CN102153833A - 快速成型模具用碳纤维(粉)/环氧树脂复合材料 - Google Patents

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Abstract

本发明采用短切碳纤维或碳纤维粉(以下用碳纤维(粉)表示)代替传统的玻璃布或者其他纤维布(纸)为增强材料，经过表面处理后，加入环氧树脂体系中，在一定固化条件下，得到碳纤维(粉)/环氧树脂复合材料，用于制造快速成型用模具。该复合材料的制作中，第一个特点是碳纤维(粉)可以直接加入到环氧树脂混合体中，通过人工或者机械的方法浇注成型，代替传统的人工涂覆成型，简化了加工工艺，减低了劳动强度，而且可以实现机械化生产，大幅度提高生产效率。第二个特点是此方法中使用的碳纤维(粉)为工业生产的废料，因此可以大大降低生产成本，同时起到废物利用的作用，有利于环保。所制作出的模具能够满足环氧树脂浇注模具的性能要求。

Description

快速成型模具用碳纤维(粉)/环氧树脂复合材料
技术领域
本发明设计一种制造环氧树脂复合材料的方法，该环氧树脂复合材料可以作为快速成型用环氧树脂模具的成型材料。
背景技术
由于环氧树脂的机械、物理性能最好，工艺性也好，环氧树脂制模成为一种现代快速制模技术，并具有制模速度快、成本低等优点，适合制作大型模具，特别适合形状复杂的制品和产品更新换代快速的工业领域。因此，在国外先进国家已得到广泛的应用，特别在汽车制造业、玩具制造业、家电制造业、五金行业和塑料制品等工业系统使用得更为普及。
环氧树脂材料虽然强度高，但是材料韧性差，所以环氧树脂材料往往需要经过纤维增强才能更好地使用。传统制造环氧树脂模具所用的增强材料多为玻璃布或者其他纤维布(纸)，[中国专利，申请号：CN97108948.5]，在制作工艺上比较复杂。一般是在处理好的阳模表面进行翻制模具，在翻制阴模前，涂好脱模剂，然后将胶衣树脂按比例混合后刷或者辊涂在上边，厚度控制在0.3mm-0.5mm之间，然后铺覆几层纤维表面毡，用环氧树脂糊制，再用玻璃布加强，用环氧树脂糊制，重复此过程，直到达到设计要求。
传统的制作不仅工艺复杂，而且劳动强度高。本发明的目的是建立一种工艺简单，使用范围广、污染小的生产方法，制备可以用于快速模具制造的碳纤维(粉)/环氧树脂复合材料。
本发明采用短切碳纤维或者是碳纤维粉(文中用碳纤维(粉)表示这两种纤维)代替传统的玻璃布或者其他纤维布(纸)为增强材料。第一个特点是碳纤维(粉)可以直接通过人工或者机械的方法加入到环氧树脂混合体中，然后浇注成型，得到的碳纤维重量含量为5-50％。用浇注成型代替传统的人工涂覆成型，因而简化了加工工艺，减低了劳动强度，而且可以实现机械化生产，大幅度提高生产效率。第二个特点是此方法中使用的碳纤维(粉)为工业生产的废料，因此可以大大降低生产成本，同时起到废物利用的作用，有利于环保。所制作出的模具能够满足环氧树脂浇注模具的性能要求。
发明内容
为了实现上述目的，根据权利要求1所述的本发明，采用原料环氧树脂、固化剂、改性剂、碳纤维(粉)等为主体材料。碳纤维(粉)经过表面处理以及超声分散后，均匀地混合在环氧树脂以及固化剂中，在一定的温度下，固化成型，得到纤维重量含量为5-50％的复合材料，具体步骤为：
碳纤维(粉)原料的准备：将碳纤维(粉)采用表面活性剂通过超声预处理，得到表面处理的碳纤维(粉)；
混料：将表面处理的碳纤维(粉)原料与环氧树脂原料以及固化剂，通过超声分散的方法，混合均匀；
成型：将混合均匀的碳纤维(粉)环氧树脂混合物倒入成型模具中，再加热到一定的温度，经过一定的时间固化，得到碳纤维(粉)环氧树脂复合材料。
碳纤维(粉)用以下热处理方法得到的碳纤维(粉)原料：将碳纤维(粉)浸泡于含有1-10％的偶联剂乙醇溶液中，超声分散后，于室温浸泡30-300分钟，于40-80℃晾干，得到表面改性的碳纤维(粉)原料。
适用于本方法的树脂基体材料是环氧树脂以及固化剂。100份环氧树脂与10-50％的固化剂，加入5-50％的表面处理的碳纤维(粉)，超声混合均匀，倒入预热的模具内，真空处理，在一定的温度下，经过一定的固化时间，树脂凝胶，再进行后固化，得到碳纤维(粉)增强的环氧树脂复合材料。
本发明采用资源丰富，价格低廉的碳纤维(粉)为原料，质地坚硬，具有很高的拉伸强度、耐酸碱，碳纤维(粉)在环氧树脂中的含量可以达到5-50％。当碳纤维粉用量为10％时，材料的抗压强度为124.7MPa，冲击强度为31.13KJ/m2，热变形温度为113℃(采用C法测试，负荷为8Mp)，硬度为29HBa。可以满足快速成型用环氧树脂材料的使用要求。

Claims (5)

1.一种快速成型模具的制造材料——环氧树脂复合材料的制备方法，其特征如下：
主体材料为环氧树脂、固化剂、改性剂、短切碳纤维或者碳纤维粉(以下用碳纤维(粉)表示这两种碳纤维)等材料。碳纤维(粉)经过表面处理以及超声分散后，均匀地混合在环氧树脂以及固化剂中，在一定的温度下，固化成型，得到纤维重量含量为5-50％的复合材料，具体步骤为：
(1)碳纤维(粉)原料的准备：将碳纤维(粉)采用表面活性剂通过超声方法进行预处理，得到表面改性的碳纤维粉；
(2)混料：将表面改性的碳纤维(粉)原料与环氧树脂原料以及固化剂通过超声的方法混合均匀；
(3)成型：将混合均匀的碳纤维(粉)环氧树脂混合物倒入成型模具中，再加热到一定的温度，经过一定的时间固化以及后固化，得到碳纤维(粉)/环氧树脂复合材料。
2.按照权利要求1所述方法，其特征在于所说的树脂基材料是环氧树脂，固化剂为胺类固化剂。
3.按照权利要求1所述的方法，其特征在于所说的填充增强原料为碳纤维(粉)。
4.按照权利要求1所述的方法，其特征在于所说的碳纤维(粉)用以下热处理方法得到：将碳纤维(粉)浸泡于含有1-10％的偶联剂乙醇溶液中，超声分散后，于室温浸泡30-300分钟，于40-80℃晾干，得到表面改性的碳纤维(粉)原料。
5.按照权利要求1所述的方法，其特征在于100份环氧树脂与10-50％的固化剂，加入5-50％的表面处理的碳纤维(粉)，超声混合均匀，倒入预热的模具内，真空处理，在一定的温度下，经过一定的固化时间，树脂凝胶，再进行后固化，得到碳纤维(粉)增强的环氧树脂复合材料。
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