CN104924500B - 一种用于碳纤维增强树脂基复合材料成型的陶瓷模具及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于碳纤维增强树脂基复合材料成型的陶瓷模具及其制备方法，与现有技术相比，本发明的优点是(1)可用于除模压外所有的碳纤维复合材料成型工艺，模具制备工艺简单，可直接成型，避免多次翻模，尺寸更加精确；(2)采用特种结构陶瓷材料，同时加入增强纤维材料，与目前常用的金属、玻璃钢等模具材料相比具有良好的阻燃性能、较低的热膨胀系数、耐高温、耐化学腐蚀、耐磨损、高强度、高硬度、使用期长且成本低廉等优点，采用高品质釉层，表面光泽度高，减少制品后处理工序，提高生产效率。

Description

一种用于碳纤维增强树脂基复合材料成型的陶瓷模具及其制 备方法

技术领域

本发明涉及模具制造领域，具体涉及一种用于碳纤维增强树脂基复合材料成型的陶瓷模具及其制备方法。

背景技术

碳纤维增强树脂基复合材料具有高的比强度、比模量以及具有良好的抗疲劳性、耐腐蚀性、可设计性强等一系列优点，既可作为结构材料承载重荷又可作为功能材料发挥作用，已经广泛应用于航空航天、风电叶片制造、交通运输、建筑工程和体育器材等领域。

模具是碳纤维复合材料构件制造的主要工艺装备，用以确定制件的结构、形状以及表面质量，复合材料的模具设计及制造对复合材料构件的产品质量起着至关重要的作用。

目前碳纤维复合材料成型常用金属模具和复合材料模具。

金属模具特别是钢模,一般用于尺寸小,批量大的模压产品，因为模压产品不仅要加压,还要加热；也有用于外型不复杂的大型产品。但是金属模具的制造加工很困难、成本高，而且耐腐蚀性较差，易磨损。

玻璃钢模具具有质量轻、不吸湿、不易变形等优点。但是，玻璃钢模具由于强度较低不适用于模压工艺，且制造过程需要多次翻模，工艺繁琐复杂，对制造温度及环境要求较严；由于其多选用不饱和聚酯、乙烯基酯或环氧树脂做为树脂基体，操作环境对人员身体健康不利；同时，玻璃钢模具阻燃性差，耐热温度较低，不适宜双马来酰亚胺等需要较高固化温度的树脂基复合材料。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种用于碳纤维增强树脂基复合材料成型的陶瓷模具及其制备方法，制备工艺简单、成本低廉；制备的陶瓷模具具有优良的耐热性和阻燃性，高强度和高硬度。

一种用于碳纤维增强树脂基复合材料成型的陶瓷模具，包括以下重量份的原料：

本发明提供的一种用于碳纤维增强树脂基复合材料成型的陶瓷模具的制备方法，包括以下步骤：

(1)、设计和制作一个原型；

(2)、以75-85重量份的陶瓷骨料为主要原料，混合1-3重量份的增强剂、0.1-0.5重量份的消泡剂，0.2-0.5重量份的表面活性剂，15-20重量份的水配制陶瓷浆液；

(3)、在原型上翻制陶瓷模板，干燥；

(4)、脱模；

(5)、配制釉层浆液，在模具表面涂覆0.6mm-1.0mm厚的釉层，充分干燥；

(6)、重复步骤(1)-(5)制备原型模板背层；

(7)、将陶瓷模具进行烧制，温度控制在500-600℃，保持1-2小时，然后以50℃/h进行升温，温度升至在1400-1500℃时保温5-6小时后冷却；

(8)、对模具进行打磨、抛光等后处理；

(9)、将陶瓷模具涂3-5层封孔剂。

所述陶瓷模具采用特种结构陶瓷，耐磨损，高强度，耐热、耐冲击，硬质、高刚性、低热膨胀性和隔热。

进一步的，步骤(2)中陶瓷骨料为瓷粉、矾土、氧化铝粉、氧化钛、锆英石、碳化硅、粘土中的一种或几种。

进一步的，步骤(2)中增强剂为纤维增强剂，包括玻璃纤维、碳纤维、硼纤维、芳纶纤维、碳化硅纤维等短切纤维中的一种或几种，纤维长度为0.5-1.0mm。

进一步的，步骤(2)中消泡剂为市售的消泡剂中的一种或几种，主要起消除气泡的作用。

进一步的，步骤(2)中表面活性剂为市售的表面活性剂中的一种或几种，主要起分散作用。

进一步的，步骤(3)中在原型上翻制陶瓷模板的方法为：将陶瓷浆液涂覆于原型模板面层，厚度为0.5-1mm，涂覆要求均匀密实，待干燥后，涂覆第二层胶液，直到达到所需厚度3.0-10.0mm，充分干燥。

