CN112519269A - 一种纤维增强树脂基复合材料成型方法 - Google Patents

一种纤维增强树脂基复合材料成型方法 Download PDF

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王荣惠
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陈以蔚
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Abstract

本发明公开了一种纤维增强树脂基复合材料成型方法，属于复合材料制备领域。本发明方法，可以选用常温下中高粘度甚至固体的树脂，以及固体的固化剂和促进剂，相较于传统的VARTM工艺方法，大大扩展了适用范围；将通过VARTM工艺制备的浸渍体，整体一次性放入到热压机内热压成型，相较于传统的将分层分批加入热压模具的方式，该方法的制备效率更高，制得的复合材料层间性能更好，且不会出现纤维不被树脂充分浸润的缺陷。另外，本发明方法还具有操作方便、可重复性好等优点。

Description

一种纤维增强树脂基复合材料成型方法
技术领域
本发明涉及复合材料制备领域，特别是一种纤维增强树脂基复合材料成型方法。
背景技术
传统VARTM工艺是一种新型的低成本复合材料大型制件的成型技术，它是在真空状态下排除树脂体系和纤维增强材料中的气体，利用树脂体系的流动、渗透，实现纤维织物的浸渍，并在低温或室温下固化制成复合材料的成型方法。其优点是在真空压力下树脂在纤维中的浸润性好，成型方法简单，可以制备大型复合材料构件。然而该方法适用的树脂体系受限，一般以低粘度的液态树脂体系为主，当树脂或固化剂为固体时，该工艺基本无法实现。受所用树脂体系的影响，VARTM工艺所制备的复合材料力学性能较低，尤其是层间力学性能，一般在40~60MPa之间。此外该工艺的成型多是在低温或室温下成型，因此也大大限制了该工艺的拓展或应用。而传统的热压成型工艺，制备的复合材料性能较高，但当制造工艺水平较差时又无法可靠地保证纤维和树脂之间的充分浸润。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种纤维增强树脂基复合材料成型方法。
为解决上述背景技术问题，本发明采用以下技术方案：一种纤维增强树脂基复合材料成型方法，其步骤包括：
1）将树脂、常温下为固体的固化剂和促进剂溶解混合，制备成体系粘度范围为2000-2610的树脂混合液；
2）根据要制备纤维增强树脂基复合材料，裁剪所需数量及规格的纤维布；
3）将裁剪的纤维布叠放在一起，利用VARTM工艺填充配制的树脂混合液，制备成纤维增强树脂基复合材料预浸渍体；
4）将纤维增强树脂基复合材料预浸渍体的树脂加热至呈B阶状态后，整体一次性放入模具中；
5）启动热压机的加热系统，待上、下模板加热至预设温度后，将模具放置到热压机内，合模至压力为零，继续加热热压机，至模具内温度达到预设温度；
6）预热完成后，按照预设固化制度完成树脂固化，制成所需的纤维增强树脂基复合材料。
本发明涉及的纤维增强树脂基复合材料成型方法，其特征在于：所述树脂、固化剂和促进剂通过加热溶解。
本发明涉及的纤维增强树脂基复合材料成型方法，其特征在于：所述树脂、固化剂和促进剂通过添加适量丙酮溶解，配制的树脂混合液相对密度为1.0-1.1；丙酮在将纤维增强树脂基复合材料预浸渍体放入模具之前去除。
本发明涉及的纤维增强树脂基复合材料成型方法，其特征在于：所述丙酮在VARTM工艺之后去除。
本发明涉及的纤维增强树脂基复合材料成型方法，其特征在于：所述丙酮在VARTM工艺之前去除，VARTM工艺时对树脂混合液进行加热。
本发明涉及的纤维增强树脂基复合材料成型方法，其特征在于：所述树脂常温下为固体或高粘度液体。
本发明涉及的纤维增强树脂基复合材料成型方法，其特征在于：所述树脂为环氧树脂、酚醛树脂或双马来亚胺树脂。
本发明涉及的维增强树脂基复合材料成型方法，其特征在于：所述固化剂为潜伏型固化剂。
本发明涉及的纤维增强树脂基复合材料成型方法，其特征在于：所述纤维为碳纤维、玻璃纤维或芳纶纤维。
