CN102476457B - 一种混编式连续纤维增强热塑性结构板材热成型方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种混编式连续纤维增强热塑性结构板材热成型方法，首先在编织机上将预浸料混编为片状或带状预浸带；将预浸带铺放在模具上并用真空袋或聚酯薄膜密封；然后升温，抽真空，保持真空负压，当温度达到热塑性树脂的熔点时保温一段时间后保压降温成型；最后拆除真空袋或聚酯薄膜，得到结构板材。用此混编方法生产的结构板材，可以将预浸料内层间的空气驱除，压力通过纤维均匀传递，避免了纤维方向上发生偏移，还可以在原有纤维增强的基础上进一步强化，大大节约了成本。

Description

一种混编式连续纤维增强热塑性结构板材热成型方法

技术领域

本发明涉及一种连续纤维增强热塑性复合材料，尤其涉及一种混编式连续纤维增强热塑性结构板材热成型方法。

背景技术

热塑性复合材料是以玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维等增强各种热塑性树脂的总称，国外称FRTP(FiberRinforcedThermoPlastics)。由于热塑性树脂和增强材料种类不同，其生产工艺和制成的复合材料性能差别很大。从生产工艺的角度分析，热塑性复合材料分为短纤维增强复合材料和连续纤维增强复合材料两大类，(1)短纤维增强复合材料：①注射成型工艺，②挤出成型工艺，③离心成型工艺；(2)连续纤维增强及长纤维增强复合材料：①预浸料模压成型，②片状模塑料冲压成型，③片状模塑料真空成型，④预浸纱缠绕成型，⑤拉挤成型。

连续纤维增强热塑性复合材料所生产的结构板材大多采用预浸料模压成型，通常将预浸料铺放于模具内，然后进行加热加压成型，不过这种方法存在很多缺陷，如预浸料层间空气无法驱除，压机压力通过纤维无法均匀传递、在纤维方向发生偏移，预浸料在贮藏过程中的湿度过大，纤维含量与树脂的比例在成型过程中无法进一步优化等问题。

在生产加工中，由于纤维生产工艺条件、表面处理等问题，混合纤维不能够很好的和树脂结合，会对生产出的预浸料的性能有很大影响，既而导致成品的性能下降。同一基体不同纤维的预浸料，在生产板材中大多采用0°、90°纵横交错铺放生产，这样在生产过程中会使树脂的含量大大增加，从而降低纤维含量，影响性能，在生产过程中，纤维容易滑动，起皱，波浪。生产过程中，板材的内应力过大，使板材翘曲、变形均会对板材的性能有所影响。

发明内容

本发明就是为了解决上述连续纤维及长纤维增强复合材料板材生产，现有技术存在的问题而提供一种设备简单、价格低廉、工艺要求不高的混编式连续纤维增强热塑性结构板材热成型方法。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：

一种混编式连续纤维增强热塑性结构板材热成型方法，包括以下步骤：

(1)在编织机上将预浸料混编为片状或带状预浸带；

(2)将预浸带铺放在模具上并用真空袋或聚酯薄膜密封；

(3)升温，抽真空，真空负压力为0.1-0.3MPa；

(4)保持真空负压，当温度达到热塑性树脂的熔点时保温，达到保温时间后保压降温成型；

(5)拆除真空袋或聚酯薄膜，得到结构板材。

所述预浸料为连续纤维增强热塑性树脂预浸料；所述预浸带由一种或几种预浸料混编而成。

所述纤维为玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维中的一种或几种；所述纤维优选玻璃纤维。

所述步骤(3)中的抽真空温度小于热塑性树脂的玻璃化转变温度Tg。

所述步骤(4)中的保温时间依照制件的尺寸按常规而定。

对于厚度大于预设值的(一般是指厚度较大，大于某一预先设定值)结构板材，在所述步骤(4)中保持真空负压，并附加外压0.1-0.3MPa压制。

所述预浸带经过拼接后进行真空或加压成型，制备大型板材。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明的一种混编式连续纤维增强热塑性结构板材热成型方法，包括对预浸料的混编、固定、密封、加热、抽真空、保压保温、降温成型等过程，设备简单，价格低廉，工艺要求不高。真空袋对模具的适应性好，能良好的封闭模具裂缝，降低损耗，且真空袋具有透明性，可以进行全程监控，降低成本，保证成品率。采用混编的方法生产结构板材，可以将预浸料内层间的空气驱除，保证压力通过纤维均匀传递，避免了在纤维方向上发生偏移，还可以在原有纤维增强的基础上进一步强化，提高板材强度及优化纤维量，并大大节约成本。

通过编织机编制预浸料，可以将预浸料编织成具有一定规格的带材或者片材，而且可以将同一基体、不同纤维的预浸料进行混合编织，既可以对预浸料中的纤维比例进行控制，也可以降低生产成本。通过编制可以减少预浸料层间的空气，使纤维纵横交错更加紧密，在生产中大大减少了其中的树脂成分，并且复合材料中各纤维充分发挥各自之所长，相互弥补各自之短，使其具有一材多能、一材多用的特点

