[發(fā)明專利]一種混雜纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合結(jié)構(gòu)快速成型的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011519358.7
• 申請(qǐng)日: 2020-12-21
• 公開（公告）號(hào): CN112848389B
• 公開（公告）日: 2022-06-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 翟瞻宇;陳超;符亮;丁玉棟;蔣炳炎
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中南大學(xué)
• 主分類號(hào): B29C70/36
• 分類號(hào): B29C70/36;B29C70/54
• 代理公司: 長(zhǎng)沙軒榮專利代理有限公司 43235
• 代理人: 叢詩洋

本發(fā)明提供了一種混雜纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合結(jié)構(gòu)快速成型的方法。該方法采用注塑?壓縮成型工藝和快速變模溫技術(shù)，通過模具初次合模將纖維編織布固定在注塑模具型腔中，并形成預(yù)留浸漬間隙；打開快速變模溫系統(tǒng)，將型腔中的纖維編織布加熱至熱塑性樹脂熔融溫度以上，注射短纖維增強(qiáng)的熱塑性樹脂熔體至預(yù)留浸漬間隙后，進(jìn)行二次合模，完成熔融樹脂對(duì)纖維編織布厚度方向的充分浸漬及其表面特征結(jié)構(gòu)的注射成型，然后保壓、冷卻，得到復(fù)合結(jié)構(gòu)。本發(fā)明一步成型同時(shí)具有連續(xù)纖維和短纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合結(jié)構(gòu)，極大的縮短成型周期及附加生產(chǎn)工序，提高了生產(chǎn)效率。該方法在航空航天、軌道交通和汽車工業(yè)等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及復(fù)合材料復(fù)雜結(jié)構(gòu)件一體化成型方法，特別涉及一種混雜纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合結(jié)構(gòu)快速成型的方法。

背景技術(shù)

節(jié)能、環(huán)保是當(dāng)前工業(yè)發(fā)展的普遍問題，較少能源消耗和降低排放已經(jīng)成為制造業(yè)發(fā)展的急需解決的問題，尤其在航空航天、軌道交通、汽車工業(yè)等領(lǐng)域。以汽車為例，質(zhì)量每降低10％，燃油消耗可減少7～8％，二氧化碳排出可降低6～7％，其他有害氣體排出可降低3～4％。輕量化發(fā)展已經(jīng)成為全球制造業(yè)發(fā)展的潮流。

纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料具有質(zhì)量輕、比強(qiáng)度高、易加工和可回收等優(yōu)點(diǎn)，越來越多的應(yīng)用在汽車、航空航天等領(lǐng)域的承載結(jié)構(gòu)件。由于輕量化結(jié)構(gòu)件服役工況不同、結(jié)構(gòu)形狀不一，單一復(fù)合材料往往無法最大程度的滿足設(shè)計(jì)的多方面要求。為了最大程度的實(shí)現(xiàn)輕量化的同時(shí)兼顧成本和結(jié)構(gòu)性能，混雜纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料復(fù)合結(jié)構(gòu)應(yīng)運(yùn)而生，該結(jié)構(gòu)中連續(xù)纖維增強(qiáng)的薄壁高強(qiáng)度部分作為主要承力件，而短纖維強(qiáng)特征結(jié)構(gòu)作為次承力件，起到連接與吸能作用。目前，混雜纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合結(jié)構(gòu)的制造需要兩個(gè)過程：(1)片材(預(yù)浸料)的制備。主要采用熱壓工藝、雙鋼壓帶機(jī)連續(xù)浸漬法、粉末浸漬法、薄膜疊層法和混纖法等工藝，制備連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料板，(2)復(fù)合結(jié)構(gòu)的成型。通過注射-熱壓成型工藝或者焊接等后處理方法制造熱塑性復(fù)合材料復(fù)合結(jié)構(gòu)。現(xiàn)有的制造工藝存在著工序繁瑣、成型周期長(zhǎng)和高附加能耗等問題。

因此，需要發(fā)明一種新型的混雜纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合結(jié)構(gòu)成型方法，以減少生產(chǎn)工序、提高加工效率和加工質(zhì)量、降低生產(chǎn)能耗，實(shí)現(xiàn)大批量自動(dòng)化生產(chǎn)。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷及改進(jìn)需求，本發(fā)明提供一種混雜纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合結(jié)構(gòu)快速成形方法，通過采用快速變模溫系統(tǒng)及注塑-壓縮成型工藝，同時(shí)成型連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料構(gòu)件及其表面結(jié)構(gòu)特征，實(shí)現(xiàn)了混雜纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合結(jié)構(gòu)一體化制造。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的實(shí)施例提供了一種混雜纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合結(jié)構(gòu)快速成型的方法，包括以下步驟：

步驟(a)，放置纖維布：

將纖維布裁剪、干燥、除塵后放置于注塑模具分型面；

步驟(b)，間隙浸漬階段：

進(jìn)行注塑模具初次合模，利用鎖模力將纖維布固定在注塑模具型腔中，并形成預(yù)留浸漬間隙；打開快速變模溫系統(tǒng)，根據(jù)熱塑性材料的熔點(diǎn)，設(shè)置加熱溫度和升溫速率，待型腔中的纖維布溫度升至設(shè)定溫度后，將短纖維增強(qiáng)熱塑性樹脂熔體注射至模具型腔與纖維布間的預(yù)留間隙；

步驟(c)，復(fù)合結(jié)構(gòu)成型階段：

將注塑模具進(jìn)行二次合模，利用注射-壓縮成型工藝實(shí)現(xiàn)纖維布在厚度方向的浸漬，同時(shí)成型表面結(jié)構(gòu)特征；

步驟(d)，保壓和冷卻：

關(guān)閉加熱系統(tǒng)，打開冷卻系統(tǒng)，按照設(shè)定的冷卻速率和脫模溫度冷卻注塑模具，同時(shí)進(jìn)行保壓；

步驟(e)，開模取件：

打開注塑模具，取下復(fù)合結(jié)構(gòu)，準(zhǔn)備下一個(gè)加工循環(huán)工序。

優(yōu)選地，所述步驟(b)中，加熱溫度為注塑材料熔融溫度的1.1到1.3倍。升溫速率為20～1000℃/min。