CN101961919B - 一种预浸料模压复合材料成型工艺 - Google Patents

Abstract

本发明属于材料制备技术领域，涉及一种预浸料模压复合材料成型工艺，为了解决现有成型工艺制备的复合材料表面容易产生针孔、色差等问题，本发明提供了一种复合材料成型工艺，该工艺至少增加了在复合材料表面添加保护膜的步骤，从而至少能够解决上述问题。

Description

一种预浸料模压复合材料成型工艺

技术领域

本发明属于材料制备技术领域，涉及一种复合材料成型工艺，本发明所述成型工艺至少增加了在复合材料表面添加保护膜的步骤，以便达到辅助复合材料成型的目的，本发明所述复合材料一般指用预浸料模压工艺制程的复合材料，该复合材料主要用于物品装饰。

背景技术

预浸料模压工艺已被广泛应用，其具有产品性能稳定、树脂含量较低、可设计性强、操作简便等特点。但成型后的产品，表面容易产生针孔、色差等问题，外观效果不良，往往需要在后加工过程中，对产品进行修补。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是利用现有成型工艺制备的复合材料表面容易产生针孔、色差等问题，并针对该问题提供一种复合材料成型工艺。

本发明通过以下方案解决该技术问题：

一种预浸料模压复合材料成型工艺，以预浸料织物为原料，包括复合材料铺层步骤，以及包括脱模步骤的复合材料固化成型步骤，所述复合材料铺层步骤包括：

a、在预浸料织物上铺上预浸料织物，至少使预浸料织物之间紧密贴合；

b、重复a步骤，直到完成复合材料的铺层；

其特征在于所述复合材料成型工艺还包括复合材料表面保护膜的形成步骤，该步骤包括：

与复合材料底面预浸料织物贴合的下表面保护膜的形成步骤：

①、将下表面保护膜的一面铺在模具底面上，使下表面保护膜与模具底面之间紧密贴合；

②、将复合材料底面预浸料织物铺在下表面保护膜的另一面上，使复合材料底面预浸料织物与所述下表面保护膜的另一面紧密贴合；

与复合材料顶面预浸料织物贴合的上表面保护膜的形成步骤：

(1)、将上表面保护膜的一面铺在模具顶面上，使上表面保护膜与模具顶面紧密贴合；

(2)、将上表面保护膜的另一面铺在复合材料顶面预浸料织物上，使复合材料顶面预浸料织物与所述上表面保护膜的另一面紧密贴合；

所述复合材料固化成型步骤包括位于脱模步骤之后的揭开表面保护膜的步骤。

由于本发明所指的复合材料均为铺层结构，针孔、色差等均发生在复合材料的底面及顶面，因此只需要对复合材料的这两个面进行相应的处理，技术人员按照本领域的常规操作方法并在上述技术方案的指导下，完成复合材料的成型，制得的复合材料底面及顶面至少不会有针孔、色差：

用于加工复合材料的模具本身不可能加工成绝对的平面，预浸料织物也不可能绝对平整的贴合在模具表面，必然存在细微的差异。由于这些细微的差异，引起压力传递不均匀，致使树脂分布不均匀，其中压力不足，缺少树脂会导致针孔，而树脂分布不均匀会导致色差。

本发明所述保护膜具有一定的热膨胀性，所以可以给复合材料表面增加压力，使针孔消失，由于保护膜尺寸稳定分布均匀，受热膨胀后，对各部分施加的压力也较均匀，使得树脂分布也较均匀，避免了色差的问题。

附图说明

图1为实施例所述工艺在固化成型步骤中模具与复合材料整体的俯视结构示意图；

图2为实施例所述工艺在固化成型步骤中模具与复合材料整体的的侧视结构示意图。

具体实施方式

本说明书的发明内容部分仅仅介绍了本发明的主要技术方案，但为了得到更好的复合材料，还需要在所述主要技术方案的基础上，结合本发明其他的技术方案来完成，本具体实施方式为此将向技术人员详细的介绍本发明。

一种预浸料模压复合材料成型工艺，以预浸料织物为原料，包括复合材料铺层步骤、复合材料表面保护膜的形成步骤以及包括脱模步骤的复合材料固化成型步骤，复合材料铺层步骤一般通过以下两步完成：

