CN106273548A

CN106273548A - 等离子体处理高性能纤维的车用轻量化复合材料制备方法

Info

Publication number: CN106273548A
Application number: CN201610840768.9A
Authority: CN
Inventors: 祝成炎; 赵勇; 田伟; 申晓; 张旻霜; 蔡冯杰
Original assignee: Zhejiang Sci Tech University ZSTU
Current assignee: Zhejiang Sci Tech University ZSTU
Priority date: 2016-09-22
Filing date: 2016-09-22
Publication date: 2017-01-04

Abstract

本发明公开了一种等离子体处理高性能纤维的车用轻量化复合材料制备方法，以玻纤、芳纶、高强聚乙烯纤维中的两种或三种为原料，采用等离子体处理仪处理玻纤、芳纶、高强聚乙烯纤维，对玻纤、芳纶、高强聚乙烯纤维采用并捻处理,设计机织物类型并设计相适应的组织图、上机图；在SL800半自动织物试样机上织造玻纤、芳纶、高强聚乙烯纤维机织物为预制件，将单个或多个预制件层叠铺层在模具中，采用真空灌注成型工艺灌注环氧树脂与聚酰胺树脂基体，制得具有界面结合效果良好、高性能的纤维增强车用轻量化复合材料。本发明用来解决高性能纤维增强复合材料容易分层的问题。具有成本低、质轻、性价比高、综合性能优良的特点。

Description

等离子体处理高性能纤维的车用轻量化复合材料制备方法

技术领域

本发明涉及一种等离子体处理高性能纤维的车用轻量化复合材料制备方法，尤其是以等离子体处理的高性能纤维为增强材料，以聚酰胺树脂与环氧树脂为基体的车用轻量化复合材料的制备方法。

背景技术

高性能的复合材料已经广泛应用于各种领域，尤其是应用的航空航天方面。近些年，先进的纤维增强复合材料也在民用方面有着广泛应用。特别是汽车行业，一方面，由于其具有质轻的特点，大大减轻了汽车的重量，有效的减轻了汽车的耗油量；另一方面，因其具有高强度、耐磨耐腐蚀等优异性能，符合汽车安全性的标准要求，某些性能甚至优于本身的金属材料。纤维增强复合材料越来越受到关注，人们对车用轻量化复合材料研究也越来越深入，对复合材料进行各种优化设计。当前车用的纤维增强复合材料中存在易分层的问题，使得复合材料的力学性能大打折扣。

发明内容

本发明的目的在于提供一种等离子体处理高性能纤维的车用轻量化复合材料制备方法，用来解决高性能纤维增强复合材料容易分层的问题。本发明能制得具有界面结合效果良好、高性能的纤维增强车用轻量化复合材料。具有成本低、质轻、性价比高、综合性能优良的特点，而且整个工艺过程无污染、清洁，适合产业化大规模生产。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是：

一种等离子体处理高性能纤维的车用轻量化复合材料制备方法，以玻纤、芳纶、高强聚乙烯纤维中的两种或三种为原料，采用等离子体处理仪处理玻纤、芳纶、高强聚乙烯纤维，对玻纤、芳纶、高强聚乙烯纤维采用并捻处理,设计机织物类型并设计相适应的组织图、上机图；在SL800半自动织物试样机上织造玻纤、芳纶、高强聚乙烯纤维机织物为预制件，将单个或多个预制件层叠铺层在模具中，采用真空灌注成型工艺对模具中层叠的预制件内灌注环氧树脂与聚酰胺树脂混合基体，制得具有界面结合效果良好、高性能的纤维增强车用轻量化复合材料。

所述的设计机织物类型并设计相适应的组织图、上机图的步骤为：将玻纤、芳纶、高强聚乙烯纤维中的两种或三种机织物，根据各层经纱和纬纱的交织规律，画出玻纤、芳纶、高强聚乙烯纤维机织物结构示意图，根据其结构示意图画出玻纤、芳纶、高强聚乙烯纤维机织物组织图，最后根据其组织图画出玻纤、芳纶、高强聚乙烯纤维机织物上机图，采用玻纤、芳纶、高强聚乙烯纤维自身并捻复合线为经、纬纱；根据玻纤、芳纶、高强聚乙烯纤维机织物上机图，在SL800半自动织物试样机上织造制得玻纤、芳纶、高强聚乙烯纤维机织物。

所述的玻纤、芳纶、高强聚乙烯纤维采用并捻处理的步骤为：通过对玻纤、芳纶、高强聚乙烯纤维自身并合加捻复合方式制备细度为40~90tex玻纤、芳纶、高强聚乙烯纤维复合线。

