[發(fā)明專利]一種超高纖維含量3D機織防彈復合材料的RTM模具設計與制備方法

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• 申請日: 2021-03-18
• 公開（公告）號: CN112873910A
• 公開（公告）日: 2021-06-01
• 發(fā)明（設計）人: 史曉平;張國利;陳光偉;張策;張麗青;陳利
• 申請（專利權）人: 天津工業(yè)大學
• 主分類號: B29C70/48
• 分類號: B29C70/48;B29C33/30
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明公開了一種超高纖維含量3D機織防彈復合材料的RTM模具設計與制備方法。本發(fā)明涉及復合材料制備與機械設計領域。由于3D機織物的整體結構，其纖維體積含量低于同等經(jīng)密和緯密的UD、2D織物；RTM復合材料制備是在高壓下將樹脂注入裝有預制體的封閉模腔中，纖維體積含量高，樹脂流動受阻，會造成復合材料出現(xiàn)干斑、氣泡等缺陷。本發(fā)明針對上述問題，提出了一種超高纖維含量3D機織防彈復合材料的RTM模具設計與制備方法，模具包括活塞塊、膠條壓板、邊框、底板和限位塊。不僅實現(xiàn)了復合材料的纖維含量的精確調控，還實現(xiàn)了高壓動密封，及低壓下快速充分注膠，高壓下排出氣泡和多余樹脂。既可生產(chǎn)超高纖維含量復合材料，又提高了生產(chǎn)效率。

技術領域

本發(fā)明涉及3D機織預制體、樹脂、復合材料、機械設計加工等領域，具體涉及一種超高纖維含量3D機織防彈復合材料的RTM模具設計與制備方法，可以用于制備超高纖維體積含量的3D機織預制體增強的RTM防彈復合材料，為高纖維含量3D機織復合材料在防彈領域的應用提供制備方法和技術。

背景技術

防彈復合材料作為能量吸收型材料，與金屬、陶瓷等分解能量型材料有很大的差異。高性能纖維增強防彈復合材料能夠通過材料自身變形和破壞，將子彈或破片的能量耗散掉而減少跳彈等對人體的二次傷害。由于高性能纖維的力學性能遠遠高于樹脂基體，因此，防彈復合材料對纖維含量提出了很高的要求。但是，3D預制體特別是3D機織預制體，由于其特殊的結構，其預制體纖維體積含量較同等經(jīng)緯密的UD、2D材料還有很大的差距。

RTM復合材料制備方法是將樹脂和固化劑按比例混合后，高壓注入裝有預制體的模具腔體中。因此，預制體纖維體積含量過高會對注膠產(chǎn)生不利影響，一方面會引起注膠不充分，另一方面還會延長注膠時間，大大降低了生產(chǎn)效率。

RTM復合材料制備過程中，注膠壓力越大，對模具密封性能提出的要求越高。模具密封不高，可能會局部漏氣，形成樹脂通道，會造成部分區(qū)域富樹脂，部分區(qū)域出現(xiàn)干斑的情況，大大降低了復合材料的性能。

復合材料制備的精度既包括產(chǎn)品的尺寸參數(shù)，還包括產(chǎn)品纖維含量等。由于復合材料制備過程的溫度變化以及化學變化，材料會發(fā)生不同程度的伸縮變形，造成實際產(chǎn)品與設計參數(shù)存在出入，因此需要提高制品的精度，實現(xiàn)制品參數(shù)的精確控制。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有3D機織防彈復合材料中，纖維體積含量低的問題，生產(chǎn)效率低等問題，本發(fā)明旨在解決上述技術中存在的問題，從而提出一種超高纖維含量3D機織防彈復合材料的RTM模具設計與制備方法。該方法可操作性強，可實現(xiàn)纖維體積含量為65％-90％的3D機織復合材料的制備。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的技術方案為：一種超高纖維含量3D機織防彈復合材料的RTM模具設計與制備方法，該方法借助于大噸位的熱壓臺，模具包括活塞塊、膠條壓板、邊框、底板和限位塊五部分，模腔尺寸調控模塊由活塞裝置和限位裝置組成。該方法是在低纖維含量下注膠，注膠完成后再借助于熱壓臺，通過模腔尺寸調控模塊，最終制得所需要參數(shù)的3D紡織復合材料。這種低纖維含量下注膠的方法以及大型熱壓臺的使用，大大提高了生產(chǎn)效率。

為實現(xiàn)模腔尺寸的精確調控以及RTM方法注膠，本發(fā)明提出的一種超高纖維含量3D機織防彈復合材料的RTM模具設計與制備方法，實現(xiàn)了高壓動密封，耐壓程度可達3MPa。所述模具的模腔高度可以調節(jié)，通過選擇相應的限位裝置，可以實現(xiàn)復合材料厚度的精確控制，控制范圍可達2-6mm。

模腔上表面為模腔尺寸調控模塊中的活塞裝置，活塞截面尺寸與制件尺寸一致。

為提高制件進度和模具耐久性，模腔側面設計為整體結構。

模腔尺寸調控模塊的活塞裝置與側邊框之間加裝截面積大于100mm²的圓形或方形密封條，使活塞塊與側邊框之間實現(xiàn)高壓動密封，耐壓程度可達3MPa。