CN108381940A - 一种高模沥青基石墨纤维增强树脂基复合材料的制备工装及方法 - Google Patents

一种高模沥青基石墨纤维增强树脂基复合材料的制备工装及方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供的一种高模沥青基石墨纤维增强树脂基复合材料的制备工装及方法，包括上模板和下模板，其中，上模板为倒凸字型结构，下模板上开设有模腔，所述上模板上的凸台与模腔相配合，同时，两者之间设置有间隙；本发明能够更有效的发挥高模沥青基石墨纤维的优异性能，纤维浪费较少，更能根据应用者的需求来自行设计复合材料的尺寸及其纤维含量，应用灵活、方便。容易上手操作。

Description

一种高模沥青基石墨纤维增强树脂基复合材料的制备工装及 方法
技术领域
本发明属于碳纤维复合材料技术领域，涉及一种高模沥青基石墨纤维增强树脂基复合材料的制备工装及方法。
背景技术
炭化、石墨化后制得含碳量大于92％的特种纤维。是一种力学性能和导热性能优异的新材料，具有高强度、高模量、耐高温、耐腐蚀、抗疲劳、抗蠕变、导电与导热等优良性能，是航空航天工业中不可缺少的工程材料。
碳纤维增强复合材料是用碳纤维或碳纤维织物作增强体，以树脂、陶瓷、金属、水泥、碳质或橡胶等作为基体所复合在一起的新型材料，质量较小但有较高的比强度、比刚性，轻量化效果比较明显，在航空航天、军工产品系列中受到青睐，同时在体育、汽车等方面也有涉及。
虽然高模沥青基石墨纤维自身性能比较优异，但其模量较高，纤维容易脆断，难编织等。目前在应用方面，高模沥青基石墨纤维很难着手去使用，其性能也很难发挥出来。
发明内容
本发明的目的在于提供的一种高模沥青基石墨纤维增强树脂基复合材料的制备工装，解决了现有高模沥青基石墨纤维其模量较高，纤维容易脆断，难编织的缺陷。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
本发明提供的一种高模沥青基石墨纤维增强树脂基复合材料的制备工装，包括上模板和下模板，其中，上模板为倒凸字型结构，下模板上开设有模腔，所述上模板上的凸台与模腔相配合，同时，两者之间设置有间隙。
优选地，模腔内设置有用于支撑上模板的支撑板，所述支撑板通过固定螺丝紧固。
一种高模沥青基石墨纤维增强树脂基复合材料的制备方法，包括以下步骤：
第一步，涂脱模剂：
将上模板的凸台和模腔的表面均涂覆有一层脱模剂，并在70～90℃保温一个小时，形成保护膜，所述脱模剂的用量为0.5ml/cm3；
第二步，铺层：
在涂覆有脱模剂的模腔内铺设若干层石墨纤维，每层为若干束石墨纤维；同时，每层石墨纤维上均匀涂覆有涂胶；
第三步，流平：将下模板(2)放入烘箱中，80℃保温30～60min；之后将上模板(1)和下模板(2)进行组装，再将整个模具放入热压机中，在抽真空条件下进行热压，压力为1～2Mp；
第四步，固化：固化工艺为：先在60～80℃的温度下固化1h；之后在80～100℃的温度下固化2h；接着在120～140℃的温度下固化1h，最后在150～170℃的温度下固化1h；
第五步，拆模：固化完成后，待模具温度降为室温，开始拆模，最终得到高模沥青基石墨纤维增强树脂基复合材料。
优选地，第二步中，在铺设石墨纤维时，首先每束石墨纤维之间紧密贴合，且每束石墨纤维平铺拉直；其次每层的石墨纤维的两端通过双面胶固定。
优选地，涂胶是由环氧树脂、甲基四氢苯酐和三-(二甲胺基甲基)苯酚混合而成，且环氧树脂、甲基四氢苯酐和三-(二甲胺基甲基)苯酚之间的质量比为(8～12)：(7～10)：(1～2)。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明提供的一种高模沥青基石墨纤维增强树脂基复合材料的制备工装，结构简单，应用灵活、方便。容易上手操作，
本发明提供的一种高模沥青基石墨纤维增强树脂基复合材料的制备方法，能够更有效的发挥高模沥青基石墨纤维的优异性能，纤维浪费较少，更能根据应用者的需求来自行设计复合材料的尺寸及其纤维含量，应用灵活、方便。容易上手操作。
附图说明
图1是制备工装的结构示意图；
图2是制备工装的俯视图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明进一步详细说明。