所述单个或多个预制件是指将玻纤机织物或芳纶机织物或高强聚乙烯纤维机织物一层为一个结构单元即为1个预制件，所述的预制件的个数为1~5个。

所述的在SL800半自动织物试样机上织造玻纤、芳纶、高强聚乙烯纤维机织物类型为平纹、斜纹、缎纹织物组织中的一种。

所述的等离子体处理仪的等离子体处理时间为5~20min，处理压强30~60Pa，功率为100~160W。

所述真空灌注成型工艺采用真空度达-0.08Mpa以下的真空灌注设备，整个真空灌注过程需要20~50min。

所述的环氧树脂基体与聚酰胺树脂体积比为1：1。

本发明的有益效果是：本发明以玻纤、芳纶、高强聚乙烯纤维中的两种或三种为原料，利用了纤维之间的协同合作发挥优良性能，对高性能纤维采用冷等离子体处理，使得纤维表面变得凹凸不平，纤维与树脂间界面结合效果大大增加，解决了纤维类增强复合材料易分层的问题，改变原料铺层顺序、组织结构，可以得到不同厚度、不同界面结合方式的纤维增强复合材料，不同高性能纤维原料织造制得的机织物层叠，可以弥补单一纤维性能存在的缺陷，起到相互协同的作用。此外在真空灌注成型工艺的过程中，使其纤维树脂比更高、树脂的利用率高而使树脂不被浪费，最后制得一种成本低、质轻、性价比高、综合性能优良的车用轻量化复合材料，而且整个工艺过程无污染，制作工艺简单，适合产业化大规模生产。

具体实施方式

实施例1

本实施例的一种等离子体处理高性能纤维的车用轻量化复合材料制备方法，分别采用等离子体处理玻纤、芳纶纤维，处理时间设定为5min，处理压强设定为60Pa，处理功率设定为100W。根据各层经纱和纬纱的交织规律，并画出玻纤、芳纶纤维平纹机织物结构示意图，根据其结构示意图画出玻纤、芳纶纤维平纹机织物组织图，最后根据其组织图画出玻纤、芳纶纤维平纹机织物上机图，采用玻纤、芳纶纤维自身并捻复合线为经、纬纱，复合线细度40tex；根据玻纤、芳纶纤维平纹机织物上机图，分别在SL800半自动织物试样机上织造制得玻纤平纹机织物、芳纶纤维平纹机织物。选取玻纤平纹机织物3个结构单元（预制件），芳纶纤维平纹机织物3结构单元（预制件），进行交叉层叠铺层在模具中。采用真空灌注设备对模具中层叠的预制件内真空灌注环氧树脂与聚酰胺树脂混合基体，其中所述的环氧树脂基体与聚酰胺树脂体积比为1：1。所述真空灌注设备的真空度达-0.08Mpa以下，整个真空灌注过程需要20min；通风定型，制得一种等离子体处理高性能纤维的车用轻量化复合材料。

本实施例一种等离子体处理高性能纤维的车用轻量化复合材料制备方法，以玻纤、芳纶纤维为原料，利用了纤维之间的协同合作发挥优良性能，对高性能纤维采用冷等离子体处理，使得纤维表面变得凹凸不平，纤维与树脂间界面结合效果大大增加，解决了纤维类增强复合材料易分层的问题，改变原料铺层顺序、组织结构，可以得到不同厚度、不同界面结合方式的纤维增强复合材料，不同高性能纤维原料织造制得的机织物层叠，可以弥补单一纤维性能存在的缺陷，起到相互协同的作用。此外在真空灌注成型工艺的过程中，使其纤维树脂比更高、树脂的利用率高而使树脂不被浪费，最后制得一种成本低、质轻、性价比高、综合性能优良的车用轻量化复合材料，而且整个工艺过程无污染，制作工艺简单，适合产业化大规模生产。

实施例2

本实施例的一种等离子体处理高性能纤维的车用轻量化复合材料制备方法，分别采用等离子体处理玻纤、高强聚乙烯纤维，处理时间设定为10min，处理压强设定为50Pa，处理功率设定为120W。根据各层经纱和纬纱的交织规律，并画出玻纤、高强聚乙烯斜纹机织物结构示意图，根据其结构示意图画出玻纤、高强聚乙烯斜纹机织物组织图，最后根据其组织图画出玻纤、高强聚乙烯斜纹机织物上机图，采用玻纤、高强聚乙烯纤维自身并捻复合线为经、纬纱，复合线细度50tex；根据玻纤、高强聚乙烯斜纹机织物上机图，分别在SL800半自动织物试样机上织造制得玻纤斜纹机织物、高强聚乙烯斜纹机织物。选取玻纤斜纹机织物2个结构单元（预制件），高强聚乙烯斜纹机织物4结构单元（预制件），进行交叉层叠铺层在模具中。采用真空灌注设备对模具中层叠的预制件内真空灌注环氧树脂与聚酰胺树脂混合基体，其中所述的环氧树脂基体与聚酰胺树脂体积比为1：1。所述真空灌注设备的真空度达-0.08Mpa以下，整个真空灌注过程需要30min；通风定型，制得一种等离子体处理高性能纤维的车用轻量化复合材料。

