CN110077013A - 采用预浸胶连续纤维三维编织制造的复合材料及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种采用预浸胶连续纤维三维编织制造的复合材料及其方法，先将连续纤维束浸渍热固性树脂得到预浸胶连续纤维束，然后采用三维编织机在橡胶芯模的外表面编织成毛坯制件，最后将该橡胶芯模与毛坯放入密闭金属外模具中，将内外模具整体加热，并在加热过程中沿芯模轴向缓慢旋转，使复合材料固化成型，制得树脂分布均匀的高质量树脂基连续纤维复合材料制品。该方法颠覆了传统三维编织复合材料制造过程中先编织后注胶的流程，采用先将纤维与树脂充分浸渍，再经过三维编织和固化成型的工艺，更好地控制树脂含量、树脂分布均匀性、树脂与纤维充分浸润，制得力学性能优异、冷热循环稳定性好、热膨胀系数低的高性能连续纤维复合材料。

Description

采用预浸胶连续纤维三维编织制造的复合材料及其方法

技术领域

本发明属于连续纤维复合材料制备技术领域，具体涉及一种采用预浸胶连续纤维三维编织制造的复合材料及其方法。

背景技术

三维编织复合材料是20世纪80年代为适应航天航空领域对结构和功能复合材料需要而发展起来的一种先进复合材料制造技术。三维整体复合材料克服了传统层压复合材料易分层破坏的缺点，具有更为优异的力学性能，纤维排布设计也更为自由且更有针对性，为复合材料应用于主承力结构提供了广阔的前景。

目前，三维编织连续纤维复合材料制造方法通常是先将连续纤维经过三维编织制成产品预制件，然后将编好的预制件放置于模具的型腔中，合模夹紧后，将树脂注入模腔中并在压力的作用下使树脂在预制件中流动传递到各个部位，再经过加热加压固化成型，脱模得到最终的复合材料制品。然而，这种传统方法存在很多不足之处，例如对树脂要求高、对模具与工艺要求严格、连续纤维与树脂浸渍不充分、制得的预制件的厚度不均匀、树脂含量高、成本高等，使得先编织再注胶的传统工艺很难高效制得树脂含量低、热膨胀系数小、冷热循环稳定性高、尺寸大的连续纤维复合材料制件。

发明内容

本发明的目的是提供一种采用预浸胶连续纤维三维编织制造的复合材料及其方法，采用先将纤维与树脂充分浸渍，再经过三维编织和固化成型的工艺，解决现有技术中存在的对树脂要求高、对模具与工艺要求严格、连续纤维与树脂浸渍不充分、制得的预制件的厚度不均匀、树脂含量高、成本高等问题。

本发明所采用的技术方案为：

采用预浸胶连续纤维三维编织制造复合材料的方法，其特征在于：

该方法先将纤维与树脂充分浸渍，再进行三维编织和固化成型。

具体包括以下步骤：

步骤一：先将连续纤维束在60-120℃下浸渍热固性树脂得到预浸胶连续纤维束；

步骤二：采用三维编织机，将预浸胶连续纤维束在橡胶芯模的外表面编织成毛坯制件；

步骤三：将该橡胶芯模与毛坯放入密闭金属外模具中，将内外模具整体加热，并在加热过程中沿芯模轴向缓慢旋转，使复合材料固化成型，制得树脂分布均匀的高质量树脂基连续纤维复合材料制品。

所述的连续纤维束为高强度高模量纤维，选自碳纤维、玻璃纤维、凯夫拉纤维、聚酰亚胺纤维中的一种。

所述的热固性树脂为经过改性的双马来酰亚胺树脂、苯并噁嗪树脂、酚醛树脂中的一种。

所述的三维编织机为立式编织机、卧式编织机、端面编织机或环向编织机。

所述橡胶芯模的材料为硅橡胶、氟橡胶、氟硅橡胶中的一种，采用充气式芯模。

如方法制得的复合材料。

本发明具有以下优点：

本发明采用三维编织技术将预浸胶连续纤维在橡胶芯模的外表面编织成复合材料毛坯，再将橡胶芯模与复合材料毛坯放入密闭金属外模具中，将内外模具整体加热固化，利用橡胶热膨胀对连续纤维复合材料制件施加均匀的固化压力，从而成功制得树脂分布均匀、无富胶贫胶现象、纤维体积含量超过55%的高质量连续纤维复合材料制品。该方法颠覆了传统三维编织复合材料制造过程中先编织后注胶的流程，采用先将纤维与树脂充分浸渍，再经过三维编织和固化成型的工艺，更好地控制树脂含量、树脂分布均匀性、树脂与纤维充分浸润，从而制得力学性能优异、冷热循环稳定性好、热膨胀系数低的高性能连续纤维复合材料。