1、在预浸料织物上铺上预浸料织物，至少使预浸料织物之间紧密贴合；

2、重复1步骤，直到完成复合材料的铺层。

为了至少达到1步骤的使预浸料织物之间紧密贴合，通常的做法是用滚筒将需预浸料布压实压平或用手工将预浸料布捋平，不能残留气泡，

经过上述两步，技术人员可以得到一个未经固化脱模处理的复合材料，为了解决本发明所要解决的技术问题(即利用现有成型工艺制备的复合材料表面容易产生针孔、色差等问题)，在适当的时候，可以开展复合材料表面保护膜的制备(也即复合材料表面保护膜的形成步骤)。相应的，所述复合材料固化成型步骤包括位于脱模步骤之后的揭开表面保护膜的步骤，以便在复合材料制备完成后除去表面保护膜。

由于最终所述保护膜需要铺覆在复合材料的底面及顶面(原因可详见发明内容部分的介绍)，所以所述保护膜的形成步骤可以分为与复合材料底面预浸料织物贴合的下表面保护膜的形成步骤以及与复合材料顶面预浸料织物贴合的上表面保护膜的形成步骤。如果位于复合材料底面及顶面的保护膜(即分别为相对应的上表面保护膜及下表面保护膜)具有相同的结构，那么上述两种表面保护膜的形成步骤可以是一致的，例如对于本具体实施方式而言，所述上表面保护膜和下表面保护膜均是单一层(不是多层结构)，因此，所述下表面保护膜的形成步骤可以是：

I、将下表面保护膜的一面铺在模具底面上，使下表面保护膜与模具底面之间紧密贴合；

II、将复合材料底面预浸料织物铺在下表面保护膜的另一面上，使复合材料底面预浸料织物与所述下表面保护膜的另一面紧密贴合。

所述上表面保护膜的形成步骤与下表面保护膜的形成步骤类似，具体的为：

i、将上表面保护膜的一面铺在模具顶面上，使上表面保护膜与模具顶面紧密贴合；

ii、将上表面保护膜的另一面铺在复合材料顶面预浸料织物上，使复合材料顶面预浸料织物与所述上表面保护膜的另一面紧密贴合。

达到紧密贴合的通常做法是用滚筒将需紧密贴合物压实压平或用手工将需紧密贴合物捋平，不能残留气泡。

一般来说，不像复合材料固化成型步骤必须安排在复合材料表面保护膜的形成步骤及复合材料铺成步骤之后一样，复合材料表面保护膜的形成步骤与复合材料铺层步骤的启动并没有明确的时间先后顺序，事实上，上述两个步骤的先后安排也不会给最终复合材料的制备带来不一样的影响。

然而，本具体实施方式发现利用以上各项技术方案，并没有解决组成复合材料的预浸料织物在铺层或固化成型过程中发生滑动的问题，为了顺利解决上述问题，通常在复合材料的侧面(除复合材料底面及顶面的各面)设置相应的挡块。而在采用设置相应挡块的措施后，复合材料表面保护膜的形成步骤与复合材料铺层步骤最好能够有一定的先后顺序。

例如，一个技术方案主要解决的是复合材料的预浸料织物在固化成型过程中发生滑动的问题，该技术方案在I步骤和II步骤之间设置挡块的形成步骤，所述挡块的形成步骤可以是：

在下表面保护膜上设置挡块，从而使下表面保护膜与挡块形成一腔体，所述腔体的空腔与修整后复合材料的形状大小相吻合，II步骤所述下表面保护膜的另一面为所述腔体的底面。

该技术方案的挡块形成步骤是最终形成一个能够正好容纳复合材料的腔体，而复合材料的铺层步骤(包括1和2步骤)事先完成，然后在2步骤和II步骤之间对复合材料的边缘进行修整，这样当完成II步骤时，可以使整个复合材料正好放入挡块形成步骤的空腔内，能够保证在后续的固化成型步骤中不发生预浸料织物滑动的问题。

另一个技术方案主要解决的是复合材料的预浸料织物在铺层过程中发生滑动的问题，该技术方案在I步骤和II步骤之间设置挡块的形成步骤，所述挡块的形成步骤可以是：

在下表面保护膜上设置挡块，从而使下表面保护膜与挡块形成一腔体。

II步骤所述下表面保护膜的另一面为所述腔体的底面。

该技术方案的挡块形成步骤是最终形成一个能够用于预浸料织物铺层的腔体，而复合材料的铺层步骤(包括1和2步骤)设置在II步骤之后，由于整个复合材料的铺层是在挡块形成步骤的空腔内完成，为此，还需要对1步骤进行改进，即1步骤还包括在预浸料织物上铺上预浸料织物的过程中使预浸料织物边缘与所述腔体内腔表面紧密贴合，这样就能够保证在铺层质量(紧密贴合)的前提下，预浸料织物在复合材料铺层步骤中不发生滑动。