本实施例一种等离子体处理高性能纤维的车用轻量化复合材料制备方法，以玻纤、高强聚乙烯纤维为原料，利用了纤维之间的协同合作发挥优良性能，对高性能纤维采用冷等离子体处理，使得纤维表面变得凹凸不平，纤维与树脂间界面结合效果大大增加，解决了纤维类增强复合材料易分层的问题，改变原料铺层顺序、组织结构，可以得到不同厚度、不同界面结合方式的纤维增强复合材料，不同高性能纤维原料织造制得的机织物层叠，可以弥补单一纤维性能存在的缺陷，起到相互协同的作用。此外在真空灌注成型工艺的过程中，使其纤维树脂比更高、树脂的利用率高而使树脂不被浪费，最后制得一种成本低、质轻、性价比高、综合性能优良的车用轻量化复合材料，而且整个工艺过程无污染，制作工艺简单，适合产业化大规模生产。

实施例3

本实施例的一种等离子体处理高性能纤维的车用轻量化复合材料制备方法，分别采用等离子体处理芳纶、高强聚乙烯纤维，处理时间设定为15min，处理压强设定为40Pa，处理功率设定为140W。根据各层经纱和纬纱的交织规律，并画出芳纶、高强聚乙烯纤维缎纹机织物结构示意图，根据其结构示意图画出芳纶、高强聚乙烯纤维缎纹机织物组织图，最后根据其组织图画出芳纶、高强聚乙烯纤维缎纹机织物上机图，采用芳纶、高强聚乙烯纤维自身并捻复合线为经、纬纱，复合线细度70tex；根据芳纶、高强聚乙烯纤维缎纹机织物上机图，分别在SL800半自动织物试样机上织造制得芳纶缎纹机织物、高强聚乙烯纤维缎纹机织物。选取芳纶缎纹机织物4个结构单元（预制件），高强聚乙烯缎纹机织物2结构单元（预制件），进行交叉层叠铺层在模具中。采用真空灌注设备对模具中层叠的预制件内真空灌注环氧树脂与聚酰胺树脂混合基体，其中所述的环氧树脂基体与聚酰胺树脂体积比为1：1。所述真空灌注设备的真空度达-0.08Mpa以下，整个真空灌注过程需要40min；通风定型，制得一种等离子体处理高性能纤维的车用轻量化复合材料。

本实施例一种等离子体处理高性能纤维的车用轻量化复合材料制备方法，以芳纶、高强聚乙烯纤维为原料，利用了纤维之间的协同合作发挥优良性能，对高性能纤维采用冷等离子体处理，使得纤维表面变得凹凸不平，纤维与树脂间界面结合效果大大增加，解决了纤维类增强复合材料易分层的问题，改变原料铺层顺序、组织结构，可以得到不同厚度、不同界面结合方式的纤维增强复合材料，不同高性能纤维原料织造制得的机织物层叠，可以弥补单一纤维性能存在的缺陷，起到相互协同的作用。此外在真空灌注成型工艺的过程中，使其纤维树脂比更高、树脂的利用率高而使树脂不被浪费，最后制得一种成本低、质轻、性价比高、综合性能优良的车用轻量化复合材料，而且整个工艺过程无污染，制作工艺简单，适合产业化大规模生产。

实施例4

本实施例的一种等离子体处理高性能纤维的车用轻量化复合材料制备方法，分别采用等离子体处理玻纤、芳纶、高强聚乙烯纤维，处理时间设定为20min，处理压强设定为30Pa，处理功率设定为150W。根据各层经纱和纬纱的交织规律，并画出玻纤平纹机织物、芳纶斜纹机织物、高强聚乙烯纤维缎纹机织物结构示意图，根据其结构示意图画出玻纤平纹机织物、芳纶斜纹机织物、高强聚乙烯纤维缎纹机织物组织图，最后根据其组织图画出玻纤平纹机织物、芳纶斜纹机织物、高强聚乙烯纤维缎纹机织物上机图，采用玻纤、芳纶、高强聚乙烯纤维自身并捻复合线为经、纬纱，复合线细度90tex；根据玻纤平纹机织物、芳纶斜纹机织物、高强聚乙烯纤维缎纹机织物上机图，分别在SL800半自动织物试样机上织造制得玻纤平纹机织物、芳纶斜纹机织物、高强聚乙烯纤维缎纹机织物。选取玻纤平纹机织物2个结构单元（预制件），芳纶斜纹机织物2个结构单元（预制件），高强聚乙烯纤维缎纹机织物2结构单元（预制件），进行顺序层叠铺层在模具中。采用真空灌注设备对模具中层叠的预制件内真空灌注环氧树脂与聚酰胺树脂混合基体，其中所述的环氧树脂基体与聚酰胺树脂体积比为1：1。所述真空灌注设备的真空度达-0.08Mpa以下，整个真空灌注过程需要50min；通风定型，制得一种等离子体处理高性能纤维的车用轻量化复合材料。

