的移動及設置在導流管上的電磁閥的開關，使取向短纖維混合液按Z軸的移動軌跡流到位于出液噴頭下方的模具中，并通過電磁閥控制出液噴頭的出液，實現對取向短纖維的編織與結構分布，獲得鋪放成型的取向短纖維混合液；

b)預成型

將帶有鋪放成型的取向短纖維混合液的模具經傳送帶傳送至控溫隧道中，在溫度為50-90℃的環境下加熱10-40min，獲得復合材料毛坯；

c)熱壓罐成型

將所述復合材料毛坯進行預處理后放入熱壓罐內，對熱壓罐加溫加壓至溫度為50-200℃、壓力為0.1-0.8MPa的成型條件，維持成型條件60-180min，使復合材料毛坯固化成型，獲得取向短纖維增強樹脂基復合材料。

2.根據權利要求1所述的制備取向短纖維增強樹脂基復合材料的方法，其特征是步驟1中：

所述液態樹脂為熱固性樹脂；

所述固化劑為雙氰胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺、間苯二甲胺、乙二胺中的一種或多種；

所述稀釋劑為丙酮或無水乙醇，所述纖維為碳纖維、玻璃纖維、天然纖維以及化學合成纖維的一種或多種；

所述短纖維的長度為1-200mm；

所述攪拌裝置的攪拌速度為300-1000r/min；

所述儲液池中設有風動振動器，用于降低短纖維混合液的含氣率并保持短纖維在溶液中均勻分散，所述風動振動器的振動頻率為1000-5000次/分，振幅為1-20mm。

3.根據權利要求2所述的制備取向短纖維增強樹脂基復合材料的方法，其特征是：所述液態樹脂為環氧樹脂、不飽和聚酯樹脂、乙烯酯樹脂、聚酰亞胺樹脂、熱固性酚醛樹脂的一種或多種。

4.根據權利要求1所述的制備取向短纖維增強樹脂基復合材料的方法，其特征是：所述取向裝置內設多個相互獨立且旋向一致的螺旋流道，通過電機驅動置于所述取向裝置中的光軸以100-1000r/min的轉速旋轉，實現對流經各螺旋流道內的短纖維混合液進行取向。

5.根據權利要求1所述的制備取向短纖維增強樹脂基復合材料的方法，其特征是：

步驟a)中，所述三軸移動平臺的X軸方向和Y軸方向可移動最大距離均為1500mm，Z軸方向可移動最大距離為500mm，三軸移動速度為8-15m/min；

步驟b)中，所述控溫隧道的長度為1-2m，控溫隧道內傳送帶持續運行，傳送帶運行速度為0.05-0.1m/min；

步驟c)中，對所述復合材料毛坯進行預處理，包括如下步驟：

ⅰ、將模具內腔上邊沿四周用擋膠條擋住，在復合材料毛坯上依次鋪放隔離膜與吸膠材料；

ⅱ、在模具上端設置密封膠條后鋪放真空薄膜，通過密封膠條與真空薄膜對模具內的復合材料毛坯進行密封；

ⅲ、在真空薄膜上設真空嘴，打開熱壓罐操作系統中的真空泵對模具內抽真空至-0.1MPa；

ⅳ、將模具置于工作臺上并推入熱壓罐內。

6.一種權利要求1所述制備取向短纖維增強樹脂基復合材料的裝置，其特征是：由備料單元、取向裝置(5)和成型單元構成；

所述備料單元用于對短纖維和稀釋后的復合液進行攪拌，獲得短纖維混合液并泵送至取向裝置(5)；

所述取向裝置(5)用于對短纖維混合液進行取向，獲得取向短纖維混合液；

所述成型單元用于接收取向短纖維混合液并依次對其進行鋪層設計、預成型及熱壓罐(11)成型，獲得取向短纖維增強樹脂基復合材料。