进一步的，步骤(5)中釉层浆液为常用市售石灰釉、长石釉、铅釉或硼釉中的一种，为低膨胀型釉层，加入15-30重量份的水搅拌均匀，采用浸釉法、淋釉法、喷釉法中的一种工艺涂装釉层，保证釉层均匀，无气泡、表面光洁。

进一步的，步骤(8)中封孔剂为甘油酯树脂、酚醛树脂、钝化铬酸锌、沥青基铝浆、硅铝树脂、聚酰亚胺树脂、微晶石腊中的一种。

与现有技术相比，本发明的优点是(1)采用特种结构陶瓷材料制作碳纤维复合材料的成型模具，可用于除模压外所有的碳纤维复合材料成型工艺，模具制备工艺简单，可直接成型，避免多次翻模，尺寸更加精确；(2)采用特种结构陶瓷材料，同时加入增强纤维材料，与目前常用的金属、玻璃钢等模具材料相比具有良好的阻燃性能、较低的热膨胀系数、耐高温、耐化学腐蚀、耐磨损、高强度、高硬度、使用期长且成本低廉等优点，采用高品质釉层，表面光泽度高，减少制品后处理工序，提高生产效率。

附图说明

图1为按照本发明的方法，制备的一种应用于碳纤维增强树脂基复合材料的成型模具示意图。

1为定位；2为阳模；3为阴模；4为制品(模具内腔)；5为紧固。

具体实施方式

为了进一步说明而不是限制本发明的上述实施方法，下面结合附图和实施例对本发明进一步说明，但并不因此将本发明限制在所述的实施范围内，所有这些构思应视为本技术所公开的内容和本发明的保护范围。

实施例1

一种用于碳纤维增强树脂基复合材料成型的陶瓷模具的制备方法，包括以下步骤：

(1)、设计和制作一个如附图1所述的的碗状原型模板；根据所采用的工艺，合理设计模具结构，如锁模机构、浇注系统、密封系统、排气口设计、溢胶口设计、顶出机构等结构；

(2)、将45重量份的瓷粉，30重量份的氧化铝粉，4重量份矾土，2重量份0.5mm的碳纤维增强剂，0.5重量份的消泡剂(二甲基硅油)，0.5重量份的表面活性剂(聚甲基丙烯酸纳)，18重量份的水混合均匀，配制得到陶瓷浆液；

(3)、将陶瓷胶液涂覆于原型模板面层，厚度为1mm，待干燥后，涂覆第二层胶液，直到达到所需厚度5.0mm，充分干燥；

(4)、脱模；

(5)、配制铅釉浆液，采用市售的长石釉釉粉，加25重量份水搅拌均匀，采用喷釉法通过多次喷涂，在陶瓷模板面层表面形成0.6mm的釉层；

(6)、将陶瓷模板面层进行烧制，温度控制在600℃，保持1小时,然后以50℃/h进行升温，温度升至在1500℃时保温5小时后冷却；

(7)、重复[0026]-[0030]的步骤制备原型模板背层；

(8)、将原型模板面层和原型模板背层按模具结构设计进行后处理，安装锁模机构，注胶口、排气口、密封系统等结构。

(9)、对模具进行打磨、抛光等后处理。

(10)、将陶瓷模具涂5层封孔剂；

(11)、将陶瓷模具涂2层脱模剂；

(12)、进行碳纤维增强复合材料成型工序。

实施例2

一种用于碳纤维增强树脂基复合材料成型的陶瓷模具的制备方法，包括以下步骤：

(1)、设计和制作一个如附图1所述的的碗状原型模板；根据所采用的工艺，合理设计模具结构，如锁模机构、浇注系统、密封系统、排气口设计、溢胶口设计、顶出机构等结构；

(2)、将40重量份的瓷粉，35重量份的碳化硅粉，5重量份矾土，2重量份0.8mm的玻璃纤维增强剂，0.3重量份的消泡剂(二甲基硅油)，0.2重量份的表面活性剂(聚羧酸系分散剂)，17.5重量份的水混合均匀，配制得到陶瓷浆液；

