CN106945305A - 纤维增强复合材料制备方法及纤维增强复合材料 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了纤维增强复合材料制备方法，其包括以下步骤：S1、在热压机中的模具上涂抹脱模蜡/脱模剂；S2、在所述模具中依次放置一层脱模布、至少两层纤维增强预浸带以及一层脱模布；S3、设置热压机工艺参数并启动热压机，所述热压机中的模具合模后到达预设温度后进行保温，并在所述预设温度下进行保压，最后以预设冷却速率进行冷却得到所述纤维增强复合材料；通过热压机实现所述纤维预浸带的热模压成型，从而使得该复合材料的内部组织均匀且拉伸应力分布均匀，且力学性能高；同时，在热模压之前对所述模具进行涂刷脱模剂或脱模蜡，并上、下铺设所述脱模布，使得成型后的复合材料容易脱模。

Description

纤维增强复合材料制备方法及纤维增强复合材料
技术领域
本发明涉及一种复合材料领域，具体地说，涉及一种纤维增强复合材料制备方法以及纤维增强复合材料。
背景技术
中国汽车保有量到2020年预计将达到2亿辆，汽车尾气的排放是造成空气污染的一个主要来源，而燃油车减重10%，会使得燃油消耗和CO2排放分别降低7%和13%，那么实现汽车轻量化是一个必然趋势。目前汽车车身采用的为铝合金和高强钢，高强钢的密度为7.8g/cm3,抗拉强度为340~2100MPa，比强度为0.04~0.27；高强铝合金的密度为2.7g/cm3,抗拉强度为144~650MPa，比强度为0.05~0.23。玻璃纤维增强复合材料中的E-玻璃纤维的密度为2.54g/cm3,抗拉强度为3100~3800MPa，比强度为12.6~15，因此，采用纤维增强复合材料去局部代替汽车上的零部件，可以达到实现汽车轻量化的目的。
我国在纤维增强复合材料方面起步较晚，落后国外发达国家。国内对纤维增强热塑性复合材料的增强机理、微观结构、破坏模式等方面研究的不够深入。
发明内容
为此，本发明提供一种抗拉、抗弯、组织均匀的纤维增强复合材料制备方法及纤维增强复合材料。
为解决上述技术问题，本发明的纤维增强复合材料制备方法，其包括以下步骤：
S1、在热压机中的模具上涂抹脱模蜡/脱模剂；
S2、在所述模具中依次放置一层脱模布、至少两层纤维预浸带以及一层脱模布；
S3、设置热压机工艺参数并启动热压机，所述热压机中的模具到达预设温度后进行保温，并在所述预设温度下进行保压，最后以预设冷却速率进行冷却得到所述纤维增强复合材料。
在步骤S1中，在所述模具的水平方向上涂刷所述脱模剂，在所述模具的竖直方向上涂刷所述脱模蜡。
在步骤S3中，所述预设温度设为160℃～320℃。
在步骤S3中，保温时间T1设为1～10min。
在步骤S3中，保压压力设为0.2～10MPa。
在步骤S3中，保压时间T2设为0.5～10min。
在步骤S3中，预设冷却速率为0.2℃/min～150℃/min。
所述纤维预浸带设为玻璃纤维增强聚丙烯预浸带织物和/或碳纤维增强聚丙烯预浸带织物和/或芳纶纤维增强聚丙烯预浸带织物。
所述玻璃纤维增强聚丙烯预浸带织物和/或碳纤维增强聚丙烯预浸带织物和/或芳纶纤维增强聚丙烯预浸带织物的形态设为斜纹1/1或斜纹2/2或斜纹3/3或斜纹4/4或平纹0°/90°或单向。
纤维增强复合材料，该纤维增强复合材料采用如上所述的制备方法制成。
本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：
在本发明中，通过热压机采用热模压的方法实现所述纤维预浸带的复合成型，从而使得该复合材料的内部组织均匀且拉伸应力分布均匀，且力学性能高；同时，在热模压之前对所述模具进行涂刷脱模剂或脱模蜡，并上、下铺设所述脱模布，使得成型后的复合材料容易脱模。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明的实施例1所述的玻璃纤维增强聚丙烯复合材料拉伸应变云图；