由于板材生产，产品要达到表面光滑，成型过程中要保证纤维不滑动、不起皱、无波浪，从而提高产品强度和表面质量。因此在加工中选择真空袋的方法，这样会对混编预浸料后的带材或片材加工成板材以保证。通过使用真空袋压制的编制后的板材，可以做到没有气泡，树脂含量可控制，最低可到35-40％，制品强度高，可重复性强，作结构件，污染少，成型效率高，特别是厚制品可一次成型，制品厚度非常均匀。

附图说明

图1为本发明一实施例的结构示意图。

具体实施方式

下面结合各实施例和附图详细描述本发明。

实施例1

玻璃纤维S增强聚丙烯预浸料和玻璃纤维E增强聚丙烯预浸料，重量比为1：2。将宽为0.1m的两种预浸料分别置于编织机的纱架上均匀编织，将两种预浸料编织成宽为1.2m的网状预浸带。预浸带中玻璃纤维E增强聚丙烯预浸料为主体，玻璃纤维S增强聚丙烯预浸料均匀分散在其中。

如图1所示，将预浸带1裁剪至与模具5相等大小，铺放于模具5内，用真空袋2(或聚酯薄膜)覆盖其上，真空袋2尺寸大于模具5尺寸，将真空袋周边用夹持密封装置4固定、密封，真空袋2上预设真空嘴6，其位置依模具形状等确定。将真空嘴6连接真空泵或其他抽真空装置3，启动电加热(或油加热、辐射加热)，当温度达到130℃-160℃时，启动真空泵，抽真空达到恒定负压值0.3MPa。保持真空负压，当温度达到160℃-190℃时，树脂熔化成型，保温15分钟后，停止加热，降温保压成型。对于厚度较大的结构板材，保持真空负压，并附加外压0.3MPa压制，当温度达到160℃-190℃时，树脂熔化成型，保温15分钟后保压降温成型。冷却成型后，拆除真空袋，取出结构板材，放置3-5小时即可得到混编式连续玻璃纤维增强聚丙烯结构板材。

目前这种混编式连续纤维增强热塑性结构板材所能达到的尺寸约为2.4m×1.2m，对于大型板材，如货柜车车厢顶板的尺寸约为11.8×2.13m，可以通过对预浸带进行拼接或胶接后真空或加压成型。

实施例2

碳纤维增强尼龙1010预浸料和玻璃纤维增强尼龙1010预浸料，重量比为5：2。将宽为0.1m的两种预浸料分别置于编织机的纱架上均匀编织，将两种预浸料编织成宽为1.4m的片状预浸带。预浸料中碳纤维增强尼龙1010预浸料为主体，玻璃纤维增强尼龙1010预浸料均匀分散在其中。

将预浸带裁剪至与模具相等大小，铺放于模具内，用真空袋(或聚酯薄膜)覆盖其上，真空袋尺寸大于模具尺寸，将真空袋周边用夹持密封装置固定、密封，真空袋上预设真空嘴，其位置依模具形状等确定。将真空嘴连接真空泵(或其他抽真空装置)，启动电加热(或油加热、辐射加热)，当温度达到180℃-220℃时，启动真空泵，抽真空达到恒定负压值0.1MPa。保持真空负压，当温度达到220℃-250℃时，树脂熔化成型，保温20分钟后，停止加热，降温保压成型。对于厚度较大的结构板材，保持真空负压，并附加外压0.2MPa压制，当温度达到220℃-250℃时，树脂熔化成型，保温30分钟后保压降温成型。冷却成型后，拆除真空袋，取出结构板材，放置3-5小时即可得到混编式连续碳纤维与玻璃纤维增强尼龙1010结构板材。

以上公开的仅为本申请的几个具体实施例，但本申请并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化，都应落在本申请的保护范围内。

Claims (3)

1.一种混编式连续纤维增强热塑性结构板材热成型方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)在编织机上将预浸料混编为片状或带状预浸带；所述预浸料为连续纤维增强热塑性树脂预浸料；所述预浸带由一种或几种预浸料混编而成；

(2)将预浸带铺放在模具上并用真空袋或聚酯薄膜密封；

(3)升温，抽真空，真空负压力为0.1MPa；

(4)保持真空负压，当温度达到热塑性树脂的熔点时保温，达到保温时间后保压降温成型；

(5)拆除真空袋或聚酯薄膜，得到结构板材；

所述步骤(3)中的抽真空温度小于热塑性树脂的玻璃化转变温度Tg；

对于厚度大于预设值的结构板材，在所述步骤(4)中保持真空负压，并附加外压0.1-0.3MPa压制；

对于大型板材，所述预浸带经过拼接后进行真空或加压成型。

2.如权利要求1所述的一种混编式连续纤维增强热塑性结构板材热成型方法，其特征在于，所述纤维为玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维中的一种或几种。

3.如权利要求1或2所述的一种混编式连续纤维增强热塑性结构板材热成型方法，其特征在于，所述纤维为玻璃纤维。