CN107089049B - 一种高强度纤维复材的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种高强度纤维复材的制备方法，包括以下裁剪、卷制、预型、成型和脱模，所使用的纤维复材布为碳纤维复材布、玻璃纤维复材布中的至少一种，所使用的聚合膜包含高温热固化树脂膜和高粘性高分子复合材料。按照本发明制备出的纤维复材成型后能有效提升制品的强度；本发明成型工艺，操作简单、效率高，对作业人员技术要求不高，一般人员即可作业。

Description

一种高强度纤维复材的制备方法
技术领域
本发明涉及一种复合材料的制备方法，尤其是一种高强度纤维复材的制备方法。
背景技术
目前采用纤维复材生产的制品，如球拍、自行车、无人机等领域，都要模拟使用环境做一些动态强度测试，如动态疲劳测试、高速炮击测试、落地测试、撞击测试、摔地测试等，由于测试的严苛性，往往出现制品在测试过程中不能通过测试或者稳定性差，造成产品不良率上升或报废，同时致使产品供货周期拉长，推迟进入市场，厂家目前都是采取二次返修或者是制品补纱的方式补救处理，即拉长工序又增加了人工成本，同时造成产品的一些技术指标不达标，如：W/B(重量与平衡)、MOI(动力平衡)、SI(硬度)、RA(刚性)、VIBRATIONFREQUENCY(振动频率)等等，直接造成生产工厂成本上升，迫切需要开发一种可以高性价比提高纤维复材强度的成型工艺。
中国发明专利申请CN 102660875 A公开了一种碳纤维加工用聚合膜的制备方法，将其包裹在碳纤维布的表面可以增强材料的强度，但是按照简单包裹的方式，其使用范围有限，材料稳定性差，且结合强度也不佳，各项动态测试强度恐怕难以让人满意。
发明内容
本发明所要解决的问题是克服现有技术存在的不足，提供一种高强度纤维复材的制备方法。
具体方案如下：
一种高强度纤维复材的制备方法，包括以下步骤：
裁剪：按结构设计规格尺寸，裁切纤维复材布、聚合膜和高能胶；
卷制：将裁剪好的纤维复材布、聚合膜和高能胶排叠铺层，卷成长条状；
预型：加热并压平卷好的制品，以排除层间的气体，之后放入预型模具内预型；
成型：预热预型好的制品，之后将其放入成型模具内成型；
脱模：冷却成型好的制品，得到高强度纤维复材；
所述的纤维复材布为碳纤维复材布、玻璃纤维复材布中的至少一种；
所述的聚合膜包含高温热固化树脂膜和高粘性高分子复合材料；
所述的高能胶受热膨胀,产生内压，从而在高强度纤维复材内形成填充结构。
进一步的，所述的预型步骤加热温度为27℃-80℃；
进一步的，所述的成型步骤预热的温度为35℃-75℃；
进一步的，所述的成型步骤预热的时间为3min-60min；
进一步的，所述的成型步骤成型的温度为100℃-180℃；
任选的，成型的时间为10min-120min；
任选的，成型的外部压力为80-120kg/cm2，内部压力为5-15kg/cm2。
进一步的，所述的脱模步骤冷却的温度为15-45℃；
任选的，冷却时间为3-10min；
任选的，冷却外部压力为70-105kg/cm2。
进一步的，所述的聚合膜的厚度为0.1mm-1mm。
进一步的，所述的聚合膜位于高强度纤维复材的最外层,或者位于高强度纤维复材的内层。
有益效果：(1)本发明成型工艺，操作简单、效率高，对作业人员技术要求不高，一般人员即可作业；(2)按照本发明制备出的纤维复材成型后能有效提升制品的强度。
本发明在发明专利申请CN 102660875 A的基础上，进一步研究高性能材料的生产工艺，经过长期实践和一系列的研究探索，发现了一种高强度纤维复材的制备方法，通过本发明所述的方法所得的制品大大提升了纤维制品的各项动态测试强度，增加了制品的稳定性。