图2是本发明的实施例7所述的玻璃纤维增强聚丙烯复合材料拉伸断裂后超景深形貌图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
本实施例的纤维增强复合材料制备方法，其包括其包括以下步骤：
S1、在热压机中的模具上涂抹脱模蜡/脱模剂；
S2、在所述模具中依次放置一层脱模布、至少两层纤维预浸带以及一层脱模布；
S3、设置热压机工艺参数并启动热压机，所述热压机中的模具到达预设温度后进行保温，并在所述预设温度下进行保压，最后以预设冷却速率进行冷却得到所述纤维增强复合材料。
在本实施例中，通过热压机采用热模压的方法实现所述纤维预浸带的复合成型，从而使得该复合材料的内部组织均匀且拉伸应力分布均匀，且力学性能高；同时，在热模压之前对所述模具进行涂刷脱模剂或脱模蜡，并上、下铺设所述脱模布，使得成型后的复合材料容易脱模。
作为优选的实施方式，在步骤S1中，在所述模具的水平方向上涂刷所述脱模剂，在所述模具的竖直方向上涂刷所述脱模蜡；由于所述纤维预浸带是采用热模压的方法成型，因此其在成型过程中受压后可能产生的基体流动会使基体向模具竖直方向移动，而涂刷在所述模具的竖直方向上的所述脱模蜡在高温状态下能形成更好的隔离层，从而使得制成型后的所述复合材料容易脱模。在本实施例中，优选所述脱模剂为XTEND832脱模剂，所述脱模蜡设为8号脱模蜡；同时，优选所述脱模布为PI脱模布；当然，作为可变换的实施方式，可以将所述脱模剂设为其他脱模剂，将所述脱模蜡设为其他脱模蜡，将所述脱模布设为其他脱模布。
进一步，在上述实施例的基础上，在步骤S3中，所述预设温度设为160℃～320℃，保温时间T1设为1～10min，保压压力设为0.2～10MPa，保压时间T2设为0.5～10min，预设冷却速率为0.2℃/min～150℃/min。作为优选的实施方式，本实施例中，所述预设温度设为200℃，所述保温时间设为7min，所述保压压力设为0.7MPa，所述保压时间设为3min，所述预设冷却速率设为0.6℃/min，如此工艺参数下制得的玻璃纤维增强聚丙烯复合材料的拉伸应变云图如图1所示。
在本实施例中，所述纤维预浸带设为玻璃纤维增强聚丙烯预浸带织物和/或碳纤维增强聚丙烯预浸带织物和/或芳纶纤维增强聚丙烯预浸带织物；即该织物的纤维设为玻璃纤维，该织物的基体树脂设为聚丙烯，所述玻璃纤维和所述基体树脂之间具有良好的浸润性。
所述玻璃纤维增强聚丙烯预浸带织物和/或碳纤维增强聚丙烯预浸带织物和/或芳纶纤维增强聚丙烯预浸带织物的形态设为斜纹1/1或斜纹2/2或斜纹3/3或斜纹4/4或平纹0°/90°或单向；在本实施例中，优选所述玻璃纤维增强聚丙烯预浸带织物和/或碳纤维增强聚丙烯预浸带织物和/或芳纶纤维增强聚丙烯预浸带织物的形态为斜纹2/2。
实施例2
作为可变换的实施方式，本实施例与实施例1的不同之处在于：本实施例中，所述预设温度设为200℃，所述保温时间设为7min，所述保压压力设为5MPa，所述保压时间设为7min，所述预设冷却速率设为1℃/min。
在本实施例中，优选所述玻璃纤维增强聚丙烯预浸带织物和/或碳纤维增强聚丙烯预浸带织物和/或芳纶纤维增强聚丙烯预浸带织物的形态为斜纹2/2。
实施例3
作为可变换的实施方式，本实施例与实施例1的不同之处在于：本实施例中，所述预设温度设为160℃，所述保温时间设为10min，所述保压压力设为10MPa，所述保压时间设为0.5min，所述预设冷却速率设为70℃/min。
在本实施例中，优选所述玻璃纤维增强聚丙烯预浸带织物和/或碳纤维增强聚丙烯预浸带织物和/或芳纶纤维增强聚丙烯预浸带织物的形态为斜纹3/3。
实施例4
作为可变换的实施方式，本实施例与实施例1的不同之处在于：本实施例中，所述预设温度设为320℃，所述保温时间设为1min，所述保压压力设为0.2MPa，所述保压时间设为10min，所述预设冷却速率设为45℃/min。
