CN111605221A - 一种阻燃型快速固化树脂的hmp工艺的复合材料制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种阻燃型快速固化树脂的HMP工艺的复合材料制备方法，属于复合材料领域，其技术方案要点如下，S1.制备反应型快速固化阻燃树脂体系；S2.制备模具：该模具要求具有阴模和阳模，下模具需具备溢胶槽、具备限位装置、具备顶出装置、上下模具均具备加热装置；S3.HMP工艺：控制下模具温度30±0.5℃，控制上模具温度为树脂固化温度点温度；在下模具表面均匀涂刷树脂层，并铺贴纤维织物，交替往复操作达到设计铺层的要求后迅速将模具上模合到下模具上，并进行加压固化过程。S4.脱模：待产品固化完成后将上模具抬起，下模具自然降温到40±5℃时将产品脱下来。
Description
技术领域
本发明涉及复合材料技术领域，特别涉及一种阻燃型快速固化树脂的HMP工艺的复合材料制备方法。
背景技术
随着国家大力推广电动车发展的趋势下，降低车身重量或推进电池技术是电动车行业急需突破的技术难点与关键点。而近年新兴的轻量化材料-碳纤维/玻璃纤维复合材料凭借其比强度高、比模量高、可设计性好、可整体成型、耐腐蚀、抗疲劳等诸多优点脱颖而出，成为轻量化汽车行业、电动车行业的新宠儿。复合材料快速成型工艺（HP-RTM/WCM）可满足汽车行业的自动化、批量化生产的需求，快速成型工艺的优点是生产节拍快、产品表面质量好、产品性能好、产品孔隙率低、可生产结构复杂的制品、可大批量生产等；其缺点是设备能用消耗较大、模具成本费用较高、材料利用率低等问题。汽车部件批量生产前需进行样件试制与试验，试验的结果用来判断其设计、材料以及结构等性能是否满足要求，但如样件的试制同样启动HP-RTM、WCM等工艺设备将会大大增加验证所需的成本与资源。
与复合材料量产成型工艺-HP-RTM相接近的是LP-RTM工艺，但由于LP-RTM工艺在复合材料产品成型时其压力相对较低、树脂灌注时间长，产品成型固化周期长等因素影响，致使量产工艺用的快速固化树脂不适用于LP-RTM成型工艺。因此，对于复合材料产品量产工艺的试制与性能验证是亟待解决的问题，如用复合材料量产工艺-HP-RTM/WCM验证设计理论、材料性能或产品结构性能，将会耗费大量的资金成本；但如用LP-RTM工艺代替HP-RTM工艺进行相应的性能验证，便会出现所用材料不一致的问题（LP-RTM工艺需使用慢速固化树脂，HP-RTM工艺需使用快速固化树脂，两种材料体系不一样），而待到真正生产前还需再次验证材料性能。
鉴于上述问题，本发明人基于从事此类产品工程应用多年丰富的实务经验及专业知识，并配合学理的运用，积极加以研究创新，以期创设一种阻燃型快速固化树脂的HMP工艺的复合材料制备方法，HMP工艺可与HP-RTM工艺用同种类型材料并进行量产前的各项性能验证，使其更具有实用性。
发明内容
本发明克服现有技术的局限性，将阻燃型快速固化树脂、阴阳对合模具和手糊工艺的优点结合到一起，发明一种复合材料快速成型工艺-HMP，HMP工艺可与HP-RTM工艺用同种类型材料并进行量产前的各项性能验证，其成本将会减少60%，具有产业价值。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
本发明提出的一种基于快速固化树脂的HMP工艺的复合材料制备方法，其制备方法包括以下操作步骤：
S1. 制备反应型快速固化阻燃树脂体系：树脂常温下混合粘度为300-800mPa.s，50-80℃下混合粘度为20-80mPa.s；常温下操作时间5-12min，80-130℃下操作时间30-120s；树脂Tg＞100℃；
S2. 制备模具：模具要求具有上模和下模；
S3. HMP工艺：控制下模具温度30±5℃，控制上模具温度为树脂固化温度点温度；在下模具表面均匀涂刷树脂层，并铺贴纤维织物，交替往复上述操作达到设计铺层的要求后迅速将模具上模合到下模具上，并加压固化过程；
S4. 脱模：待产品固化完成后将上模具抬起，下模具自然降温到40±5℃时将产品脱下来。
