CN102166826B - 一种纤维增强热塑性复合材料的成型工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低成本高效率的纤维增强热塑性复合材料的成型工艺，包括：在包含模具模板的密闭空间内设置由纤维增强材料铺覆而成的待成型制件，制件上面依次铺设脱模布和导流网格，制件下面铺设或涂覆脱模材料，制件宽度方向的一侧设置注胶管，另一侧设置一沿制件长度方向并平行于该侧端面的真空管路，在真空管路与制件之间设置透气材料；然后通过真空管路向密闭空间内抽真空，同时将模具模板温度升至注胶温度50℃～250℃；最后将温度为50℃～250℃，粘度为0.15Pa·s～1.0Pa·s的熔融状热塑性树脂或该热塑性树脂的前躯体从注胶管注满制件，然后保温聚合或降温冷却成型。该成型工艺无需预先制备预浸带，成本低，效率高，制件易成型，具有优良的韧性及损伤容限。

Description

一种纤维增强热塑性复合材料的成型工艺

技术领域

本发明涉及复合材料技术领域，尤其涉及一种纤维增强热塑性复合材料的成型工艺方法。

背景技术

与热固性树脂基复合材料相比，热塑性树脂基复合材料具有优良的韧性和损伤容限、良好的耐环境性和阻燃性能、真空条件下挥发份低、热释放速率低、成型周期短、可多次成型和连续修补方便等优点。热塑性树脂基复合材料具有十分诱人的发展前景，可应用于使用环境较为苛刻，承载能力要求较高的场合。

目前，已开发出的纤维增强热塑性树脂基复合材料的成型工艺已达20多种，常用的成型工艺有冲压成型工艺、层压成型工艺、辊压成型工艺、拉挤成型工艺、缠绕工艺和真空模压成型工艺等。各种成型工艺中，除拉挤和缠绕等机械化程度高的成型工艺外，其余均存在一个热塑性预浸带的制备和铺放问题，热塑性预浸带的制备不仅需要专用设备，而且在产品成型中增加了中间加工工序，另外，热塑性预浸带与热固性预浸带不同，热塑性预浸带不具备自粘性，而且浸渍良好的预浸带通常具有较高的刚性，这对产品成型过程中预浸带的铺放工艺增加了很大的技术难度。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种纤维增强热塑性复合材料的成型工艺，该工艺具有减少预浸带制备的中间工序、避免刚性预浸带铺放带来的技术难度、降低生产成本、提高生产效率的优点。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种纤维增强热塑性复合材料的成型工艺，包括如下步骤：

步骤1：在由模具模板、周边的密封腻子和真空袋构成的密闭空间内设置待成型的制件，制件由纤维增强材料铺覆而成，制件的上面依次铺设脱模布和导流网格，制件的下面铺设或涂覆脱模材料，制件宽度方向的一侧设置注胶管，另一侧设置一沿制件长度方向并平行于该侧端面的真空管路，在真空管路与制件之间设置透气材料；

步骤2：通过真空管路向密闭空间内抽真空，同时将模具模板温度升至注胶温度待注胶，所述的注胶温度为50℃～250℃；

步骤3：继续通过真空管路向密闭空间内抽真空，将温度为50℃～250℃，粘度为0.15Pa·s～1.0Pa·s的熔融状热塑性树脂或该热塑性树脂的前躯体从注胶管注满制件，然后保温聚合或降温冷却成型；

所述的热塑性树脂包括尼龙6（PA6）、尼龙12（PA12）、聚对苯二甲酸丁二醇酯（PBT）、聚氨酯(PU)。

所述的纤维增强材料包括玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维中的一种或两种以上的混合物。

所述的热塑性树脂中含有助剂，所述的助剂是催化剂、引发剂、阻燃剂、抗静电剂、增韧剂、着色剂、抗氧剂中的一种或两种以上的混合物。

所述的纤维增强热塑性复合材料的组分与含量优选为：热塑性树脂29%～70%，纤维增强材料10%～70%，助剂1%～20%。

所述的导流网格优选是由塑料或金属线型材料编制成的片状网格结构。

所述的导流网格优选在制件表面不完全铺满，距制件另一端面距离为5mm～50mm，以便将热塑性树脂胶液充分浸透制件厚度。

所述的透气材料优选是毡或玻璃纤维织物。

与现有技术相比，本发明纤维增强热塑性复合材料的成型工艺无需预先制备预浸带，只需将一定温度下具有一定粘度的热塑性树脂在真空作用下注入纤维增强体浸润、然后在高温下保温聚合或降温冷却成型即可，因此该工艺简单易行、成本低、效率高，利用该工艺制得的制件易成型，而且具有优良的韧性及损伤容限。

附图说明

图1是本发明纤维增强热塑性复合材料的成型工艺结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

图1是本发明纤维增强热塑性复合材料的成型工艺结构示意图。其中的附图标记为：密封腻子1、真空袋2、注胶管3、导流网格4、脱模材料5、制件6、脱模布7、透气材料8、真空管路9、模具模板10。