在本实施例中，优选所述玻璃纤维增强聚丙烯预浸带织物和/或碳纤维增强聚丙烯预浸带织物和/或芳纶纤维增强聚丙烯预浸带织物的形态为斜纹4/4。
实施例5
作为可变换的实施方式，本实施例与实施例1的不同之处在于：本实施例中，所述预设温度设为250℃，所述保温时间设为5min，所述保压压力设为3MPa，所述保压时间设为8min，所述预设冷却速率设为125℃/min。
在本实施例中，优选所述玻璃纤维增强聚丙烯预浸带织物和/或碳纤维增强聚丙烯预浸带织物和/或芳纶纤维增强聚丙烯预浸带织物的形态为平纹0°/90°。
实施例6
作为可变换的实施方式，本实施例与实施例1的不同之处在于：本实施例中，所述预设温度设为300℃，所述保温时间设为2min，所述保压压力设为6.4MPa，所述保压时间设为6min，所述预设冷却速率设为32℃/min。
在本实施例中，优选所述玻璃纤维增强聚丙烯预浸带织物和/或碳纤维增强聚丙烯预浸带织物和/或芳纶纤维增强聚丙烯预浸带织物的形态为单向。
实施例7
纤维增强复合材料，该纤维增强复合材料采用如实施例1-6中任一项所述的制备方法制成。
在本实施例，所述纤维增加复合材料的原材料设为玻璃纤维增强聚丙烯预浸带织物和/或碳纤维增强聚丙烯预浸带织物和/或芳纶纤维增强聚丙烯预浸带织物，所述玻璃纤维增强聚丙烯预浸带织物和/或碳纤维增强聚丙烯预浸带织物和/或芳纶纤维增强聚丙烯预浸带织物在实施例1-6中任一项所述制备方法下制得相应的复合材料。
如图2所示，采用上述方法制得的厚度为1.5mm的玻璃纤维增强聚丙烯复合材料的抗弯强度130MPa、抗拉强度设为225MPa，拉伸断裂后的超景深显微镜照片如图2所示，从图中可以看出，拔出后的玻璃纤维表面残留很多树脂基体的碎屑，说明玻璃纤维和基体树脂之间的浸润性很好。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.纤维增强复合材料制备方法，其特征在于，其包括以下步骤：
S1、在热压机中的模具上涂抹脱模蜡/脱模剂；
S2、在所述模具中依次放置一层脱模布、至少两层纤维预浸带以及一层脱模布；
S3、设置热压机工艺参数并启动热压机，所述热压机中的模具合模后到达预设温度后进行保温，并在所述预设温度下进行保压，最后以预设冷却速率进行冷却得到所述纤维增强复合材料。
2.根据权利要求1所述的纤维增强复合材料制备方法，其特征在于：在步骤S1中，在所述模具的水平方向上涂刷所述脱模剂，在所述模具的竖直方向上涂刷所述脱模蜡。
3.根据权利要求1所述的纤维增强复合材料制备方法，其特征在于：在步骤S3中，所述预设温度设为160℃～320℃。
4.根据权利要求3所述的纤维增强复合材料制备方法，其特征在于：在步骤S3中，保温时间T1设为1～10min。
5.根据权利要求1所述的纤维增强复合材料制备方法，其特征在于：在步骤S3中，保压压力设为0.2～10MPa。
6.根据权利要求5所述的纤维增强复合材料制备方法，其特征在于：在步骤S3中，保压时间T2设为0.5～10min。
7.根据权利要求1所述的纤维增强复合材料制备方法，其特征在于：在步骤S3中，预设冷却速率为0.2℃/min～150℃/min。
8.根据权利要求1所述的纤维增强复合材料制备方法，其特征在于：所述纤维预浸带设为玻璃纤维增强聚丙烯预浸带织物和/或碳纤维增强聚丙烯预浸带织物和/或芳纶纤维增强聚丙烯预浸带织物。
9.根据权利要求8所述的纤维增强复合材料制备方法，其特征在于：所述玻璃纤维增强聚丙烯预浸带织物和/或碳纤维增强聚丙烯预浸带织物和/或芳纶纤维增强聚丙烯预浸带织物的形态设为斜纹1/1或斜纹2/2或斜纹3/3或斜纹4/4或平纹0°/90°或单向。
10.纤维增强复合材料，其特征在于：该纤维增强复合材料采用权利要求1-9中任一项所述的制备方法制成。
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