(3)、将陶瓷胶液涂覆于原型模板面层，厚度为1mm，待干燥后，涂覆第二层胶液，直到达到所需厚度8.0mm，充分干燥；

(4)、脱模；

(5)、配制铅釉浆液，采用市售的铅釉釉粉，加28重量份水搅拌均匀，采用喷釉法通过多次喷涂，在陶瓷模板面层表面形成0.6mm的釉层；

(6)、将陶瓷模板面层进行烧制，温度控制在500℃，保持1.5h，然后以50℃/h进行升温，温度升至在1400℃时保温6小时后冷却；

(7)、重复[0026]-[0030]的步骤制备原型模板背层；

(8)、将原型模板面层和原型模板背层按模具结构设计进行后处理，安装锁模机构，注胶口、排气口、密封系统等结构。

(9)、对模具进行打磨、抛光等后处理。

(10)、将陶瓷模具涂3层封孔剂；

(11)、将陶瓷模具涂3层脱模剂；

(12)、进行碳纤维增强复合材料成型工序。

以上对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种用于碳纤维增强树脂基复合材料成型陶瓷模具，其特征在于，所述用于碳纤维增强树脂基复合材料成型陶瓷模具包括以下重量份的原料：

陶瓷骨料 75-85重量份

增强剂 1-3重量份

消泡剂 0.1-0.5重量份

表面活性剂 0.2-0.5重量份

水 15-20重量份；

所述的用于碳纤维增强树脂基复合材料成型的陶瓷模具的制备方法，包括以下步骤：

（1）、设计和制作一个原型；

（2）、以75-85重量份的陶瓷骨料为主要原料，混合1-3重量份的增强剂、0.1-0.5重量份的消泡剂，0.2-0.5重量份的表面活性剂，15-20重量份的水配制陶瓷浆液；

（3）、在原型上翻制陶瓷模板，干燥；

（4）、脱模；

（5）、配制釉层浆液，在模具表面涂覆0.6mm-1.0mm厚的釉层，充分干燥；

（6）、重复步骤（1）-（5）制备原型模板背层；

（7）、将陶瓷模具进行烧制，温度控制在500-600℃，保持1-2小时，然后以50℃/h进行升温，温度升至在1400-1500℃时保温5-6小时后冷却；

（8）、对模具进行打磨、抛光后处理；

（9）、将陶瓷模具涂3-5层封孔剂；

所述陶瓷模具采用特种结构陶瓷；

步骤（2）中陶瓷骨料为氧化钛、锆英石或碳化硅中的一种或几种；

步骤（2）中增强剂为纤维增强剂，包括玻璃纤维、碳纤维、硼纤维、芳纶纤维、碳化硅纤维短切纤维中的一种或几种，纤维长度为0.5-1.0mm。

2.根据权利要求1所述的用于碳纤维增强树脂基复合材料成型的陶瓷模具，其特征在于，步骤（3）中在原型上翻制陶瓷模板的方法为：将陶瓷浆液涂覆于原型模板面层，厚度为0.5-1mm，涂覆要求均匀密实，待干燥后，涂覆第二层胶液，直到达到所需厚度3.0-10.0mm，充分干燥。

3.根据权利要求1所述的用于碳纤维增强树脂基复合材料成型的陶瓷模具，其特征在于，步骤（5）中釉层浆液为常用市售石灰釉、长石釉、铅釉或硼釉中的一种，为低膨胀型釉层，加入15-30重量份的水搅拌均匀，采用浸釉法、淋釉法、喷釉法中的一种工艺涂装釉层。

4.根据权利要求1所述的用于碳纤维增强树脂基复合材料成型的陶瓷模具，其特征在于，步骤（9）中封孔剂为甘油酯树脂、酚醛树脂、钝化铬酸锌、沥青基铝浆、硅铝树脂、聚酰亚胺树脂、微晶石腊中的一种。