进一步的，阻燃树脂为反应型快速固化液体树脂。其中阻燃树脂分子结构中含有磷-卤系阻燃性元素，是一种反应型阻燃树脂，该树脂体系中无固体粉末状阻燃添加剂。阻燃型快速固化树脂常温下混合粘度为300-800mPa.s，50-80℃下混合粘度为20-80mPa.s；常温下操作时间5-12min，80-130℃下操作时间30-120s；树脂Tg＞100℃。
进一步的，步骤S1-S3中的成型时间总共是8-10min。
进一步的，下模具具备溢胶槽。
进一步的，下模具具备限位功能。
进一步的，下模具具备顶出装置
进一步的，上模具和下模具均具备加热装置。
进一步的，阻燃型快速固化树脂同样适用于HP-RTM、WCM工艺。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
本发明将阻燃型快速固化树脂、阴阳对合模具和手糊工艺的优点结合到一起，发明一种HMP（Hand-Mould Pressing，手糊模压）工艺，该工艺用来成型碳纤维/玻璃纤维增强快速固化树脂的复合材料产品。该工艺具有成型节拍较快、材料利用率高、能源消耗低、模具成本低等优点。主要是针对复合材料量产工艺（HP-RTM、WCM）生产前的小批量制件的试制与验证，主要的目的是节约验证成本、加快产品验证速率、缩短产品验证周期。同时，HMP工艺试制验证用的生产材料可与HP-RTM/WCM量产工艺用的材料保持一致，节省了由试制转量产时更换材料，材料性能再次验证、再次评审等复杂而又关键的步骤。
附图说明
图1为HMP工艺成型的纤维增强阻燃型快速固化树脂的电池盒上壳体的工艺流程示意图。
附图标记：1.纤维织物准备；2.将织物切割成标准尺寸；3.模具预热，下模具预热30±0.5℃，上模具预热90±0.5℃；4.在模具表层均匀涂刷快速固化阻燃树脂；5.在模具树脂上铺贴纤维织物，排净树脂与织物间的空气；6.在织物表层均匀涂刷快速固化阻燃树脂；7.合模固化；8.下模具温度降温到40±5℃进行脱模。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
在本发明的描述中，需要说明的是，属于“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或者位置关系为基于附图所示的方位或者位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
实施例1：一种阻燃型快速固化树脂的HMP工艺的复合材料制备方法
玻璃纤维复合材料电池盒上壳体制备
HMP工艺
HMP工艺成型特点，
HMP工艺用树脂常温时粘度可略高（300-1000 mPa.s），高温时粘度可低（＜80mPa.s）；
HMP工艺用树脂常温下操作时间5-12min，80-130℃下操作时间30-120s；
HMP工艺用的模具为低配RTM模具，模具同样为双面金属模具，下模具需具备溢胶槽、具备限位功能、具备顶出装置、上下模具均具备加热装置其成本很高；
HMP工艺固化及生产周期低于60min；
HMP工艺可用于试制生产，可用于批量生产，其工艺用的材料可应用于HP-RTM工艺，其工艺灵活性较高，总体成本较低，约是HP-RTM工艺成本的1/8；其工艺生产周期较短，约是LP-RTM工艺周期的1/15。具体实施案例如下：
S1. 树脂准备：选用阻燃型快速固化聚氨酯树脂，树脂常温下混合粘度为700-800mPa.s，操作时间5-12min；树脂Tg＞100℃（DSC法）； 树脂浇铸体的厚度在1.0mm范围内达到GB/T 2408-2008中V0的阻燃要求；
S2. 织物准备：选用单轴向经编玻璃纤维织物，面密度为600g/m2,铺层顺序[(0°/90°)]s；
S3. HMP工艺：1）按照产品要求设计阳模为下模，设置温度为30±0.3℃，上模具设置温度为90±0.3℃；2）清理模具；3）在模具表面均匀涂刷一层阻燃型快速固化聚氨酯树脂，在树脂层上铺覆一层0°单轴向经编织物，用毛刷在纤维方向按压纤维，使模具面的树脂充分浸润纤维织物，并使纤维完全贴合模具面；4）在铺覆好的0°纤维织物上均匀涂刷阻燃型快速固化聚氨酯树脂，在树脂层上铺覆一层90°单轴向经编织物，用毛刷在纤维方向按压纤维，使树脂充分浸润纤维织物，并使纤维织物于纤维织物完全贴合；5）重复步骤4），直到将最后一层0°单轴向经编织物铺覆完成，在织物表层均匀涂刷阻燃型快速固化聚氨酯树脂并排除树脂与织物间夹杂的气体。上述操作过程中要排除纤维与树脂间混杂的空气，纤维织物不允许出现架桥、褶皱等现象；整个过程控制在10min内完成。