本发明涉及的高强度纤维复材的制备方法中，将纤维复材布、聚合膜、高能胶通过卷制、预型、成型和脱膜工艺巧妙地结合在一起。特别的，聚合膜的选择应该是与纤维复材内的树脂固化参数相近的聚合膜，固化后才能使得其与纤维复材的相容性和结合性均优良，能有效的与纤维复材结合，不分离，不脱落。聚合膜厚度在0.1-1mm，材料为片材，可自由裁切，有柔韧性，不粘手，操作简便。
本发明所述的一种高强度纤维复材的制备方法，其中预型步骤加热温度为27℃-80℃；过低温度没有实际意义,高于80℃材料软化会粘手,不利于作业人员预型操作。
本发明所述的一种高强度纤维复材的制备方法，其中成型步骤预热的温度为35℃-75℃，在高于35℃才具有明显的预热效果，高于75℃则同样会遇到聚合膜树脂开始软化粘手不易操作的问题。
本发明所述的一种高强度纤维复材的制备方法，其中成型步骤成型的温度为100℃-180℃，在该温度范围内,复合材料可以得到良好固化。
本发明涉及的高强度纤维复材的制备方法，很好地保留了聚合膜的高弹性物性，所得到的制品在受到外力撞击时能够有效吸收所产生的撞击力，持久耐用。
本发明涉及的高强度纤维复材的制备方法，聚合膜为预消泡制品，在制备高强度纤维复材的过程中不引入气体，从而保证了复材结构层间结合力。所采用的聚合膜在材料的结构里层，随材料一起成型，增加了制品的稳定性和抗压性能。
按照本发明所述的制备方法，能够有效排除纤维复材层间气泡，提高制品的结构强度；同时，增加聚合膜层后，克服了传统预浸料纤维复材树脂含量不足的问题。
本发明所涉及的高强度纤维复材的制备方法，所述高能胶是指受热膨胀的材料,卷制时将高能胶置于纤维复材内部，放入密闭模具，对模具加热后，高能胶会膨胀有内向外挤压纤维复材，产生所需压力，增加纤维复材的层间结合力，提高制品结构强度。
本发明所涉及的高强度纤维复材的制备方法，卷制过程中可以将聚合膜设置在纤维复材布内层，也可以设置在外层。其一，由于纤维预浸料纤维复材含有的树脂成分有限,难以通过预浸方式提高，致使成型后的韧性强度不够；其二，传统采用尼龙风管充气内压成型，难以实现瞬间高压(对设备要求很高)，本发明正是攻克了上述一系列难题，在成型过程引入聚合膜来提高树脂的含量，引入高能胶使其受热膨胀产生巨大的内压，才能获得高强度的纤维复材，材料之间的结合更加紧密。当聚合膜处在内层时，成型过程中受内部高能胶热膨胀的挤压作用，聚合膜树脂被排挤穿过外层的纤维材料，从而最终间接提高了整体纤维复材中树脂的保有量，使得制品的性能检测结果也优于外层的情况。
本发明所述的方法与传统尼龙风管风压成型方式不同，节省了风压设备的投入，且所制备的产品不存在漏气现象，克服了因漏气产生的3-5％的不良率；且本方法可以用在不规整形状的制品成型中，所谓不规整形状指的是尼龙风管难以充填的形状。
附图说明
图1是本发明所制备的高强度纤维复材的结构示意图；
图2是本发明所制备的高强度纤维复材的另一种结构示意图。
其中，1为聚合膜，2为纤维复材布，3为膨胀材料。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明技术方案作进一步阐述。实施例中未注明具体技术或条件者，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。文中相同的附图标记始终代表相同的元件，相似的附图标记代表相似的元件。
本实施例所用的聚合膜为高温热固化树脂膜，由高粘性高分子复合材料组成，可参照发明专利申请CN 102660875 A制作；应优选与纤维复材固化参数相近的聚合膜，固化后才能使得其与纤维复材的相容性和结合性均优良，能有效的与纤维复材结合，不分离，不脱落。
图1是高强度纤维复材的结构示意图，如图1所述，聚合膜1位于纤维复材内部，夹在多层纤维复材布2中间，材料中间为可产生内压的气袋或高能胶等膨胀材料3。类似的，图2是本发明所制备的高强度纤维复材的另一种结构示意图，此时聚合膜在纤维复材外部。