如图1、图2所示，本发明提供的一种高模沥青基石墨纤维增强树脂基复合材料的制备工装，包括上模板1、下模板2、固定螺丝3、模腔4和支撑板5，其中，上模板1为倒凸字型结构，下模板2上开设有模腔4，所述上模板1上的凸台与模腔4相配合，同时，支撑板5设置在模腔4内，并通过固定螺丝3紧固，用于支撑上模板1，使得上模板1与模腔4之间存有间隙。
一种高模沥青基石墨纤维增强树脂基复合材料的制备方法，包括以下步骤:
第一步，清洁模具：
保证上模板1和下模板2上的模腔的表面光洁度；
第二步，涂脱模剂：
将上模板1的凸台和模腔4的表面均涂覆有一层脱模剂，所述脱模剂的用量为0.5ml/cm3,并在70～90℃保温一个小时，形成保护膜；
第三步，铺层：
在涂覆有脱模剂的模腔4内铺设若干层石墨纤维,每层为若干束石墨纤维；在铺设时，首先每束石墨纤维之间紧密贴合，无缝隙，且每束石墨纤维平铺拉直，避免加捻或弯曲；其次每层的石墨纤维上均涂覆有涂胶，且每束石墨纤维的两端通过双面胶固定；
其中，涂胶是由环氧树脂(E44)、固化剂甲基四氢苯酐(MeTHPA)和促进剂三-(二甲胺基甲基)苯酚(DMP-30)混合而成，且环氧树脂、固化剂和促进剂之间的质量比为(8～12)：(7～10)：(1～2)；
第四步，流平：
将下模板2放入烘箱中，80℃保温30～60min，确保树脂的流平；之后将上模板1和下模板2进行组装，再将整个模具放入热压机中进行热压，全程抽真空，压力为1～2Mp；
第五步，固化：
固化工艺为：先在60～80℃的温度下固化1h；之后在80～100℃的温度下固化2h；接着在120～140℃的温度下固化1h，最后在150～170℃的温度下固化1h；
第六步，拆模：固化完成后，待模具温度降为室温，开始拆模，最终得到高模沥青基石墨纤维增强树脂基复合材料。
第七步，后处理：取出复合材料后，剔除毛刺、磨平、抛光。
实施例1
以含有60％纤维体积分数的1mm厚的高模沥青基石墨纤维增强树脂基复合材料为例：
本实验用模具模腔尺寸为长(a)＝250mm，宽(b)＝13mm，高c2＝2mm，高c1＝1mm。制备2mm厚复材模腔体积为V2＝a*b*c2＝6500mm3＝6.5cm3；制备1mm厚复材需加入抛光后的不锈钢垫片，模腔体积为V1＝a*b*c1＝3250mm3＝3.25cm3。
60％的纤维所占用模腔的体积为3.25*60％＝1.95cm3，纤维的体密度以Xg/cm3(具体按照所用纤维的实际体密度)计算，所用纤维的质量为1.95cm3*Xg/cm3＝1.95Xg；纤维束丝的宽度已3mm计算,线密度Y g/m(具体以实际为准)，每层4束纤维，则60％纤维体积含量、1mm厚的板材需要铺1.95Xg÷Yg/m÷(4*0.25m)层。
第一步，清洁模具：
保证上模板1和下模板2上的模腔的表面光洁度；
第二步，涂脱模剂：
将上模板1的凸台和模腔4的表面均涂覆有一层脱模剂，所述脱模剂的用量为0.5ml/cm3,并在70～90℃保温一个小时，形成保护膜；
第三步，铺层：
在涂覆有脱模剂的模腔4内铺设八层石墨纤维，每层为四束石墨纤维；在铺设时，首先每束石墨纤维之间紧密贴合，无缝隙，且每束石墨纤维平铺拉直，避免加捻或弯曲；其次每层的石墨纤维上均涂覆有涂胶，且每束石墨纤维的两端通过双面胶固定；
其中，涂胶是由环氧树脂(E44)、固化剂甲基四氢苯酐(MeTHPA)和促进剂三-(二甲胺基甲基)苯酚(DMP-30)混合而成，且环氧树脂、固化剂和促进剂之间的质量比为(8～12)：(7～10)：(1～2)；
第四步，流平：
将下模板2放入烘箱中，80℃保温30～60min，确保树脂的流平；之后将上模板1和下模板2进行组装，再将整个模具放入热压机中进行热压，全程抽真空，压力为1～2Mp；
第五步，固化：
固化工艺为：先在60～80℃的温度下固化1h；之后在80～100℃的温度下固化2h；接着在120～140℃的温度下固化1h，最后在150～170℃的温度下固化1h；
第六步，拆模：固化完成后，待模具温度降为室温，开始拆模，最终得到含有60％纤维体积分数的复合材料高模沥青基石墨纤维增强树脂基复合材料。
第七步，后处理：取出复合材料后，剔除毛刺、磨平、抛光。
本发明其优点在于能够更有效的发挥高模沥青基石墨纤维的优异性能，纤维浪费较少，更能根据应用者的需求来自行设计复合材料的尺寸及其纤维含量，应用灵活、方便。容易上手操作。

