CN101767460B - 一种无树脂覆盖的三维正交机织复合材料的模塑成型方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种无树脂覆盖的三维正交机织复合材料的模塑成型方法，包括：根据复合材料预制件的大小，设计出软模具的尺寸，然后在玻璃板或塑料板上依次粘附胶状材料和塑料薄膜，最后在塑料薄膜上涂覆脱模剂，制得软模具；根据复合材料预制件的需求，将模具压于其表面并固定，密封后，在真空压力下将树脂吸入密封腔内，浸润在复合材料预制件中，待浸润完毕后，常温下放置8小时进行固化，脱模后，制得保留表面形态的复合材料预制件。该方法制备工艺简单，成本低，软模具可重复使用，在不影响复合材料的物理性能和机械性能的前提下，保留了复合材料预制件的表面形态，使复合材料表面的材料性能得以充分发挥。
Description
技术领域
本发明属于树脂基复合材料制作及其成型领域，特别涉及一种无树脂覆盖的三维正交机织复合材料的模塑成型方法。
背景技术
复合材料是将两种或多种不同的材料通过物理方法或化学方法复合而成的材料。在复合材料中，各种原组成材料在性能上互补，使复合材料的综合性能优于原组成材料。复合材料中的原材料分别增强体和基体。其中树脂基纤维增强复合材料应用最广、用量最大，其具有比重小、比强度和比模量大，机械性能优异等特点。其中，碳纤维增强复合材料、石墨纤维增强复合材料等高性能纤维增强复合材料，已广泛的应用于航空航天和原子能反应堆领域。
树脂基纤维增强复合材料的成型方法有手糊成型、喷射成型、纤维缠绕成型、模压成型、拉挤成型、树脂传递模塑成型等等。其中，由于树脂传递模塑成型技术具有可以制造两面光滑的制品，成型效率高的优点，而且树脂传递模塑成型为闭模操作，不污染环境，不损害工人健康，原材料及能源消耗少，近年来被工业界广泛采用。
传统的树脂传递模塑成型基本原理是将预制件铺放入密闭的模腔内，用压力将树脂胶液注入模腔，浸透玻纤增强材料，然后固化，脱模成型。其中，闭模是由上下两块透明平板由密封胶密封而成。在树脂胶液注入模腔，浸透玻纤增强材料的过程中，复合材料预制件被树脂完全填充包裹，固化，脱模后形成上下两面光滑平整的复合材料。然而，在某些应用中，如电子产品以及智能复合材料领域，复合材料预制件表面材料的属性很重要，树脂覆盖在复合材料预制件的表面将会对智能复合材料或电子材料的性能产生重要影响。如在树脂增强金属纤维复合材料中，复合材料表面的树脂对其导热和导电的性能会有很大的影响。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种无树脂覆盖的三维正交机织复合材料的模塑成型方法，该方法制备工艺简单，成本低，软模具可重复使用，经济效益良好，在不影响复合材料的物理性能和机械性能的前提下，解决了树脂覆盖对智能复合材料应用的影响。
本发明的一种无树脂覆盖的三维正交机织复合材料的模塑成型方法，包括：
(1)软模具的设计和制作
根据复合材料预制件的大小，设计出软模具的尺寸；然后在玻璃板或塑料板上依次粘附胶状材料和塑料薄膜，最后在塑料薄膜上涂覆脱模剂，制得软模具；
(2)复合材料预制件的固化成型
将模具根据复合材料预制件的需求压于其表面并固定，用真空密封塑料膜和密封胶带将其密封，在1个标准大气压的真空压力下将树脂吸入密封腔内，浸润在复合材料预制件中，待浸润完毕后，常温下放置8小时进行固化，脱模后，制得保留表面形态的复合材料预制件。
具体而言涉及：
一种无树脂覆盖的三维正交机织复合材料的模塑成型方法，包括：
(1)软模具的设计和制作
根据复合材料预制件的大小，设计出软模具的尺寸；然后在玻璃板或塑料板上依次粘附胶状材料和塑料薄膜，最后在塑料薄膜上涂覆脱模剂，制得软模具；其中所述的胶状材料为真空密封胶体、塑性凝胶或工业橡皮泥；
(2)复合材料预制件的固化成型
将模具根据复合材料预制件的需求压于其表面并固定，用密封胶带将其密封，其中密封胶带为设置于玻璃板或塑料板上的一周圈密封胶带，并且使得叠层的胶状材料和塑料薄膜位于密封胶带的周圈中，在1个标准大气压的真空压力下将树脂吸入密封腔内，浸润在复合材料预制件中，待浸润完毕后，常温下放置8小时进行固化，脱模后，制得保留表面形态的复合材料预制件；
所述步骤(2)中的模具为软模具或将其与硬模具配套使用。
所述步骤(1)中的复合材料预制件选自玻璃纤维、芳纶纤维、高强高模聚乙烯纤维、铜绞线、铜丝束中的两种进行三维正交机织所得；
所述步骤(1)中的塑料薄膜为聚四氟乙烯膜、聚酯薄膜、聚乙烯醇薄膜、聚乙烯薄膜等；
所述步骤(1)中的脱模剂为有机硅脱模剂(市售)；
优选的有机硅脱模剂为二甲基硅油，乳化硅油，甲基乙烯基硅橡胶或环氧树脂用脱模剂(由上海东恒化工有限公司提供)；
所述步骤(2)中的模具为软模具或将其与硬模具配套使用。
