CN105584057A - 一种碳纤维/环氧树脂预浸料的热压罐成型方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于碳纤维复合材料技术领域，具体为一种碳纤维/环氧树脂预浸料的热压罐成型方法。本发明方法包括如下步骤：模具涂覆脱模剂，预浸料铺层，模具放入真空袋，装入真空袋的模具放入热压罐，检查真空袋气密性，预浸料固化成型。其所述预浸料固化成型包括下述步骤：(1)在压力为0，温度为75～85℃下，预固化30～45min；(2)在压力为0.3～0.5MPa，温度为120～130℃下，固化120min。本发明提供的热压罐成型方法具有压力、温度均匀的特点，所制备的层合板力学性能优良，尺寸稳定性好。
Description
技术领域
本发明涉及一种碳纤维复合材料的成型方法，具体涉及一种碳纤维/环氧树脂预浸料的热压罐成型方法。
背景技术
碳纤维具有高强度、高模量、耐高温、耐腐蚀、耐疲劳、抗蠕变、导电、传热、相对密度小和热膨胀系数小等优异性能，被广泛应用于航空航天、文体器材、医用器材、新能源、土木建筑、交通运输、电子电气和机械等众多领域。但这样广泛的应用领域，碳纤维却很少直接使用，它大多是经深加工制成中间产物或复合材料。预浸料就是其应用的最重要的形式。它是制造复合材料的中间材料，它的一些性质直接带入复合材料中，是复合材料的基础。复合材料的性能在很大程度上取决于预浸料的性能。
通过预浸料制备复合材料的主要成型方法有模压成型与热压罐成型。复合材料热压罐成型工艺，是制造航空用高质量树脂基复合材料制件的主要方法，适用于制造高纤维含量和低空隙率的复合材料。由于热压罐是用压缩空气向热压罐内充气加压，因此气体作用在真空袋内的构件上压力均匀。尺寸大的热压罐内一次可放置多层模具，模具相对比较简单，效率高。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种碳纤维/环氧树脂预浸料的热压罐成型方法，其通过改善预浸料热压罐成型的固化工艺，解决了传统模压成型制品孔隙率大，力学性能相对较低，尤其是层间剪切强度差、制品易变形的技术问题。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现。
一种碳纤维/环氧树脂预浸料的热压罐成型方法，包括如下步骤：其包括如下步骤：模具涂覆脱模剂，预浸料铺层，将铺放好的工艺组件放入真空袋，装入真空袋的模具放入热压罐，检查真空袋气密性，预浸料固化成型，自然冷却；其中：所述预浸料固化成型包括下述步骤：
(1)在压力为0，温度为75～85℃下，预固化30～45min；
(2)在压力为0.3～0.5MPa，温度为120～130℃下，固化120min。
本发明中，所述碳纤维为T300、T700、T800、AS4、IM7、IM600或SCF35S，每束丝束为3K、6K或12K。
本发明中，所述环氧树脂为外购的玻璃化温度为120～130℃，70℃条件下粘度为15～30Pa·s的配方树脂。
本发明中，所述模具的材质为钢或铝。
本发明中，所述脱模剂为外脱模剂，选自硅油、硅橡胶、硅脂、凡士林中的一种。
本发明中，所述预浸料铺层时，将预浸料表面的PE膜揭掉，两两贴合，并用热熨斗压实以赶走其中的气泡，减少制品中的空隙率，热熨斗的温度为40℃～60℃，共铺贴16～24层。
本发明中，所述工艺组件从下到上依次为透气毡、下模具、锡箔、脱模布、预浸料层、脱模布、锡箔、上模具和透气毡。