以12K碳纤维平纹布为增强材料，尼龙6为热塑性树脂，通过真空辅助成型工艺制备尺寸为400mm×400mm×3mm的板件。

步骤1：纤维增强体封装，管路连接

模具模板10、周边的密封腻子1和真空袋2构成密闭空间，先在模具模板10上涂覆脱模剂，然后将12K碳纤维平纹布按尺寸裁剪后铺覆6层，再将无孔脱模布和金属线型材料编制成的导流网格4依次铺设于碳纤维织物上，导流网格4在制件6表面上不完全铺满，距制件6另一端约15mm，将注胶管3设置在制件6宽度方向的一侧，并与导流网格4完全搭接，真空管路9设置在制件6长度方向并平行于注胶管3，但不能与制件6端面接触，在真空管路9与制件6之间设置有透气材料8，最后，在制件6上覆盖真空袋2，并在真空袋2和模具模板10的周边用密封腻子1密封固定，真空管路9从密闭空间内的引出端与外部真空通路相连，注胶管3从密闭空间内的引出端与贮胶容器相连。

步骤2：密闭空间抽真空，模具模板升温至注胶温度

关闭注胶管3阀门，通过真空管路9向密闭空间内抽真空，同时将模具模板10温度升至注胶温度135℃后保温，待注胶。

步骤3：制备尼龙6活性料，抽真空注胶

先将己内酰胺于120℃下加热熔融，然后抽真空至-0.09MPa以上，减压除水30min，降温至100℃后开始保温，此时，边搅拌（转速控制在200rpm）边缓慢加入1%的己内酰胺金属盐催化剂以及2%的异氰酸脂引发剂，加料完成并搅拌均匀，得到粘度为0.6Pa·s～0.7Pa·s的尼龙6活性胶液。继续通过真空管路9向密闭空间内抽真空，打开注胶管3阀门开始注胶，树脂胶液就会通过注胶管3流入由导流网格4和上层脱模布7所构成的双层流胶层均匀且完全充满制件6，然后关闭注胶管3阀门，继续保持真空管路9向密闭空间内抽真空，并保温20min～30min完成聚合，降温冷却成为热塑性复合材料制件。

步骤4：制件检测

完成后的制件经C-扫描和X光检测，其内部质量均匀，无气泡及干斑缺陷存在。

Claims (7)

1.一种纤维增强热塑性复合材料的成型工艺，其特征是：包括如下步骤：

步骤1：在由模具模板(10)、周边的密封腻子(1)和真空袋(2)构成的密闭空间内设置待成型的制件(6)，制件(6)由纤维增强材料铺覆而成，制件(6)的上面依次铺设脱模布(7)和导流网格(4)，制件(6)的下面铺设或涂覆脱模材料(5)，制件宽度方向的一侧设置注胶管(3)，另一侧设置一沿制件长度方向并平行于该侧端面的真空管路(9)，在真空管路(9)与制件(6)之间设置透气材料(8)；

步骤2：通过真空管路(9)向密闭空间内抽真空，同时将模具模板温度升至注胶温度待注胶，所述的注胶温度为50℃～250℃；

步骤3：继续通过真空管路向密闭空间内抽真空，将温度为50℃～250℃，粘度为0.15Pa·s～1.0Pa·s的该热塑性树脂的前躯体从注胶管注满制件，然后保温聚合或降温冷却成型；

所述的热塑性树脂是尼龙6、尼龙12、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚氨酯。

2.根据权利要求1所述的一种纤维增强热塑性复合材料的成型工艺，其特征是：所述的纤维增强材料是玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维中的一种或两种以上的混合物。

3.根据权利要求1所述的一种纤维增强热塑性复合材料的成型工艺，其特征是：所述的热塑性树脂中含有助剂，所述的助剂是催化剂、引发剂、阻燃剂、抗静电剂、增韧剂、着色剂、抗氧剂中的一种或两种以上的混合物。

4.根据权利要求3所述的一种纤维增强热塑性复合材料的成型工艺，其特征是：按照重量百分比计，所述的纤维增强热塑性复合材料的组分与含量为：热塑性树脂29%～70%，纤维增强材料10%～70%，助剂1%～20%。

5.根据权利要求1至4中任一权利要求所述的一种纤维增强热塑性复合材料的成型工艺，其特征是：所述的导流网格(4)是由塑料或金属线型材料编制成的片状网格结构。

6.根据权利要求1至4中任一权利要求所述的一种纤维增强热塑性复合材料的成型工艺，其特征是：所述的导流网格(4)在制件(6)表面不完全铺满，距制件(6)另一端面5mm～50mm。

7.根据权利要求1至4中任一权利要求所述的一种纤维增强热塑性复合材料的成型工艺，其特征是：所述的透气材料(8)是毡或玻璃纤维织物。