CN103831971A - 硅胶内芯模加热固化预浸环氧树脂纤维成型方法及其制品 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种硅胶内芯模加热固化预浸环氧树脂纤维成型方法及其制品，其中方法步骤包括：(1)制作硅胶内芯模具：依据纤维制品的形状，制作硅胶内芯模具；(2)制作硅胶内芯：将硅胶原料放入硅胶内芯模具内，并填实，然后加热硫化，冷却后出模，整修后即得硅胶内芯；(3)贴预浸环氧树脂纤维布：在整修后的硅胶内芯表面贴预浸环氧树脂纤维布；(4)加热成型；(5)冷却、脱模，即得纤维制品。本发明极大拓展了碳纤维、玻璃纤维等复合材料应用范围，并且在降低生产成本，提高生产效率及利于环保等方面效果显著。

Description

硅胶内芯模加热固化预浸环氧树脂纤维成型方法及其制品
技术领域
本发明涉及一种加热固化成型方法及其制品，尤其涉及一种硅胶内芯模加热固化预浸环氧树脂纤维成型方法及其制品。
背景技术
碳纤维制品，一般是指以碳纤维预浸环氧树脂布为原材料，通过不同的加工方法，加工成为能够满足使用要求的材料制品，如体育用碳纤维高尔夫棒、网球拍、羽毛球拍、赛车、弓箭、跳竿、冰球棒、游艇、赛艇、滑翔机、人力飞机、帆船桅杆、摩托车及登山用品，如登山杖、滑雪杖、攀岩头盔等。
由于碳纤维拥有极高的弹性模量及抗拉强度，环氧树脂具有极强的结合能力及抗冲击性。利用碳纤维和环氧树脂结合，制造出的碳纤维制品具有极高的强度，远超过同体积或同重量的金属制品，因此在现代工业中使用越来越广泛。目前碳成型的工艺大致可分以下四种：
1、内充气外模压加热固化法
其基本原理为：用耐热且强度较高的尼龙或其他塑料做成风管(或称内胆)，一端闭合，另一端装上风嘴。然后用已预浸好环氧树脂的碳纤维布贴在风管的外面，放在模具里，充气加热固化。该法优点在于：产品的内部是空心的，重量轻，模具成本低。但此方法的缺点是：产品各部位的外径必须相近且转角平顺，否则气压很难撑开，因此应用范围受限，只能用在制作网球拍、羽毛球拍等产品上。
2、内钢芯外缠胶带加热成型法
其原理为：在钢芯外缠预浸环氧树脂的碳纤维布，然后再用胶带缠紧，直接加热固化，固化后把钢芯抽出。该法优点在于：可用机器缠绕碳纤维布，生产效率很高；且碳纤维布能够缠绕得非常紧密，可提高强度；可大批量在烤箱里加热，加热效率高；模具开发成本低等优点。但其不足之处在于：使用范围狭窄，只能制造高尔夫、钓鱼杆等很有规则的圆管状产品。
3、内发泡芯外模加热成型法
其原理是：使用发泡树脂先预作发泡内芯，然后在发泡内芯上贴预浸好环氧树脂的碳纤维布，进入模具加热，利用发泡内芯加热后二次膨胀的能力成型。它最大的优点在于：可以加工任何形状的物品。然而其缺点十分明显：一是发泡内芯只能使用一次，不可重复使用，生产成本较高；二是发泡内芯难以取出，将增加产品重量；三是树脂二次发泡的倍率不可控制，且必须要用外模固定，从而增加了模具成本。
4、真空导流法
该法原理在于：在开放式的模具上预先铺上塑胶隔离布，埋上抽真空管及树脂导入管，然后铺上所需的纤维布(未含浸树脂)，再在纤维布上铺上密封性的盖膜。一切准备就绪后，一边用真空泵抽真空，另一边用高压气泵打入树脂，树脂就随着抽真空的线路导入整个部件。其优点是：模具成本低，适用于制造大部件，如游艇及风力发电的叶片。但也存在缺点：效率低，尤其在生产小件物品上效率更低，难以进行标准化生产，品质稳定性差。
以上各种工艺或方法虽各有其优势，但其共同的缺点是：难以生产形状异型、且重量要求比较轻的较小体积物品，如：高档碳纤维成型鞋子、碳纤维管的三通及弯角、异型棒球棒以及半封闭的箱状物等。
发明内容