本发明中，所述检查真空袋气密性包括如下步骤：步骤(1)打开真空泵、泵真空阀，罐真空阀，抽真空，真空表显示值为-0.1MPa；步骤(2)关闭真空泵与泵真空阀，检查真空袋的气密性，若真空表指针回升，则说明真空袋漏气；步骤(3)关闭真空泵与罐真空阀，打开泵真空阀，检查真空管道，若真空表指针回升，则说明真空管道漏气。
本发明中，所述预浸料固化成型时的升温速度为1～5℃/min。
本发明具有如下有益效果：
(1)本发明制备的复合材料制品孔隙率小、尺寸稳定性高、力学性能优良，拉伸强度达到1691MPa，拉伸模量达到138GPa，弯曲强度1696MPa，弯曲模量123GPa，层间剪切强度达到108.8GPa。层合板的力学性能测试采用Instron3382材料试验机，拉伸试验按照ISO527标准，弯曲试验按照ISO14125标准，层间剪切试验按照ISO14130标准进行。
(2)本发明采用国产碳纤维制备的复合制品性能优良，为促进国内碳纤维的开发应用具有重要意义。
(3)本发明中所用辅材来源广泛，成本低廉，为制备高品质的复合材料提供了现实基础。
具体实施方式：
下面结合实施例对本发明做进一步详细说明。
实施例1
将NaSCN法生产的T300级碳纤维所加工的环氧预浸料，裁剪成35cm*35cm的规格，揭掉预浸料表面的PE膜，两两贴合，并用热熨斗压实以赶走其中的气泡，减少制品中的空隙率，热熨斗的温度为40℃，共铺贴16层。
在模具上涂覆硅油，并按以下工艺组合进行铺层：下模板/锡箔/脱模布/预浸料层/脱模布/锡箔/上模板。将该组合放入真空袋中贴上密封带，放入热压罐，插上真空管，检测真空袋气密性。
按照1℃/min的升温速率，75℃/30min+120℃/2h进行固化。并且，在120℃/2h的固化过程中，加压0.4MPa。
本实施例得到的制品的拉伸强度1620MPa，拉伸模量达到132GPa，弯曲强度1633MPa，弯曲模量108GPa，层间剪切强度达到103.1GPa。
实施例2
将NaSCN法生产的T300级碳纤维所加工的环氧预浸料裁剪成35cm*35cm的规格，揭掉预浸料表面的PE膜，两两贴合，并用热熨斗压实以赶走其中的气泡，减少制品中的空隙率，热熨斗的温度为45℃，共铺贴18层。
在模具上涂覆硅油，并按以下工艺组合进行铺层：下模板/锡箔/脱模布/预浸料层/脱模布/锡箔/上模板。将该组合放入真空袋中贴上密封带，放入热压罐，插上真空管，检测真空袋气密性。
按照1℃/min的升温速率，75℃/45min+120℃/2h进行固化。并且，在120℃/2h的固化过程中，加压0.4MPa。
本实施例得到的制品的拉伸强度1625MPa，拉伸模量达到135GPa，弯曲强度1671MPa，弯曲模量116GPa，层间剪切强度达到105.6GPa。
实施例3
将NaSCN法生产的T300级碳纤维所加工的环氧预浸料裁剪成35cm*35cm的规格，揭掉预浸料表面的PE膜，两两贴合，并用热熨斗压实以赶走其中的气泡，减少制品中的空隙率，热熨斗的温度为45℃，共铺贴19层。
在模具上涂覆硅油，并按以下工艺组合进行铺层：下模板/锡箔/脱模布/预浸料层/脱模布/锡箔/上模板。将该组合放入真空袋中贴上密封带，放入热压罐，插上真空管，检测真空袋气密性。
按照3℃/min的升温速率，80℃/30min+120℃/2h进行固化。并且，在120℃/2h的固化过程中，加压0.4MPa。
本实施例得到的制品的拉伸强度1656MPa，拉伸模量达到136GPa，弯曲强度1677MPa，弯曲模量118GPa，层间剪切强度达到107.5GPa。
实施例4
将NaSCN法生产的T300级碳纤维所加工的环氧预浸料裁剪成35cm*35cm的规格，揭掉预浸料表面的PE膜，两两贴合，并用热熨斗压实以赶走其中的气泡，减少制品中的空隙率，热熨斗的温度为45℃，共铺贴20层。