本实施例一种等离子体处理高性能纤维的车用轻量化复合材料制备方法，以玻纤、芳纶、高强聚乙烯纤维为原料，利用了纤维之间的协同合作发挥优良性能，对高性能纤维采用冷等离子体处理，使得纤维表面变得凹凸不平，纤维与树脂间界面结合效果大大增加，解决了纤维类增强复合材料易分层的问题，改变原料铺层顺序、组织结构，可以得到不同厚度、不同界面结合方式的纤维增强复合材料，不同高性能纤维原料织造制得的机织物层叠，可以弥补单一纤维性能存在的缺陷，起到相互协同的作用。此外在真空灌注成型工艺的过程中，使其纤维树脂比更高、树脂的利用率高而使树脂不被浪费，最后制得一种成本低、质轻、性价比高、综合性能优良的车用轻量化复合材料，而且整个工艺过程无污染，制作工艺简单，适合产业化大规模生产。

Claims

1.一种等离子体处理高性能纤维的车用轻量化复合材料制备方法，其特征在于：以玻纤、芳纶、高强聚乙烯纤维中的两种或三种为原料，采用等离子体处理仪处理玻纤、芳纶、高强聚乙烯纤维，对玻纤、芳纶、高强聚乙烯纤维采用并捻处理,设计机织物类型并设计相适应的组织图、上机图；在SL800半自动织物试样机上织造玻纤、芳纶、高强聚乙烯纤维机织物为预制件，将单个或多个预制件层叠铺层在模具中，采用真空灌注成型工艺对模具中层叠的预制件内灌注环氧树脂与聚酰胺树脂混合基体，制得具有界面结合效果良好、高性能的纤维增强车用轻量化复合材料。

2.如权利要求1所述的等离子体处理高性能纤维的车用轻量化复合材料制备方法，其特征在于，所述的设计机织物类型并设计相适应的组织图、上机图的步骤为：将玻纤、芳纶、高强聚乙烯纤维中的两种或三种机织物，根据各层经纱和纬纱的交织规律，画出玻纤、芳纶、高强聚乙烯纤维机织物结构示意图，根据其结构示意图画出玻纤、芳纶、高强聚乙烯纤维机织物组织图，最后根据其组织图画出玻纤、芳纶、高强聚乙烯纤维机织物上机图，采用玻纤、芳纶、高强聚乙烯纤维自身并捻复合线为经、纬纱；根据玻纤、芳纶、高强聚乙烯纤维机织物上机图，在SL800半自动织物试样机上织造制得玻纤、芳纶、高强聚乙烯纤维机织物。

3.如权利要求1或2所述的等离子体处理高性能纤维的车用轻量化复合材料制备方法，其特征在于，所述的玻纤、芳纶、高强聚乙烯纤维采用并捻处理的步骤为：通过对玻纤、芳纶、高强聚乙烯纤维自身并合加捻复合方式制备细度为40~90tex玻纤、芳纶、高强聚乙烯纤维复合线。

4.如权利要求1所述的等离子体处理高性能纤维的车用轻量化复合材料制备方法，其特征在于，所述单个或多个预制件是指将玻纤机织物或芳纶机织物或高强聚乙烯纤维机织物一层为一个结构单元即为1个预制件，所述的预制件的个数为1~5个。

5.如权利要求1或2所述的等离子体处理高性能纤维的车用轻量化复合材料制备方法，其特征在于，所述的在SL800半自动织物试样机上织造玻纤、芳纶、高强聚乙烯纤维机织物类型为平纹、斜纹、缎纹织物组织中的一种。

6.如权利要求1所述的等离子体处理高性能纤维的车用轻量化复合材料制备方法，其特征在于，所述的等离子体处理仪的等离子体处理时间为5~20min，处理压强30~60Pa，功率为100~160W。

7.如权利要求1所述的等离子体处理高性能纤维的车用轻量化复合材料制备方法，其特征在于，所述真空灌注成型工艺采用真空度达-0.08Mpa以下的真空灌注设备，整个真空灌注过程需要20~50min。

8.如权利要求1所述的等离子体处理高性能纤维的车用轻量化复合材料制备方法，其特征在于，所述的环氧树脂基体与聚酰胺树脂体积比为1：1。