本发明的基本原理为：利用硅胶的稳定且较大系数的(约2％)热胀冷缩特性，加热后硅胶内芯同样具有内部气囊或其他内发泡芯的效果，即从内部挤压纤维布，使之各层之间结合紧密(结合越紧密则强度越高)；利用硅胶对环氧树脂非常优良的离型性能，可最大限度减少脱模剂的使用。
本发明要达到的目的是：针对现有技术的缺陷，提供一种硅胶内芯模加热固化强化纤维成型的方法及其制品，该发明极大拓展了环氧预浸纤维布的使用空间，能够生产以前方法难以生产的异型物品，且兼具降低生产成本，提高生产效率及环保的效果。
本发明采用如下技术方案：硅胶内芯模加热固化预浸环氧树脂纤维成型方法，步骤包括：(1)制作硅胶内芯模具：依据纤维制品的形状，制作相应的硅胶内芯模具；(2)制作硅胶内芯：将硅胶原料放入硅胶内芯模具内，并填实，然后进入热压机台加热硫化，冷却后出模，整修后即得硅胶内芯；(3)贴预浸环氧树脂纤维布：在整修后的硅胶内芯表面贴预浸环氧树脂纤维布；(4)加热成型：若纤维制品的精度要求高，则将贴上预浸环氧树脂纤维布的硅胶内芯置于产品成型模具内，用热压机台加热；反之，若纤维制品的精度要求不高，则在预浸环氧树脂纤维布外周用胶带缠紧后置于烤箱内直接加热；(5)冷却、脱模，即得纤维制品。
上述步骤(1)的硅胶内芯模具为金属模具。
上述步骤(3)的预浸环氧树脂纤维布为预浸环氧树脂的碳纤维布、玻璃纤维布或芳族聚酰胺纤维布。
上述硅胶内芯模加热固化预浸环氧树脂纤维成型方法还包括步骤(6)：对冷却脱模后的纤维制品进行整修、涂装。
上述步骤(2)的加热温度为150℃，加热时间为10分钟至60分钟。
上述步骤(4)的加热温度为150℃，其中在热压机台内加热30分钟，在烤箱里加热1小时至2小时。
上述步骤(4)的胶带为OPP胶带。
本发明另一技术方案为：采用上述硅胶内芯模加热固化预浸环氧树脂纤维成型方法生产的制品，该制品包括鞋子、吉他、棒球棒、箱盒状物、空心的碳纤维或玻璃纤维的弯头或三通。
本发明极大拓展了碳纤维、玻璃纤维等复合材料应用范围，并且在降低生产成本，提高生产效率及利于环保等方面效果显著。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
硅胶内芯模加热固化预浸环氧树脂纤维成型方法，包括以下步骤：(1)制作硅胶内芯模具：依据纤维制品的形状，制作硅胶内芯模具；(2)制作硅胶内芯：选用硬度和热膨胀系数适当的硅胶原料放入硅胶内芯模具内，并填实，一般在150℃温度下加热硫化10分钟至60分钟(加热时间视硅胶内芯及模具的大小而定)，冷却后出模，整修后即得硅胶内芯；(3)贴预浸环氧树脂纤维布：在整修后的硅胶内芯表面贴预浸环氧树脂纤维布(相对其他方法，此方法可贴得最密实)；(4)加热成型：根据纤维制品的精度要求，选用不同的途径加热成型，若纤维制品的精度要求高，则将贴上预浸环氧树脂纤维布的硅胶内芯置于产品成型模具内，用热压机台加热，加热温度一般控制在150℃，加热时间一般为30分钟；反之，若纤维制品的精度要求不高，则在预浸环氧树脂纤维布外周用胶带缠紧后直接置于烤箱内加热，加热温度一般控制在150℃，加热时间一般为1小时至2小时；(5)冷却、脱模，即得纤维制品。
上述步骤(1)的硅胶内芯模具选用以钢或铝为材质的金属模具。
上述步骤(3)的预浸环氧树脂纤维布为预浸环氧树脂的碳纤维布、玻璃纤维布或芳族聚酰胺纤维布。
上述步骤(4)的产品成型模具一般选用钢模。
上述步骤(4)的胶带可选用最常见的OPP封箱胶带，0PP胶带即BOPP胶带，BOPP是“Biaxially Oriented Polypropylene”的缩写，即双向拉伸聚丙烯胶带。
本发明方法还包括步骤(6)：对冷却脱模后的纤维制品进行整修、涂装，可进一步提升制品的品质及档次，并提升其实用性。