在模具上涂覆硅油，并按以下工艺组合进行铺层：下模板/锡箔/脱模布/预浸料层/脱模布/锡箔/上模板。将该组合放入真空袋中贴上密封带，放入热压罐，插上真空管，检测真空袋气密性。
按照3℃/min的升温速率，80℃/30min+125℃/2h进行固化。并且，在125℃/2h的固化过程中，加压0.4MPa。
本实施例得到的制品的拉伸强度1691MPa，拉伸模量达到138GPa，弯曲强度1696MPa，弯曲模量123GPa，层间剪切强度达到108.8GPa。
实施例5
将NaSCN法生产的T300级碳纤维所加工的环氧预浸料裁剪成35cm*35cm的规格，揭掉预浸料表面的PE膜，两两贴合，并用热熨斗压实以赶走其中的气泡，减少制品中的空隙率，热熨斗的温度为45℃，共铺贴22层。
在模具上涂覆硅油，并按以下工艺组合进行铺层：下模板/锡箔/脱模布/预浸料层/脱模布/锡箔/上模板。将该组合放入真空袋中贴上密封带，放入热压罐，插上真空管，检测真空袋气密性。
按照3℃/min的升温速率，80℃/30min+125℃/2h进行固化。并且，在125℃/2h的固化过程中，加压0.4MPa。
本实施例得到的制品的拉伸强度1676MPa，拉伸模量达到137GPa，弯曲强度1685MPa，弯曲模量120GPa，层间剪切强度达到97.6GPa。
Claims (9)
1.一种碳纤维/环氧树脂预浸料的热压罐成型方法，其包括如下步骤：模具涂覆脱模剂，预浸料铺层，将铺放好的工艺组件放入真空袋，装入真空袋的模具放入热压罐，检查真空袋气密性，预浸料固化成型，自然冷却；其特征在于，所述预浸料固化成型包括下述步骤：
(1)在压力为0，温度为75～85℃下，预固化30～45min；
(2)在压力为0.3～0.5MPa，温度为120～130℃下，固化120min。
2.根据权利要求1所述的热压罐成型方法，其特征在于，所述碳纤维为T300、T700、T800、AS4、IM7、IM600或SCF35S，每束丝束为3K、6K或12K。
3.根据权利要求1所述的热压罐成型方法，其特征在于，所述环氧树脂为玻璃化温度为120～130℃，70℃条件下粘度为15～30Pa·s的配方树脂。
4.根据权利要求1所述的热压罐成型方法，其特征在于，所述模具的材质为钢或铝。
5.根据权利要求1所述的热压罐成型方法，其特征在于，所述脱模剂为外脱模剂，选自硅油、硅橡胶、硅脂或凡士林中任一种。
6.根据权利要求1所述的热压罐成型方法，其特征在于，所述预浸料铺层时，将预浸料表面的PE膜揭掉，两两贴合，并用热熨斗压实以赶走其中的气泡，减少制品中的空隙率，热熨斗的温度为40℃～60℃，共铺贴16～24层。
7.根据权利要求1所述的热压罐成型方法，其特征在于，所述工艺组件从下到上依次为透气毡、下模具、锡箔、脱模布、预浸料层、脱模布、锡箔、上模具和透气毡。
8.根据权利要求1所述的热压罐成型方法，其特征在于，所述检查真空袋气密性包括如下步骤：(1)打开真空泵、泵真空阀，罐真空阀，抽真空，真空表显示值为-0.1MPa；(2)关闭真空泵与泵真空阀，检查真空袋的气密性，若真空表指针回升，则说明真空袋漏气；(3)关闭真空泵与罐真空阀，打开泵真空阀，检查真空管道，若真空表指针回升，则说明真空管道漏气。
9.根据权利要求1所述的热压罐成型方法，其特征在于，预浸料固化成型时，升温速度为1～5℃/min。
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