Claims (5)

1.一种高模沥青基石墨纤维增强树脂基复合材料的制备工装，其特征在于：包括上模板(1)和下模板(2)，其中，上模板(1)为倒凸字型结构，下模板(2)上开设有模腔(4)，所述上模板(1)上的凸台与模腔(4)相配合，同时，两者之间设置有间隙。
2.根据权利要求1所述的一种高模沥青基石墨纤维增强树脂基复合材料的制备工装，其特征在于：模腔(4)内设置有用于支撑上模板(1)的支撑板(5)，所述支撑板(5)通过固定螺丝(3)紧固。
3.一种高模沥青基石墨纤维增强树脂基复合材料的制备方法，其特征在于,包括以下步骤：
第一步，涂脱模剂：
将上模板的凸台和模腔的表面均涂覆有一层脱模剂，并在70～90℃保温一个小时，形成保护膜，所述脱模剂的用量为0.5ml/cm3；
第二步，铺层：
在涂覆有脱模剂的模腔内铺设若干层石墨纤维，每层为若干束石墨纤维；同时，每层石墨纤维上均匀涂覆有涂胶；
第三步，流平：将下模板(2)放入烘箱中，80℃保温30～60min；之后将上模板(1)和下模板(2)进行组装，再将整个模具放入热压机中，在抽真空条件下进行热压，压力为1～2Mp；
第四步，固化：固化工艺为：先在60～80℃的温度下固化1h；之后在80～100℃的温度下固化2h；接着在120～140℃的温度下固化1h，最后在150～170℃的温度下固化1h；
第五步，拆模：固化完成后，待模具温度降为室温，开始拆模，最终得到高模沥青基石墨纤维增强树脂基复合材料。
4.根据权利要求3所述的一种高模沥青基石墨纤维增强树脂基复合材料的制备方法，其特征在于,第二步中，在铺设石墨纤维时，首先每束石墨纤维之间紧密贴合，且每束石墨纤维平铺拉直；其次每层的石墨纤维的两端通过双面胶固定。
5.根据权利要求3所述的一种高模沥青基石墨纤维增强树脂基复合材料的制备方法，其特征在于,涂胶是由环氧树脂、甲基四氢苯酐和三-(二甲胺基甲基)苯酚混合而成，且环氧树脂、甲基四氢苯酐和三-(二甲胺基甲基)苯酚之间的质量比为(8～12)：(7～10)：(1～2)。
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