附图说明

图1为本发明工艺过程示意图。

图2为本发明制造圆形管件示意图。

图3为本发明制造方形管件示意图。

图4为本发明制造变直径管示意图。

图5为本发明制造异形管件示意图。

图6为本发明制造变截面薄壁弯管管件示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明进行详细的说明。

本发明涉及一种采用预浸胶连续纤维三维编织制造复合材料的方法，该方法不同于传统方法先编织后注胶的流程，而先将纤维与树脂充分浸渍，再进行三维编织和固化成型。具体包括以下步骤：

步骤一：先将连续纤维束在60-120℃下浸渍热固性树脂得到预浸胶连续纤维束。所述的连续纤维束为高强度高模量纤维，选自碳纤维、玻璃纤维、凯夫拉纤维、聚酰亚胺纤维中的一种，但并不局限于这几种纤维。所述的热固性树脂为经过改性双马来酰亚胺树脂、苯并噁嗪树脂、酚醛树脂中的一种。

步骤二：采用三维编织机，将预浸胶连续纤维束在橡胶芯模的外表面编织成毛坯制件。三维编织机为立式编织机、卧式编织机、端面编织机或环向编织机。

步骤三：将该橡胶芯模与毛坯放入密闭金属外模具中，将内外模具整体加热（加热温度不高于250℃，防止材料在固化峰值温度过高时有可能同时开始发生降解），并在加热过程中沿芯模轴向缓慢旋转，使复合材料固化成型，制得树脂分布均匀的高质量树脂基连续纤维复合材料制品。所述橡胶芯模的材料为硅橡胶、氟橡胶、氟硅橡胶中的一种，可使用充气式芯模。

实施例1

1）首先，将碳纤维束在60℃下浸渍改性苯并噁嗪树脂得到预浸胶碳纤维束；

2）其次，然后采用立式环形三维编织机，将这种预浸胶碳纤维在氟橡胶芯模的外表面编织成毛坯制件；

3）然后，再将该氟橡胶芯模与毛坯放入密闭金属外模具中，合模后将模具整体放入烘箱中加热固化，设置传动机构在加热过程中使模具整体沿芯模轴向缓慢旋转，最终固化制得树脂分布均匀、纤维体积含量大于55%的高质量树脂基碳纤维复合材料制品。

实施例2

1）首先，将玻璃纤维束在70℃下浸渍改性双马来酰亚胺树脂得到预浸胶玻璃纤维束；

2）其次，然后采用卧式环形三维编织机，将这种预浸胶玻璃纤维在硅橡胶芯模的外表面编织成毛坯制件；

3）然后，再将该硅橡胶芯模与毛坯放入密闭金属外模具中，合模后将模具整体放入烘箱中加热固化，设置传动机构在加热过程中使模具整体沿芯模轴向缓慢旋转，最终固化制得树脂分布均匀、纤维体积含量大于55%的高质量树脂基玻璃纤维复合材料制品。

实施例3

1）首先，将凯夫拉纤维束在80℃下浸渍改性酚醛树脂得到预浸胶凯夫拉纤维束；

2）其次，然后采用立式环形三维编织机，将这种预浸胶凯夫拉纤维在氟硅橡胶芯模的外表面编织成毛坯制件；

3）然后，再将该氟硅橡胶芯模与毛坯放入密闭金属外模具中，合模后将模具整体放入烘箱中加热固化，设置传动机构在加热过程中使模具整体沿芯模轴向缓慢旋转，最终固化制得树脂分布均匀、纤维体积含量大于55%的高质量树脂基凯夫拉纤维复合材料制品。

实施例4

1）首先，将聚酰亚胺纤维束在90℃下浸渍改性苯并噁嗪树脂得到预浸胶聚酰亚胺纤维束；

2）其次，然后采用卧式环形三维编织机，将这种预浸胶聚酰亚胺纤维在氟橡胶芯模的外表面编织成毛坯制件；

3）然后，再将该氟橡胶芯模与毛坯放入密闭金属外模具中，合模后将模具整体放入烘箱中加热固化，设置传动机构在加热过程中使模具整体沿芯模轴向缓慢旋转，最终固化制得树脂分布均匀、纤维体积含量大于55%的高质量树脂基聚酰亚胺纤维复合材料制品。

实施例5

1）首先，将碳纤维束在100℃下浸渍改性双马来酰亚胺树脂得到预浸胶碳纤维束；

2）其次，然后采用立式环形三维编织机，将这种预浸胶碳纤维在硅橡胶芯模的外表面编织成毛坯制件；

3）然后，再将该硅橡胶芯模与毛坯放入密闭金属外模具中，合模后将模具整体放入烘箱中加热固化，设置传动机构在加热过程中使模具整体沿芯模轴向缓慢旋转，最终固化制得树脂分布均匀、纤维体积含量大于55%的高质量树脂基碳纤维复合材料制品。

