CN108127935A - 一种低孔隙率的碳纤维ma-boz复合材料的rtm成型工艺 - Google Patents

一种低孔隙率的碳纤维ma-boz复合材料的rtm成型工艺 Download PDF

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Abstract

一种低孔隙率的碳纤维MA‑BOZ复合材料的RTM成型工艺，属于复合材料技术领域，现有复合材料制备过程中孔隙率的减小困难的问题，清洗模具，涂抹脱模剂；将碳纤维铺设在模具中，合模；将树脂在110℃‑115℃的真空干燥箱烘箱内加热熔融，并抽真空去除树脂中的溶剂；将树脂注入注胶罐内，再将模具预热，模具系统抽真空脱除气泡，打开进树脂管路阀门，进行RTM真空灌注，灌注完毕后将模具放入烘箱按照130℃/2h+140℃/4h+160℃/2h+180℃/2h+220℃/2h+250℃/2h的阶梯升温程序进行固化操作，后随烘箱降至室温脱模。本发明操作简单，制作的复合材料孔隙率低。

Description

一种低孔隙率的碳纤维MA-BOZ复合材料的RTM成型工艺
技术领域
本发明属于复合材料技术领域，具体涉及一种低孔隙率的碳纤维MA-BOZ复合材料的RTM成型工艺。
背景技术
碳纤维由于既具有炭素材料的固有特性，又具有金属材料的导电和导热性，陶瓷材料的耐热和耐蚀性，纺织纤维的柔软可编织性，以及高分子材料的轻质、易加工等性能而受到普遍的关注。
纤维增强复合材料在成型过程中都会不可避免地产生孔隙，孔隙的存在对材料性能特别是力学性能的影响非常大。孔隙率是表征复合材料浸润效果和质量的重要参数，孔隙率越低，制品的性能越好。孔隙作为复合材料中的一种缺陷，主要取决于制造方法和固化方法，在制备的过程中应尽量减小。对于RTM工艺，影响孔隙率的因素是多方面的，如原料的性质、织物的结构形式、模具的结构形式、真空吸注温度、真空压力、真空条件等，有时又是多种因素的综合作用。以酚醛树脂为基体的复合材料，树脂中的溶剂和固化过程中产生的挥发物质将是制品孔隙的重要来源，为降低孔隙，一般采取的措施是在真空灌注过程中及灌注后抽真空并延长低温固化时间使树脂缓慢固化，尽可能将挥发物质排出，但挥发物对孔隙的影响是无法避免的，因此对复合材料孔隙率的表征就显得尤为重要。
发明内容
本发明针对现有复合材料制备过程中孔隙率的减小困难的问题，提供一种低孔隙率的碳纤维MA-BOZ复合材料的RTM成型工艺。
本发明采用如下技术方案：
一种低孔隙率的碳纤维MA-BOZ复合材料的RTM成型工艺，包括如下步骤：
第一步，准备模具，将模具拆卸，用清洗剂清洗模具，在模具和螺栓上均匀涂抹脱模剂；
第二步，将占复合材料的体积分数为40-60%的碳纤维铺设在模具中，纤维的质量分数为，合模，用螺栓紧固；
第三步，树脂的准备，将树脂在110℃-115℃的真空干燥箱烘箱内加热熔融，并抽真空1-2h去除树脂中的溶剂；
第四步，将第三步所得树脂注入注胶罐内，用树脂管将注胶罐、模具、回收树脂桶及真空泵依次连接，并检查模具系统气密性；
第五步，再将模具预热到110-120℃，关闭进树脂口阀门，模具系统抽真空脱除气泡10min~30min后，打开进树脂管路阀门，进行RTM真空灌注，灌注压力为0.06-0.95MPa；
第六步，灌注完毕后将模具放入烘箱按照130℃/2h+140℃/4h+160℃/2h+180℃/2h+220℃/2h+250℃/2h的阶梯升温程序进行固化操作，后随烘箱降至室温脱模。
所述清洗剂为丙酮、无水乙醇或异丙醇中的任意一种。
所述树脂为乙烯基酯树脂、聚氨酯树脂、环氧树脂、双马来酰亚胺树脂或酚醛树脂中的任意一种。
所述树脂的黏度为0.1~1.0Pa·s。
所述树脂的黏度为0.12~0.5 Pa·s。
真空压力是树脂流动的驱动力，直接影响着树脂的流动速度，而树脂的流动速度又影响着树脂对纤维的浸润效果和气泡的排出，因此，真空压力是影响孔隙率的重要工艺参数之一。
树脂在增强材料中的流动主要有两种方式：一是树脂在纤维内的微观流动；二是树脂在纤维束间的宏观流动。真空灌注压力直接影响着树脂的宏观流动，而微观流动主要受毛细压力的影响。当真空压力较低时，纤维束内的毛细压力起主要作用，微观流动速度大于宏观流动速度，纤维束内的流体将向纤维束间的空隙流动，如果此时纤维束间滞后的流动前沿还没有达到纤维束内流体向纤维束间渗流的位置，在纤维束之间就会裹入气体而形成孔隙；当真空压力较高时，模腔内先排出纤维束内的气体，再排出纤维束间的气体，树脂宏观流动速度和微观流动速度一致，从而使所得制品的孔隙率降低。
如果树脂黏度太高，注射时需要较大的注射压力，增强体纤维容易被冲刷错位，同时树脂和纤维浸润速度慢，不利于空气排出；如果黏度太小，树脂可能在浸润纤维柬之前就充满模腔，导致制品中的疏松缺陷。
本发明的有益效果如下：
1. 本发明的工艺操作简单，容易实现；
2. 本发明制备的复合材料孔隙率低，可实现孔隙率为0.42%。
附图说明
图1为本发明制备工艺流程图；
图2为本发明成型模具示意图，箭头为树脂流动方向；
其中：1-注胶罐；2-树脂管；3-模具；4-回收树脂桶；5-真空泵；6-真空表。
具体实施方式
实施例1，
第一步，准备模具，将模具拆卸，用丙酮清洗模具，在模具和螺栓上均匀涂抹脱模剂；
第二步，将占复合材料的体积分数为40%的碳纤维铺设在模具中，纤维的质量分数为，合模，用螺栓紧固；
第三步，树脂的准备，选用黏度为0.12Pa·s的酚醛树脂，将树脂在110℃的真空干燥箱烘箱内加热熔融，并抽真空1h去除树脂中的溶剂；
第四步，将第三步所得树脂注入注胶罐内，用树脂管将注胶罐、模具、回收树脂桶及真空泵依次连接，并检查模具系统气密性；
第五步，再将模具预热到110℃，关闭进树脂口阀门，模具系统抽真空脱除气泡10min后，打开进树脂管路阀门，进行RTM真空灌注，灌注压力为0.06MPa；
第六步，灌注完毕后将模具放入烘箱按照130℃/2h+140℃/4h+160℃/2h+180℃/2h+220℃/2h+250℃/2h的阶梯升温程序进行固化操作，后随烘箱降至室温脱模。测试脱膜后样品的孔隙率为0.67%。
实施例2，
第一步，准备模具，将模具拆卸，用无水乙醇清洗模具，在模具和螺栓上均匀涂抹脱模剂；
第二步，将占复合材料的体积分数为50%的碳纤维铺设在模具中，纤维的质量分数为，合模，用螺栓紧固；
第三步，树脂的准备，选用黏度为0.35Pa·s的聚氨酯树脂，将树脂在112℃的真空干燥箱烘箱内加热熔融，并抽真空1.5h去除树脂中的溶剂；
第四步，将第三步所得树脂注入注胶罐内，用树脂管将注胶罐、模具、回收树脂桶及真空泵依次连接，并检查模具系统气密性；
第五步，再将模具预热到115℃，关闭进树脂口阀门，模具系统抽真空脱除气泡20min后，打开进树脂管路阀门，进行RTM真空灌注，灌注压力为0.55MPa；
第六步，灌注完毕后将模具放入烘箱按照130℃/2h+140℃/4h+160℃/2h+180℃/2h+220℃/2h+250℃/2h的阶梯升温程序进行固化操作，后随烘箱降至室温脱模。测试脱膜后样品的孔隙率为0.53%。
实施例3，
第一步，准备模具，将模具拆卸，用异丙醇清洗模具，在模具和螺栓上均匀涂抹脱模剂；
第二步，将占复合材料的体积分数为60%的碳纤维铺设在模具中，纤维的质量分数为，合模，用螺栓紧固；
第三步，树脂的准备，选用黏度为0.5Pa·s的环氧树脂，将树脂在115℃的真空干燥箱烘箱内加热熔融，并抽真空2h去除树脂中的溶剂；
第四步，将第三步所得树脂注入注胶罐内，用树脂管将注胶罐、模具、回收树脂桶及真空泵依次连接，并检查模具系统气密性；
第五步，再将模具预热到120℃，关闭进树脂口阀门，模具系统抽真空脱除气泡30min后，打开进树脂管路阀门，进行RTM真空灌注，灌注压力为0.95MPa；
第六步，灌注完毕后将模具放入烘箱按照130℃/2h+140℃/4h+160℃/2h+180℃/2h+220℃/2h+250℃/2h的阶梯升温程序进行固化操作，后随烘箱降至室温脱模。测试脱膜后样品的孔隙率为0.42%。