由于本具体实施方式采用了在复合材料的底面及顶面添加保护膜的工艺，那么也需要在完成复合材料的最终制备后脱掉保护膜，为使保护膜能够容易的脱去，可以在I步骤和II步骤之间在所述下表面保护膜的另一面上涂硅油；同样的，在i步骤和ii步骤之间在所述上表面保护膜的另一面涂硅油。

正如本说明书在发明内容部分所介绍的，表面保护膜(也即保护膜)应该具有一定的热膨胀性，从而至少能够解决复合材料表面存在针孔和色差的问题，但是从本具体实施方式所述工艺的整体上看，复合材料固化成型是需要在一定的温度和压强下完成的，因此表面保护膜最好选用耐高温且表面光滑，符合成型要求的PET薄膜。

至于挡块，最好选择热膨胀系数较小及抗压性较好的金属块，例如不锈钢SUS304、45#钢等材质的金属。

实施例

下面以本发明所述工艺各步骤的操作时间为顺序，介绍工艺的操作流程：

制备样品前，先进行备料及模具准备工作，按设计要求裁切预浸料织物，对模具进行清洁，并涂抹由厦门豪尔化工有限公司生产的HR956型脱模剂，所用的预浸料织物为东丽TORAYA公司生产的P3252S-15/33型预浸料织物，该织物的成型温度为150℃。

由于本实施例将模具分为下模具1和上模具5，而且本实施例所述工艺在上模具中的所有操作流程均包含于所述工艺在下模具1中的操作流程之中，因此，本实施例仅介绍所述工艺在下模具1中的操作流程。

如图2所示，本实施例所述复合材料为一板材(未经过固化成型前为预浸料板材3)，故模具的材质可用钢化玻璃，其厚度为10mm，为便于预浸料铺层，先对下模具1进行预热，预热的温度，通常依成型复合材料所用树脂材料、纤维材料、铺层结构和制作环境而定，一般设定为30-40℃，预热完成后，在下模具1表面铺覆一层由上海友佳塑料薄膜材料有限公司生产的PET薄膜4，该薄膜4厚度为18μm，其尺寸应略大于预浸料板材3下表面的尺寸，铺覆时，应保证薄膜4平整，用滚筒赶走薄膜4与下模具1间的气泡。为保证成型后PET薄膜4与预浸料板材3易于分离，可在薄膜和预浸料板材3间涂刷一层硅油，起离型效果。

在PET薄膜4上放置挡块2，主要是限制预浸料板材3在铺层过程中的滑动，其厚度应与最终复合材料的厚度相同，例如本实施所述复合材料的厚度为2.9mm，那么挡板的厚度也应为2.9mm。

如图1所示，挡块2的形状为方框形，内矩形的尺寸应保证和预浸料板材3的尺寸一致，为方便使用和收藏，所述方框形挡块2可使用四个金属件组合而成，每一个金属件构成方框形挡块2的一边。

方框形挡块2用热膨胀系数较小及抗压性较好的金属不锈钢SUS304制成的，以保证尺寸稳定性和重复使用。

预浸料板材3的铺层过程可以这样进行：将预浸料织物铺放在方框形挡块2内，用滚筒将需紧密贴合物压实压平或用手工将需紧密贴合物捋平，不能残留气泡，从而使预浸料织物外围和金属件内缘紧密贴合，然后在预浸料织物上再铺上预浸料织物，用滚筒将需紧密贴合物压实压平或用手工将需紧密贴合物捋平，不能残留气泡，从而使预浸料织物与预浸料织物之间紧密贴合，直到全部铺完。

预浸料板材3的铺层过程也可以采用先铺完再放入方框形挡块2的方式完成，该方式的好处在于可以按照技术人员的要求自由的设计预浸料板材3的铺层结构，铺完后只需对铺完的预浸料板材3的边缘进行修整，然后一次性放入金属件内，应当注意的是，此时要保证预浸料板材3的下表面与铺在下模具1上的表面保护膜4紧密贴合。

至于上模具5的操作流程，仅为上表面保护膜6铺在上模具5上的步骤，这一步骤技术人员完全可以参考上述描述来完成。

待上模具5和下模具1均各自完成相应的操作步骤，即可将上模具5和下模具1合模，然后置于硫化机内固化成型，其成型温度为150℃，压强为5MPa，成型时间为30min。完成此操作后，待模具冷却、开模、取出，揭开PET薄膜即可得到复合材料(固化成型后的预浸料板材3)产品。