通过上述工艺方法，可以制作的产品种类繁多，如鞋、异形(不规则)棒球棒、碳纤维或玻璃纤维吉他、空心的碳纤维或玻璃纤维管的三通、弯头以及各种半密封状箱状物。
硅胶具有：化学性质稳定、较高的机械强度、环保且对人体无毒害作用(广泛用于制作奶嘴、胸罩等产品)等优点外；其更具有：热稳定性好、稳定的热膨胀系数以及对环氧树脂非常优良的离型性能。
利用硅胶的稳定且较大系数的(约2％)热胀冷缩特性，硅胶内芯同样具有内部气囊或其他内发泡芯的效果；利用硅胶对环氧树脂非常优良的离型性能，可避免使用脱模剂。
由于环氧树脂等对大部分的材料都具有极佳的粘接力，为了制品从模具中顺利取出，必须在模具的工作面上涂脱模剂(即离型剂)。离型剂的使用不但增加成本，且提高了操作难度，尤其在这种情况下将变得非常困难：如果必须使用金属内芯，且内芯在成型后必须取出，则必须在金属内芯上上涂脱模剂，在此金属内芯上粘帖预浸纤维布将变得非常困难。
本发明可最大限度减少脱模剂的使用，不但降低成本、利于环保，也为纤维制品后段的涂装带来便利。
总之，本发明具有以下有益技术效果：
1、可以极大地拓展碳纤维或玻璃纤维的使用范围，特别是在高档商品上使用(如适合制造高档女式时装鞋、异型棒球棒、碳纤维吉他等)，克服以往一些异型物品无法利用碳纤维成型的技术困境。
2、可以改善以往很多半封闭状异型物品的生产工艺，提高生产效率、降低生产成本且利于环保，表现在：硅胶内芯可从纤维制品内部轻易取出并可重复使用，从而降低生产成本；可在硅胶内芯上直接贴预浸环氧树脂纤维布，避免了使用离型剂，使制品排除了离型剂的干扰，极大地提高了生产效率且利于环保。

Claims (8)

1.硅胶内芯模加热固化预浸环氧树脂纤维成型方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)制作硅胶内芯模具：依据纤维制品的形状，制作相应的硅胶内芯模具；
(2)制作硅胶内芯：将硅胶原料放入硅胶内芯模具内，并填实，然后进入热压机台加热硫化，冷却后出模，整修后即得硅胶内芯；
(3)贴预浸环氧树脂纤维布：在整修后的硅胶内芯表面贴预浸环氧树脂纤维布；
(4)加热成型：若纤维制品的精度要求高，则将贴上预浸环氧树脂纤维布的硅胶内芯置于产品成型模具内，用热压机台加热；反之，若纤维制品的精度要求不高，则在预浸环氧树脂纤维布外周用胶带缠紧后置于烤箱内加热；
(5)冷却、脱模，即得纤维制品。
2.根据权利要求1所述的硅胶内芯模加热固化预浸环氧树脂纤维成型方法，其特征在于，所述步骤(1)的硅胶内芯模具为金属模具。
3.根据权利要求1所述的硅胶内芯模加热固化预浸环氧树脂纤维成型方法，其特征在于，所述步骤(3)的预浸环氧树脂纤维布为预浸环氧树脂的碳纤维布、玻璃纤维布或芳族聚酰胺纤维布。
4.根据权利要求1所述的硅胶内芯模加热固化预浸环氧树脂纤维成型方法，其特征在于，还包括步骤(6)：对冷却脱模后的纤维制品进行整修、涂装。
5.根据权利要求1所述的硅胶内芯模加热固化预浸环氧树脂纤维成型方法，其特征在于，所述步骤(2)的加热温度为150℃，加热时间为10分钟至60分钟。
6.根据权利要求1所述的硅胶内芯模加热固化预浸环氧树脂纤维成型方法，其特征在于，所述步骤(4)的加热温度为150℃，其中在热压机台内加热30分钟，在烤箱里加热1小时至2小时。
7.根据权利要求1所述的硅胶内芯模加热固化预浸环氧树脂纤维成型方法，其特征在于，所述步骤(4)的胶带为OPP胶带。
8.采用权利要求1至7任一项所述的硅胶内芯模加热固化预浸环氧树脂纤维成型方法生产的制品，其特征在于，所述制品包括鞋子、吉他、棒球棒、半封闭状箱状物、空心的碳纤维或玻璃纤维的弯头或三通。
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