CN109109339A - 热塑性树脂基复合材料的制备和增强防撞构件的方法 - Google Patents

热塑性树脂基复合材料的制备和增强防撞构件的方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种热塑性树脂基复合材料的制备方法和热塑性树脂基复合材料增强防撞构件的方法，其中复合材料的制备方法包括将热塑性树脂用非连续性纤维增强得到坯料，将连续纤维表面浸覆热塑性树脂得到预浸料；将所述坯料和所述预浸料加热至170‑260℃；将加热后的所述坯料和所述预浸料迅速铺放于温度为40‑80℃的热压模具内；通过液压机将模具快速合模加压，保压20‑80s后，开模取出成品。通过上述技术方案可以提高材料局部力学性能的同时不增加额外成型时间。

Description

热塑性树脂基复合材料的制备和增强防撞构件的方法
技术领域
本发明涉及新材料领域，具体涉及一种热塑性树脂基复合材料的制备和增强防撞构件的方法。
背景技术
热塑性树脂由于符合汽车行业轻量化和零部件可回收再利用等要求，在汽车生产领域越来越被广泛应用。为了提高热塑性树脂的综合力学性能，采用纤维增强热塑性树脂的方法是目前最常用最有效的手段。纤维增强热塑性树脂基复合材料综合了纤维与热塑性树脂各自的优点，获得单一材料无法达到的优异综合特性，比如优良的力学性能，良好的化学耐蚀性，相对简单的成型工艺和可回收加工性等等。纤维增强热塑性树脂基复合材料的力学性能与纤维的含量密切相关，适当增加纤维含量可以提高复合材料的力学，但是纤维含量越高，复合材料的成型性则相对越差。用于复合材料的纤维可以分为连续纤维与非连续纤维(包括短纤维和长纤维)。连续纤维增强热塑性树脂基复合材料的力学性能高，但是生产成本贵，成型性能也较差；而非连续纤维增强热塑性树脂基复合材料的成型性能较好，成本较低，生产效率高，但力学性能往往不能满足高强度的部件要求。为此，本发明应运而生。
发明内容
鉴于上述情况，本发明旨在于提供一种热塑性树脂基复合材料的制备方法。
为实现上述目的，本发明提供了一种热塑性树脂基复合材料的制备方法，包括以下步骤：
将热塑性树脂用非连续性纤维增强得到坯料，将连续纤维表面浸覆热塑性树脂得到预浸料；
将所述坯料和所述预浸料加热至170-260℃；
将加热后的所述坯料和所述预浸料迅速铺放于温度为40-80℃的热压模具内；
通过液压机将模具快速合模加压，保压20-80s后，开模取出成品。
采取以上技术方案，使得本发明具有以下技术效果：
通过上述技术方案可以提高材料局部力学性能的同时不增加额外成型时间。
进一步的，非连续性纤维增强热塑性树脂的坯料是由挤出机直接在170-260℃高温挤出。
进一步的，所述胚料中所述非连续纤维的质量分数比例范围在20％-40％。其中，如果纤维比例过低，低于20％则坯料成型后的复合材料力学性能较低，而纤维比例过高，高于40％则坯料的成型性较差。
进一步的，所述预浸料中所述连续纤维的质量分数比例范围在30％-70％。同理于上，如果纤维比例过低则坯料成型后的复合材料力学性能较低，过高则坯料的成型性较差。
进一步的，所述胚料为二，所述预浸料为一，一所述预浸料位于二所述胚料之间形成胚料-预浸料-胚料的夹心结构。
进一步的，所述胚料为一，所述预浸料为二，一所述胚料位于二所述预浸料之间形成预浸料-胚料-预浸料的夹心结构
进一步的，一般热塑性树脂基的温度过高会出现热氧化和降解，本申请的权利要求1中加热至170-260℃，优选为190±10℃，保证热塑性树脂在具有较好的流动性同时不会发生热氧化和降解。
进一步的，热压模具的温度为40-80℃，模具加热有利于产品成型，模具温度过低容易导致成型过程缺料，树脂的结晶度不高影响产品力学性能，温度过高则不利于产品固化，导致成型时间增加或者无法脱模。
进一步的，热压保压20-80s，如果保压时间过短，无法成型，时间过长的话又浪费生产时间。
本发明还提供了一种用热塑性树脂基复合材料增强防撞构件的方法，其特征在于，包括：
将热塑性树脂用非连续性纤维增强得到坯料，将连续纤维表面浸覆热塑性树脂得到预浸料；
取一用于冲压所述构件的构件冲压模具；
裁剪与需增强的构件尺寸相应的预浸料；
将所述坯料和所述预浸料加热至170-260℃；
将加热后的预浸料和坯料按设计要求先后铺入冲压模具内；
合模保压20-80s后，开模取出成品即可。
采取以上技术方案，使得本发明具有以下技术效果：
以上述防撞构件为例，根据冲压模具的选择本发明可以对大部分形状复杂的零件局部力学性能增强。
附图说明
图1是长纤维增强聚丙烯复合材料的防撞梁结构示意图。
图2是连续纤维局部增强聚丙烯基复合材料防撞构件结构示意图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
实施例1：
一种连续玻璃纤维单向带增强长玻璃纤维聚丙烯复合材料的具体实施方案如下：
剪裁200×200mm的连续纤维单面浸覆聚丙烯预浸料(厚度0.3mm)两张，将该预浸料置于烘箱中加热至190±10℃。由挤出机挤出非连续性长纤维增强聚丙烯复合材料的高温胚料，挤出坯料温度为190±10℃。通过机械手抓取将加热后的两张预浸料和高温胚料按三明治结构铺入模具内。模压液压机快速合模，加压8000kN，保压时间25s，卸压后制得200×200×4的板材。该材料相比单纯的长玻璃纤维聚丙烯复合材料，弯曲强度由115MPa提升至268MPa。其中热压模具的温度优选为40°。
实施例2：
一种连续碳纤维编织物增强长玻纤尼龙复合材料的具体实施方案如下：
剪裁200×200mm的连续碳纤维(T300)编织物尼龙预浸料(厚度1mm)一张，将该预浸料置于烘箱中加热至235±15℃。由挤出机挤出长纤维增强尼龙复合材料的高温胚料两块，挤出坯料温度为220±10℃。通过机械手将其中一块坯料铺入模具，另一只机械手将加热后的预浸料置于坯料上。机械手再将剩下的一块坯料置于预浸料之上，形成坯料-连续编织物-坯料的夹心结构。置于温度为40-80℃的热压模具内，模压液压机快速合模，加压8000kN，保压时间30s，卸压后制得200×200×5mm的板材。该材料相比单纯的长玻纤尼龙复合材料，拉伸强度由107MPa提升至291MPa。其中热压模具的温度优选为80°。
实施例3：
一种长纤维增强聚丙烯复合材料的防撞梁结构如图1所示，该防撞梁1经测试与分析，图中撞击区域11为服役条件试验中最容易失效。本实施例采用双向编织连续玻璃纤维对该承力部位进行局部增强，得到加强撞击区域12。具体实施方案如下：
第一步：将热塑性树脂用非连续性纤维增强得到坯料，将连续纤维表面浸覆热塑性树脂得到预浸料。具体的，非连续性纤维、连续纤维和热塑性树脂的选择根据实际需要进行选择，可参照实施例1和实施例2中的选择，在此不做限定。
第二步：取一用于冲压所述构件的构件冲压模具，根据构件的形状进行选择，在此也不做限定。将冲压模具预热至40-80℃。
第三步：裁剪与需增强的构件尺寸相应的预浸料。
具体的，剪裁与需增强部位尺寸(长×宽)一致的双向编织连续玻璃纤维增强聚丙烯预浸料(厚度1mm)
第四步：将所述坯料和所述预浸料加热至170-260℃。
具体的，将该预浸料置于烘箱中加热至190±10℃。由挤出机挤出用于生产长纤维增强聚丙烯复合材料防撞构件的高温胚料，挤出坯料温度为190±10℃。
第五步：将加热后的预浸料和坯料按设计要求先后铺入冲压模具内。
具体的，通过机械手抓取将加热后的预浸料和高温胚料按设计要求先后铺入模具内。
第六步：合模保压20-80s后，开模取出成品即可。
具体的，模压液压机快速合模，加压20000kN，保压时间35s。卸压后由机械手取出成品，最终得到连续纤维局部增强聚丙烯基复合材料防撞构件(防撞梁)示意图如图2。经过局部增强后的材料，抗拉强度由90MPa提升至210MPa，冲击强度(无缺口)由52kJ/m2提升至97kJ/m2，生产节拍仅增加8s，成品整体重量变化小于200g。
采用以上技术方案，具有以下有益效果：
一、提高材料局部力学性能的同时不增加额外成型时间；
二、可以大部分形状复杂的零件局部力学性能增强；
三、不会显著提高生产成本。
需要说明的是，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
本领域中普通技术人员可根据上述说明对本发明做出多种变化。因而，在不违反本发明的权利要求宗旨的前提下，实施例中的某些细节不应构成对本发明的限定，本发明将以所附权利要求书界定的范围作为保护范围。