Claims (5)

1.一种低孔隙率的碳纤维MA-BOZ复合材料的RTM成型工艺，其特征在于：包括如下步骤：
第一步，准备模具，将模具拆卸，用清洗剂清洗模具，在模具和螺栓上均匀涂抹脱模剂；
第二步，将占复合材料的体积分数为40-60%的碳纤维铺设在模具中，纤维的质量分数为，合模，用螺栓紧固；
第三步，树脂的准备，将树脂在110℃-115℃的真空干燥箱烘箱内加热熔融，并抽真空1-2h去除树脂中的溶剂；
第四步，将第三步所得树脂注入注胶罐内，用树脂管将注胶罐、模具、回收树脂桶及真空泵依次连接，并检查模具系统气密性；
第五步，再将模具预热到110-120℃，关闭进树脂口阀门，模具系统抽真空脱除气泡10min~30min后，打开进树脂管路阀门，进行RTM真空灌注，灌注压力为0.06-0.95MPa；
第六步，灌注完毕后将模具放入烘箱按照130℃/2h+140℃/4h+160℃/2h+180℃/2h+220℃/2h+250℃/2h的阶梯升温程序进行固化操作，后随烘箱降至室温脱模。
2.根据权利要求1所述的一种低孔隙率的碳纤维MA-BOZ复合材料的RTM成型工艺，其特征在于：所述清洗剂为丙酮、无水乙醇或异丙醇中的任意一种。
3.根据权利要求1所述的一种低孔隙率的碳纤维MA-BOZ复合材料的RTM成型工艺，其特征在于：所述树脂为乙烯基酯树脂、聚氨酯树脂、环氧树脂、双马来酰亚胺树脂或酚醛树脂中的任意一种。
4.根据权利要求1所述的一种低孔隙率的碳纤维MA-BOZ复合材料的RTM成型工艺，其特征在于：所述树脂的黏度为0.1~1.0Pa·s。
5.根据权利要求1所述的一种低孔隙率的碳纤维MA-BOZ复合材料的RTM成型工艺，其特征在于：所述树脂的黏度为0.12~0.5 Pa·s。
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