实施例6

1）首先，将玻璃纤维束在110℃下浸渍改性酚醛树脂得到预浸胶玻璃纤维束；

2）其次，然后采用卧式环形三维编织机，将这种预浸胶玻璃纤维在氟硅橡胶芯模的外表面编织成毛坯制件；

3）然后，再将该氟硅橡胶芯模与毛坯放入密闭金属外模具中，合模后将模具整体放入烘箱中加热固化，设置传动机构在加热过程中使模具整体沿芯模轴向缓慢旋转，最终固化制得树脂分布均匀、纤维体积含量大于55%的高质量树脂基玻璃纤维复合材料制品。

实施例7

1）首先，将凯夫拉纤维束在120℃下浸渍改性苯并噁嗪树脂得到预浸胶凯夫拉纤维束；

2）其次，然后采用立式环形三维编织机，将这种预浸胶凯夫拉纤维在氟橡胶芯模的外表面编织成毛坯制件；

3）然后，再将该氟橡胶芯模与毛坯放入密闭金属外模具中，合模后将模具整体放入烘箱中加热固化，设置传动机构在加热过程中使模具整体沿芯模轴向缓慢旋转，最终固化制得树脂分布均匀、纤维体积含量大于55%的高质量树脂基凯夫拉纤维复合材料制品。

实施例8

1）首先，将聚酰亚胺纤维束在100℃下浸渍改性双马来酰亚胺树脂得到预浸胶聚酰亚胺纤维束；

2）其次，然后采用卧式环形三维编织机，将这种预浸胶聚酰亚胺纤维在硅橡胶芯模的外表面编织成毛坯制件；

3）然后，再将该硅橡胶芯模与毛坯放入密闭金属外模具中，合模后将模具整体放入烘箱中加热固化，设置传动机构在加热过程中使模具整体沿芯模轴向缓慢旋转，最终固化制得树脂分布均匀、纤维体积含量大于55%的高质量树脂基聚酰亚胺纤维复合材料制品。

实施例9

1）首先，将碳纤维束在80℃下浸渍改性酚醛树脂得到预浸胶碳纤维束；

2）其次，然后采用立式环形三维编织机，将这种预浸胶碳纤维在氟硅橡胶芯模的外表面编织成毛坯制件；

3）然后，再将该氟硅橡胶芯模与毛坯放入密闭金属外模具中，合模后将模具整体放入烘箱中加热固化，设置传动机构在加热过程中使模具整体沿芯模轴向缓慢旋转，最终固化制得树脂分布均匀、纤维体积含量大于55%的高质量树脂基碳纤维复合材料制品。

实施例10

1）首先，将玻璃纤维束在60℃下浸渍改性苯并噁嗪树脂得到预浸胶玻璃纤维束；

2）其次，然后采用卧式环形三维编织机，将这种预浸胶玻璃纤维在氟橡胶芯模的外表面编织成毛坯制件；

3）然后，再将该氟橡胶芯模与毛坯放入密闭金属外模具中，合模后将模具整体放入烘箱中加热固化，设置传动机构在加热过程中使模具整体沿芯模轴向缓慢旋转，最终固化制得树脂分布均匀、纤维体积含量大于55%的高质量树脂基玻璃纤维复合材料制品。

本发明的内容不限于实施例所列举，本领域普通技术人员通过阅读本发明说明书而对本发明技术方案采取的任何等效的变换，均为本发明的权利要求所涵盖。

Claims (7)

1.采用预浸胶连续纤维三维编织制造复合材料的方法，其特征在于：

该方法先将纤维与树脂充分浸渍，再进行三维编织和固化成型。

2.根据权利要求1所述的采用预浸胶连续纤维三维编织制造复合材料的方法，其特征在于：

具体包括以下步骤：

步骤一：先将连续纤维束在60-120℃下浸渍热固性树脂得到预浸胶连续纤维束；

步骤二：采用三维编织机，将预浸胶连续纤维束在橡胶芯模的外表面编织成毛坯制件；

步骤三：将该橡胶芯模与毛坯放入密闭金属外模具中，将内外模具整体加热，并在加热过程中沿芯模轴向缓慢旋转，使复合材料固化成型，制得树脂分布均匀的高质量树脂基连续纤维复合材料制品。

3.根据权利要求2所述的采用预浸胶连续纤维三维编织制造复合材料的方法，其特征在于：

所述的连续纤维束为高强度高模量纤维，选自碳纤维、玻璃纤维、凯夫拉纤维、聚酰亚胺纤维中的一种。

4.根据权利要求2所述的采用预浸胶连续纤维三维编织制造复合材料的方法，其特征在于：

所述的热固性树脂为经过改性的双马来酰亚胺树脂、苯并噁嗪树脂、酚醛树脂中的一种。

5.根据权利要求2所述的采用预浸胶连续纤维三维编织制造复合材料的方法，其特征在于：

所述的三维编织机为立式编织机、卧式编织机、端面编织机或环向编织机。

6.根据权利要求2所述的采用预浸胶连续纤维三维编织制造复合材料的方法，其特征在于：

所述橡胶芯模的材料为硅橡胶、氟橡胶、氟硅橡胶中的一种，采用充气式芯模。

7.如权利要求1或2的方法制得的复合材料。