S4. 固化过程：调节下模具温度为90±0.3℃，并迅速将上模具合到下模具上，加压0.3MPa与模具内部便于挤压多余树脂体系，并控制产品精度公差在±0.2mm内；固化工艺为90℃*30min，固化完成后将上模具抬起，下模具自然降温到40±5℃时将产品脱下来。
现有技术实施方案1：LP-RTM工艺
LP-RTM工艺成型特点，
LP-RTM工艺用树脂粘度低于300mPa.s，长程流动充模，完全浸润纤维，合理的注射压力；
LP-RTM工艺用树脂操作时间大于60min，满足一定的工艺操作窗口；
LP-RTM工艺用模具为双面金属模具，且模具需要设计合理的注胶孔、出胶孔、排气孔、锁模装置、顶开装置、温控装置等，其成本较高；
LP-RTM工艺固化周期较长，包括模具升温、保温、降温到可脱模温度，适用于LP-RTM工艺的阻燃树脂固化及生产周期约15h；
适用于LP-RTM工艺的阻燃树脂无法应用到HP-RTM工艺上，因此LP-RTM工艺及其所用材料均无法实现量产化。
综上所述，采用LP-RTM工艺生产复合材料电池盒上壳体产品，生产周期为900min/单件，成本费用较高，且无法实现量产化。
现有技术实施方案2：HP-RTM工艺
HP-RTM工艺成型特点，
HP-RTM工艺用树脂粘度在特定温度下低于80mPa.s；
HP-RTM工艺用树脂操作时间约为30-60s；
HP-RTM工艺先有一套预成型模具，再一套成型模具，两套模具均为双面金属模具，且成型模具需要设计合理的注胶孔、出胶孔、排气孔、锁模装置、顶开装置、模具材质耐高温、耐高压、温控装置等，其成本很高；
HP-RTM工艺固化及生产周期低于15min；
HP-RTM工艺可实现产品的量产化，但其成本较高，设备开机生产费用约15元/min。
综上所述，采用HP-RTM工艺生产复合材料电池盒上壳体产品，生产周期为10min/单件，成本费用很高，约是LP-RTM工艺成本的7倍，但可实现量产化。
本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。
Claims (8)
1.一种阻燃型快速固化树脂的HMP工艺的复合材料制备方法，其特征在于，其制备方法包括以下操作步骤：
S1. 制备反应型快速固化阻燃树脂体系：树脂常温下混合粘度为300-800mPa.s，50-80℃下混合粘度为20-80mPa.s；常温下操作时间5-12min，80-130℃下操作时间30-120s；树脂Tg＞100℃；
S2. 制备模具：模具要求具有上模和下模；
S3. HMP工艺：控制下模具温度30±5℃，控制上模具温度为树脂固化温度点温度；在下模具表面均匀涂刷树脂层，并铺贴纤维织物，交替往复上述操作达到设计铺层的要求后迅速将模具上模合到下模具上，并加压固化过程；
S4. 脱模：待产品固化完成后将上模具抬起，下模具自然降温到40±5℃时将产品脱下来。
2.根据权利要求1所述的一种阻燃型快速固化树脂的HMP工艺的复合材料制备方法，其特征在于，所述阻燃树脂为反应型快速固化液体树脂。
3.根据权利要求1所述的一种阻燃型快速固化树脂的HMP工艺的复合材料制备方法，其特征在于，所述步骤S1-S3中的成型时间总共是8-10min。
4.根据权利要求1所述的一种阻燃型快速固化树脂的HMP工艺的复合材料制备方法，其特征在于，所述下模具具备溢胶槽。
5.根据权利要求4所述的一种阻燃型快速固化树脂的HMP工艺的复合材料制备方法，其特征在于，所述下模具具备限位功能。
6.根据权利要求6所述的一种阻燃型快速固化树脂的HMP工艺的复合材料制备方法，其特征在于，所述下模具具备顶出装置。
7.根据权利要求1所述的一种阻燃型快速固化树脂的HMP工艺的复合材料制备方法，其特征在于，所述上模具和下模具均具备加热装置。
8.根据权利要求1所述的一种阻燃型快速固化树脂的HMP工艺的复合材料制备方法，其特征在于，阻燃型快速固化树脂同样适用于HP-RTM、WCM工艺。
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