Claims (7)

1.一种热塑性树脂基复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将热塑性树脂用非连续性纤维增强得到坯料，将连续纤维表面浸覆热塑性树脂得到预浸料；
将所述坯料和所述预浸料加热至170-260℃；
将加热后的所述坯料和所述预浸料迅速铺放于温度为40-80℃的热压模具内；
通过液压机将模具快速合模加压，保压20-80s后，开模取出成品。
2.根据权利要求1所述的热塑性树脂基复合材料的制备方法，其特征在于，非连续性纤维增强热塑性树脂的坯料是由挤出机直接在170-260℃高温挤出。
3.根据权利要求1所述的热塑性树脂基复合材料的制备方法，其特征在于，所述胚料中所述非连续纤维的质量分数比例范围在20％-40％。
4.根据权利要求1所述的热塑性树脂基复合材料的制备方法，其特征在于，所述预浸料中所述连续纤维的质量分数比例范围在30％-70％。
5.根据权利要求1所述的热塑性树脂基复合材料的制备方法，其特征在于，所述胚料为二，所述预浸料为一，一所述预浸料位于二所述胚料之间形成胚料-预浸料-胚料的夹心结构。
6.根据权利要求1所述的热塑性树脂基复合材料的制备方法，其特征在于，所述胚料为一，所述预浸料为二，一所述胚料位于二所述预浸料之间形成预浸料-胚料-预浸料的夹心结构。
7.一种用热塑性树脂基复合材料增强防撞构件的方法，其特征在于，包括：
将热塑性树脂用非连续性纤维增强得到坯料，将连续纤维表面浸覆热塑性树脂得到预浸料；
取一用于冲压所述构件的构件冲压模具；
裁剪与需增强的构件尺寸相应的预浸料；
将所述坯料和所述预浸料加热至170-260℃；
将加热后的预浸料和坯料按设计要求先后铺入冲压模具内；
合模保压20-80s后，开模取出成品即可。
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