CN103481524A - 一种树脂基三维编织复合材料成型工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种树脂基三维编织复合材料成型工艺，包括如下步骤：(1)预制件准备；(2)模具准备；(3)合模；(4)树脂配制；(5)注胶；(6)固化；(7)开模。本发明具有的有益效果是：本发明工艺具有能耗低、环境污染小、制品尺寸精确、表面质量好、稳定性高、成品率高，适合成型形状复杂制品的特点。模具的制造和材料的选择具有较强的灵活性，能够制造表面质量良好、尺寸精度高的复杂构件，复合材料的纤维体积含量高，复合材料制品的孔隙率较低，成型的三维编织复合材料一般不需要再进行机械加工处理，既减少了附加费用，也避免了后加工所造成的纤维损伤。因此，被广泛地应用于航空航天、国防军工、交通运输、建筑及民用工业等领域。

Description

一种树脂基三维编织复合材料成型工艺
技术领域
本发明属于材料成型技术领域，具体涉及一种树脂基三维编织复合材料成型工艺。
背景技术
与传统复合材料相比，树脂基三维编织复合材料制件的复合固化工艺有所不同，根本原因在于三维编织预制件是三维整体结构，不可能采用浸有树脂的纤维进行织造，而且对于己织造好的三维编织预制件而言，传统复合材料所采用的复合固化工艺无法保证预制件被树脂浸透。因此，树脂基三维编织复合材料的成型工艺是待解决的一个难题。
发明内容
为了解决现有技术中的问题，本发明提供一种树脂基三维编织复合材料成型工艺，能耗低、环境污染小、制品尺寸精确、表面质量好、稳定性高、成品率高，适合成型形状复杂制品。
一种树脂基三维编织复合材料成型工艺，包括如下步骤：
(1)预制件准备：装模前，先将三维编织预制件放置烘箱加热烘干，除去其中的水分，烘箱温度120℃，时间为2～3小时，烘干后将预制件取出并裁剪成所需尺寸，再称重；
(2)模具准备：装模前，对模具进行清理，除去模具上的残留树脂和锈斑等杂质，然后用脱模剂擦拭模具，擦拭2～3次，每次间隔30分钟，最后，铺放密封胶条；
(3)合模：将裁剪后的三维编织预制件放入模腔，合上模具，并对模具进行密封性检测，密封合格后，将模具放置烘箱预热，烘箱温度70℃，时间2～3小时；
(4)树脂配制：将环氧树脂、酸酐以及苯胺按照比例配制成树脂，然后对树脂进行预热，温度为100℃；
(5)注胶：保持烘箱温度在60℃，用真空泵将模具抽真空至﹣0.1MPa状态，然后，开始注入树脂，为保证树脂可以完全地浸透预制件，用压力泵给予0.2MPa的压力，至少回料三次，每次回料后，需将装树脂的反应釜静置至少10分钟，注胶完毕后，将模具的进料口和出料口堵死，放入烘箱；
(6)固化：采用固化制度，固化完成后，关闭烘箱，待模具自然冷却；
(7)开模：打开模具，取出试件。
进一步地，上述固化制度是指130℃固化2h、150℃固化lh、160℃固化8h+180℃／3h。
进一步地，上述树脂由TDE﹣86#环氧树脂、70#酸酐以及苯胺按照比例配制而成，其密度为1.2g/cm3。
本发明具有的有益效果是：本发明工艺具有能耗低、环境污染小、制品尺寸精确、表面质量好、稳定性高、成品率高，适合成型形状复杂制品的特点。模具的制造和材料的选择具有较强的灵活性，能够制造表面质量良好、尺寸精度高的复杂构件，复合材料的纤维体积含量高，最高可达60％，复合材料制品的孔隙率较低，一般不超过0.2％，成型的三维编织复合材料一般不需要再进行机械加工处理，既减少了附加费用，也避免了后加工所造成的纤维损伤。因此，被广泛地应用于航空航天、国防军工、交通运输、建筑及民用工业等领域。
附图说明
图1为本发明树脂传递模塑工艺路线图。
具体实施方式
为了进一步理解本发明的优点，下面通过具体的实施例来说明本发明的功效。
如附图1所示：一种树脂基三维编织复合材料成型工艺，包括如下步骤：
(1)预制件准备：装模前，先将三维编织预制件放置烘箱加热烘干，除去其中的水分，防止预制件中的水分影响脱模剂的作用，同时也可避免复合材料制件内部产生气泡，烘箱温度120℃，时间为2～3小时，烘干后将预制件取出并裁剪成所需尺寸，再称重；
(2)模具准备：装模前，必须对模具进行清理，使用刀片、砂纸、丙酮等除去模具上的残留树脂和锈斑等杂质，以免影响制品的表面质量，清理完成后，需用脱模剂擦拭模具，擦拭2～3次，每次间隔30分钟，最后，铺放密封胶条，保证模具具有良好的密封性；
(3)合模：将裁剪后的三维编织预制件放入模腔，合上模具。合模完成后，使用真空泵对模具进行密封性检测，密封合格后，将模具放置烘箱预热。烘箱温度设置为70℃，时间为2～3小时；
(4)树脂配制：选用TDE﹣86#环氧树脂、70#酸酐(四氢化邻苯二甲酸酐)以及苯胺按照一定比例配制而成。树脂配制完成后，需要进行预热，温度为100℃，为树脂注入做准备；
(5)注胶：为了保证树脂具有合适的粘度，整个树脂注入过程需要在烘箱中进行，并保持烘箱温度在60℃左右。在注入树脂前，先用真空泵将模具抽真空至负压﹣0.1MPa状态，这样不仅可以排除模腔和树脂中的气泡和水分，也可增加树脂传递的压力，更为重要的是打开了模腔中树脂的传输通道，大大改善了纤维的浸润性。然后，开始注入树脂，为保证树脂可以完全地浸透预制件，需要使用压力泵给予0.2MPa左右的压力，而且在整个注胶过程中，至少回料三次，每次回料后，需将装树脂的反应釜静置至少10分钟，待里面气泡逸尽，然后再次开始注入树脂，直到树脂完全浸透预制件。注胶完毕后，将模具的进料口和出料口堵死，放入烘箱，为固化做准备；
(6)固化：采用固化制度：130℃固化2h、150℃固化lh、160℃固化8h、180℃固化3h，固化完成后，关闭烘箱，待模具自然冷却；
(7)开模：打开模具，取出试件。
上述模具为五连式的实心钢模，即一次复合固化，可以获得5件尺寸相同的制件，该模具可以通过选用不同尺寸的钢条，来满足制品尺寸的要求。
上述树脂由TDE﹣86#环氧树脂、70#酸酐以及苯胺按照一定比例配制而成，其密度为1.2g/cm3，因此，复合固化后，各试件的纤维体积含量如表差别甚小。
本发明工艺的原理为：在一定的温度和压力下，将液态树脂注入耐压的密闭模具，使其浸润已预先填满模腔的增强材料，继而固化成型，脱模获得制品。在装模过程中，需要对模具进行定位、压实等操作，这会在一定程度上对预制件压密，使其孔隙减小，从而影响树脂在模腔和预制件中的传导性。因此，本发明工艺系统对树脂的粘度有一定的要求，通常要求其粘度在0.11Pa·S～lPa·S之间。如果树脂粘度过大，不仅渗透比较困难，树脂注入所需的压力较大、时间较长，而且树脂中的气泡也不易被除尽，但如果树脂粘度过低的话，树脂流动时易形成湍流，会夹带着较多的气泡进入模具，使得制件的孔隙率也比较高，影响复合材料的性能。本发明所用的TDE－86#环氧树脂在温度55℃～80℃之间时，其粘度为0.2Pa·S～0.9Pa·S，能够很好地满足本工艺对树脂的要求。此外，在注入树脂时，需要采用真空辅助的方法，这样不仅可以排除模腔和树脂中的气泡和水分，也可增加树脂传递的压力，更为重要的是打开了模腔中树脂的传输通道，大大改善了纤维的浸润性。
综上所述，以上实施例仅用以说明本发明而并非限制本发明所描述的技术方案；因此，尽管本说明书参照上述的各个实施例对本发明已进行了详细的说明，但是，本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或等同替换；而一切不脱离本发明的精神和范围的技术方案及其改进，其均应涵盖在本发明的权利要求范围中。