本发明将传统的树脂传递模塑成型技术加以改进，具体的说是在树脂传递模塑成型方法固化预制件的过程中，将束缚预制件的硬膜具换成具有特殊属性的软模具，以保证软模具在树脂浸润的过程中紧紧的贴附在复合材料预制件表面，使树脂无法覆盖在预制件的上方，从而使制成的复合材料可以完好的保留其预制件的表面形态，既保证了其良好的机械物理性能，又可以发挥复合材料预制件表面材料的作用。脱模后，将软膜具放置平整的玻璃板上，并压上重物，使其慢慢恢复到平整形态。待形态恢复后，软模具可重复使用。该方法可以改善复合材料在电子产品以及智能复合材料领域的应用，更好的发挥复合材料预制件表面材料的属性。
在复合材料制作过程中，软模具和硬膜具可以根据复合材料的设计要求同时使用。即，复合材料中某些特定的部分使用软模具，使其表面无树脂覆盖；其余部分使用硬膜具，使其表面平整。
有益效果
(1)本发明选择具有特殊属性的软膜材料，使软模具在一定压强下可以适当变形，但不会被压入复合材料预制件内部；
(2)软模具可与硬模具同时使用，使复合材料表面的设计多样化，保留了复合材料预制件的表面形态，使复合材料表面的材料性能得以充分发挥；
(3)该制备工艺简单，成本低，软模具可重复使用，经济效益良好。
附图说明
图1为树脂传递模塑成型中的硬模具和软模具的设计；
图2为实施例1制备的三维正交机织复合材料效果图(其中a整体效果图，b侧视图)。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
实施例1
设计并制作具有高强度、高导热性、高导电性的三维正交机织复合材料
1.选择适宜的材料作为复合材料的增强体
根据高强度、高导热性、高导电性的要求，选择玻璃纤维和细铜绞线作为复合材料的增强体。玻璃纤维是一种高强度、高模量的高性能纤维，细铜绞线具有一定的力学性能和良好的导电、导热性。两者织造成为复合材料的增强体，可以获得良好的力学性能和导通性能。
2.设计并织造三维正交机织物作为复合材料的预制件
设计的三维机织物由七层的经纬纱构成，经纬纱均为玻璃纤维，垂直捆绑纱为细铜绞线。根据经纬纱的粗细和三维机织物的层数控制三维织物的厚度；根据每层经纱数目和粗细控制三维织物的宽度；根据纬密、纬纱粗细和织造循环数来控制织物的长度。
确定好复合材料预制件的设计材料和织造参数后，用三维正交织机织造复合材料的预制件。
3.设计并制作软模具
首先，选择真空密封胶，聚四氟乙烯膜作为制作软模具的主要材料。根据复合材料预制件的大小，计算出软模具的尺寸。将真空密封胶粘在透明塑料板上，再将聚四氟乙烯膜贴附在真空密封胶上，在聚四氟乙烯膜表面涂抹环氧树脂用脱模剂(由上海东恒化工有限公司提供，型号HD-918)，软模具制作完毕。
4.通过树脂传递模塑成型方法应用软模具制作具有特殊性能的三维正交机织复合材料
将软模具压在复合材料预制件的上下表面并固定后，用真空密封塑料膜和密封胶带将其密封。选择常温条件下固化的乙烯基树脂，在一个大气压的真空压强下将树脂吸入密封腔内，浸润在复合材料预制件中。待浸润完毕后，放置常温下8小时进行固化，固化后脱模。具有高强度、高导热性、高导电性的三维正交机织复合材料制作完毕。
Claims (4)
1.一种无树脂覆盖的三维正交机织复合材料的模塑成型方法，包括：
(1)软模具的设计和制作
根据复合材料预制件的大小，设计出软模具的尺寸；然后在玻璃板或塑料板上依次粘附胶状材料和塑料薄膜，最后在塑料薄膜上涂覆脱模剂，制得软模具；其中所述的胶状材料为真空密封胶体、塑性凝胶或工业橡皮泥；
(2)复合材料预制件的固化成型
将模具根据复合材料预制件的需求压于其表面并固定，用密封胶带将其密封，其中密封胶带为设置于玻璃板或塑料板上的一周圈密封胶带，并且使得叠层的胶状材料和塑料薄膜位于密封胶带的周圈中，在1个标准大气压的真空压力下将树脂吸入密封腔内，浸润在复合材料预制件中，待浸润完毕后，常温下放置8小时进行固化，脱模后，制得保留表面形态的复合材料预制件，
所述步骤(2)中的模具为软模具或将其与硬模具配套使用。
2.根据权利要求1所述的一种无树脂覆盖的三维正交机织复合材料的模塑成型方法，其特征在于：所述步骤(1)中的复合材料预制件选自玻璃纤维、芳纶纤维、高强高模聚乙烯纤维、铜绞线、铜丝束中的两种进行三维正交机织所得。
3.根据权利要求1所述的一种无树脂覆盖的三维正交机织复合材料的模塑成型方法，其特征在于：所述步骤(1)中的塑料薄膜为聚四氟乙烯膜、聚酯薄膜、聚乙烯醇薄膜或聚乙烯薄膜。
4.根据权利要求1所述的一种无树脂覆盖的三维正交机织复合材料的模塑成型方法，其特征在于：所述步骤(1)中的脱模剂为有机硅脱模剂。
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