本实施例所述复合材料产品主要用于装饰(例如可以用于轮椅的侧板等等)，以下为本实施例所述复合材料产品的质量表。

复合材料产品的质量表

复合材料表面伤痕	表面无伤痕
		复合材料表面黑边	表面黑边≤1mm
复合材料表面2×2mm黑点密度	表面2×2mm黑点密度≤1个/每平方米
		复合材料表面色差	无色差
复合材料表面纤维残留	无残留纤维

Claims (5)

1.一种预浸料模压复合材料成型工艺，以预浸料织物为原料，包括复合材料铺层步骤，以及包括脱模步骤的复合材料固化成型步骤，所述复合材料铺层步骤包括：

a、在预浸料织物上铺上预浸料织物，至少使预浸料织物之间紧密贴合；

b、重复a步骤，直到完成复合材料的铺层；

其特征在于所述预浸料模压复合材料成型工艺还包括复合材料表面保护膜的形成步骤，该步骤包括：

与复合材料底面预浸料织物贴合的下表面保护膜的形成步骤：

①、将下表面保护膜的一面铺在模具底面上，使下表面保护膜与模具底面之间紧密贴合；

②、将复合材料底面预浸料织物铺在下表面保护膜的另一面上，使复合材料底面预浸料织物与所述下表面保护膜的另一面紧密贴合；

与复合材料顶面预浸料织物贴合的上表面保护膜的形成步骤：

⑴、将上表面保护膜的一面铺在模具顶面上，使上表面保护膜与模具顶面紧密贴合；

⑵、将上表面保护膜的另一面铺在复合材料顶面预浸料织物上，使复合材料顶面预浸料织物与所述上表面保护膜的另一面紧密贴合；

所述复合材料固化成型步骤包括位于脱模步骤之后的揭开表面保护膜的步骤，所述复合材料铺层步骤还包括位于b步骤之后的对复合材料边缘进行修整的修整步骤，②步骤位于所述修整步骤之后，①步骤和②步骤之间设有挡块的形成步骤：

在下表面保护膜上设置挡块，从而使下表面保护膜与挡块形成一腔体，所述腔体的内腔与修整后复合材料的形状大小相吻合，②步骤所述下表面保护膜的另一面为所述腔体的底面。

2.一种预浸料模压复合材料成型工艺，以预浸料织物为原料，包括复合材料铺层步骤，以及包括脱模步骤的复合材料固化成型步骤，所述复合材料铺层步骤包括：

a、在预浸料织物上铺上预浸料织物，至少使预浸料织物之间紧密贴合；

b、重复a步骤，直到完成复合材料的铺层；

其特征在于所述预浸料模压复合材料成型工艺还包括复合材料表面保护膜的形成步骤，该步骤包括：

与复合材料底面预浸料织物贴合的下表面保护膜的形成步骤：

①、将下表面保护膜的一面铺在模具底面上，使下表面保护膜与模具底面之间紧密贴合；

②、将复合材料底面预浸料织物铺在下表面保护膜的另一面上，使复合材料底面预浸料织物与所述下表面保护膜的另一面紧密贴合；

与复合材料顶面预浸料织物贴合的上表面保护膜的形成步骤：

⑴、将上表面保护膜的一面铺在模具顶面上，使上表面保护膜与模具顶面紧密贴合；

⑵、将上表面保护膜的另一面铺在复合材料顶面预浸料织物上，使复合材料顶面预浸料织物与所述上表面保护膜的另一面紧密贴合；

所述复合材料固化成型步骤包括位于脱模步骤之后的揭开表面保护膜的步骤，

所述①步骤和②步骤之间设有挡块的形成步骤：

在下表面保护膜上设置挡块，从而使下表面保护膜与挡块形成一腔体；

所述a步骤位于②步骤之后，a步骤还包括在预浸料织物上铺上预浸料织物的过程中使预浸料织物边缘与所述腔体内腔表面紧密贴合，②步骤所述下表面保护膜的另一面为所述腔体的底面。

3.根据权利要求1所述的一种预浸料模压复合材料成型工艺，其特征在于与复合材料底面预浸料织物贴合的下表面保护膜的形成步骤还包括在①步骤和②步骤之间在所述下表面保护膜的另一面上涂硅油；

所述与复合材料顶面预浸料织物贴合的上表面保护膜的形成步骤还包括在⑴步骤和⑵步骤之间在所述上表面保护膜的另一面上涂硅油。

4.根据权利要求1或2或3所述的一种预浸料模压复合材料成型工艺，其特征在于所述上表面保护膜和下表面保护膜均为PET薄膜。

5.根据权利要求1或2所述的一种预浸料模压复合材料成型工艺，其特征在于所述挡块为由不锈钢SUS304或45#钢制成的金属块。

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