Claims (3)

1.一种树脂基三维编织复合材料成型工艺，其特征在于，包括如下步骤：
(1)预制件准备：装模前，先将三维编织预制件放置烘箱加热烘干，除去其中的水分，烘箱温度120℃，时间为2～3小时，烘干后将预制件取出并裁剪成所需尺寸，再称重；
(2)模具准备：装模前，对模具进行清理，除去模具上的残留树脂和锈斑等杂质，然后用脱模剂擦拭模具，擦拭2～3次，每次间隔30分钟，最后，铺放密封胶条；
(3)合模：将裁剪后的三维编织预制件放入模腔，合上模具，并对模具进行密封性检测，密封合格后，将模具放置烘箱预热，烘箱温度70℃，时间2～3小时；
(4)树脂配制：将环氧树脂、酸酐以及苯胺按照比例配制成树脂，然后对树脂进行预热，温度为100℃；
(5)注胶：保持烘箱温度在60℃，用真空泵将模具抽真空至﹣0.1MPa状态，然后，开始注入树脂，为保证树脂可以完全地浸透预制件，用压力泵给予0.2MPa的压力，至少回料三次，每次回料后，需将装树脂的反应釜静置至少10分钟，注胶完毕后，将模具的进料口和出料口堵死，放入烘箱；
(6)固化：采用固化制度，固化完成后，关闭烘箱，待模具自然冷却；
(7)开模：打开模具，取出试件。
2.根据权利要求1所述的树脂基三维编织复合材料成型工艺，其特征在于，所述固化制度是指130℃固化2h、150℃固化lh、160℃固化8h、180℃固化3h。
3.根据权利要求1所述的树脂基三维编织复合材料成型工艺，其特征在于，所述树脂由TDE﹣86#环氧树脂、70#酸酐以及苯胺按照比例配制而成，其密度为1.2g/cm3。
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