实施例1
制作网球拍：将厚度为0.25mm厚的聚合膜，依结构裁切成所要的宽度，再依结构将聚合膜包在复材布里面，按框型预型好，送入温度为150℃的热压台，加温20min,然后用30℃的冷却台冷却4min,脱模后粗胚外观完整无缺，即得高强度纤维复材。
对所制得的高强度纤维复材进行动态强度测试--IMPACT撞击测试，发现在进行IMPACT 200次测试后制品均完好无损。
测试结果表明，本发明所述的方法制备的纤维复材的强度很好，耐用。
实施例2
制作无人机；将厚度为0.3mm厚的聚合膜，依结构裁切成所要的宽度，再依结构将聚合膜帖在复材布表面，送入温度为130℃的热压台，加温25min,然后用30℃的冷却台冷却4min,脱模后粗胚外观完整无缺，表面光洁，无缺损，即得高强度纤维复材。
对所制得的高强度纤维复材进行动态强度测试--GROUND TEST落地测试，发现在进行GROUND TEST 50次测试后制品表面均完好无损。
测试结果表明，本发明所述的方法制备的纤维复材的强度大，耐磨。
实施例3
制作自行车，将厚度为0.2mm厚的聚合膜，依结构裁切成所要的宽度，再依结构将聚合膜帖在复材布表面，送入温度为150℃的热压台，加温45min,然后用30℃的冷却台冷却10min,脱模后粗胚外观完整无缺，表面光洁，无缺损，即得高强度纤维复材。
对所制得的高强度纤维复材进行动态强度测试--FATIGUE TEST落地测试，发现在进行FATIGUE TEST 32826次测试后制品表面均完好无损。
测试结果表明，本发明所述的方法制备的纤维复材的强度得到了较大的提升。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (7)

1.一种高强度纤维复材的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
裁剪：按结构设计规格尺寸，裁切纤维复材布、聚合膜和高能胶；
卷制：将裁剪好的纤维复材布、聚合膜和高能胶排叠铺层，卷成长条状，所述的聚合膜位于高强度纤维复材的内层；
预型：加热并压平卷好的制品，以排除层间的气体，之后放入预型模具内预型；
成型：预热预型好的制品，之后将其放入成型模具内成型；
脱模：冷却成型好的制品，得到高强度纤维复材；
所述的纤维复材布为碳纤维复材布、玻璃纤维复材布中的至少一种；
所述的聚合膜为高温热固化树脂膜，由高粘性高分子复合材料组成；
所述的高能胶受热膨胀,产生内压，从而在高强度纤维复材内形成填充结构。
2.根据权利要求1所述的一种高强度纤维复材的制备方法，其特征在于：所述的预型步骤加热温度为27℃-80℃。
3.根据权利要求1所述的一种高强度纤维复材的制备方法，其特征在于：所述的成型步骤预热的温度为35℃-75℃。
4.根据权利要求1所述的一种高强度纤维复材的制备方法，其特征在于：所述的成型步骤预热的时间为3min-60min。
5.根据权利要求1所述的一种高强度纤维复材的制备方法，其特征在于：所述的成型步骤成型的温度为100℃-180℃；
任选的，成型的时间为10min-120min；
任选的，成型的外部压力为80-120kg/cm2，内部压力为5-15kg/cm2。
6.根据权利要求1所述的一种高强度纤维复材的制备方法，其特征在于：所述的脱模步骤冷却的温度为15-45℃；
任选的，冷却时间为3-10min；
任选的，冷却外部压力为70-105kg/cm2。
7.根据权利要求1所述的一种高强度纤维复材的制备方法，其特征在于：所述的聚合膜的厚度为0.1mm-1mm。
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