本发明涉及的纤维增强树脂基复合材料成型方法，可以选用常温下中高粘度甚至固体的树脂，以及固体的固化剂和促进剂，相较于传统的VARTM工艺方法，大大扩展了适用范围；将通过VARTM工艺制备的浸渍体，整体一次性放入到热压机内热压成型，相较于传统的将分层分批加入热压模具的方式，该方法的制备效率更高，制得的复合材料层间性能更好，且不会出现纤维不被树脂充分浸润的缺陷。另外，本发明方法还具有操作方便、可重复性好等优点。
具体实施方式
下面结合具体实施方式，对本发明涉及的技术方案进行详细说明，但不作为对技术方案 的限制。
实施例一
常温下，分别称取69.7g环氧树脂TDE-85，20.9g固化剂3-3′-二氨基二苯砜，0.697g促进剂三氟化硼乙胺，适量丙酮，放置于烧杯中。将烧杯放入45°C的水浴中，利用磁力搅拌器对烧杯中的混合物进行磁力搅拌，直至固化剂DDS和促进剂三氟化硼乙胺全部溶解，制备出的树脂混合液相对密度1.0，体系粘度2000mPa·S。
裁剪十块T300碳纤维织物，其规格为200mmX150mm；裁剪一块同等规格的导流网，以及一块规格为250mmX200mm的真空膜。
将十块碳纤维织物叠放在一起，放置到平台上，在其上方放置导流网，在导流网长度方向的一端上方放置三通，用于连接螺旋管和橡胶软管，螺旋管沿导流网宽度方向放置，其两末端各伸出导流网10mm。利用密封胶条将真空膜密封到平台上，碳纤维织物和导流网覆盖于其内部中间位置，橡胶软管从真空膜内部伸出，放置到盛放配制的树脂混合液烧杯中；在与该橡胶软管相对的另一侧，同样设置橡胶软管，其分别与真空膜内部和真空泵密封连接。
启动真空泵，让树脂混合液填充完碳纤维织物后，保持真空2h。
将制备的碳纤维织物预浸渍体放置到鼓风干燥箱内，将温度加热至50°C，持续20h，以去除丙酮。然后，将鼓风干燥箱温度升至90°C，持续0.5h，至碳纤维织物预浸渍体的树脂呈B阶状态。
将树脂呈B阶状态的碳纤维织物预浸渍体，整体一次性铺放至涂有脱模剂的模具内。启动热压机的加热系统，待其上、下模板温度加热至80°C，将模具放置到热压机内，并合模至压力为0，继续加热热压机，至其模具内的温度达到80°C，保温1h。预热完成后开始固化，固化制度如下：120°C/1h，180°/2h；固化完成后关闭压机电源。
相较于传统VARTM工艺方法，由本实施例方法制备的碳纤维增强树脂基复合材料，其层间强度提高了50%、模量提高了30%。
实施例二
常温下，分别称取69.7g环氧树脂AG-80，20.9g固化剂4-4′-二氨基二苯砜，2.01g固体促进剂三氟化硼乙胺，适量丙酮，放置于烧杯中。将烧杯放入45°C的水浴中，利用磁力搅拌器对烧杯中的混合物进行磁力搅拌，直至固化剂DDS和促进剂三氟化硼乙胺全部溶解，制备出的树脂混合液相对密度1.05，体系粘度2150mPa·S。
将制备的树脂混合液放置到真空烘箱内，温度加热至70°C，压力抽至-0.1Mpa，保持该状态至丙酮完全去除。
裁剪八块T700碳纤维UD布，其规格为250mmX200mm；裁剪一块同等规格的导流网，以及一块规格为300mmX250mm的真空膜。
将八块碳纤维UD布叠放在一起，放置到平台上，在其上方放置导流网，在导流网长度方向的一端上方放置三通，用于连接螺旋管和橡胶软管，螺旋管沿导流网宽度方向放置，其两末端各伸出导流网10mm。利用密封胶条将真空膜密封到平台上，碳纤维UD布和导流网覆盖于其内部中间位置，橡胶软管从真空膜内部伸出，放置到盛放配制的树脂混合液烧杯中；在与该橡胶软管相对的另一侧，同样设置橡胶软管，其分别与真空膜内部和真空泵密封连接。
将盛放树脂混合液的烧杯置于70°C的水浴池内，启动真空泵，让树脂混合液填充完碳纤维UD布后，保持真空1.5h。
将制备的碳纤维UD布预浸渍体放置到鼓风干燥箱内，将鼓风干燥箱温度升至90°C，持续0.75h，至碳纤维织物预浸渍体的树脂呈B阶状态。
将树脂呈B阶状态的碳纤维织物预浸渍体，整体一次性铺放至涂有脱模剂的模具内。启动热压机的加热系统，待其上、下模板温度加热至80°C，将模具放置到热压机内，并合模至压力为0，继续加热热压机，至其模具内的温度达到80°C，保温1h。预热完成后开始固化，固化制度如下：120°C/12h；固化完成后关闭压机电源，制备的复合材料切割后测试力学性能。
相较于传统VARTM工艺方法，由本实施例方法制备的碳纤维增强树脂基复合材料，其层间强度提高了45%、模量提高了30%。
实施例三
常温下，称取69.7g环氧树脂TDE-85放入烧杯，加热至90°C，再依次加入20.9g固化剂4-4′-二氨基二苯砜，0.697g固体促进剂三氟化硼乙胺。利用搅拌速度设置为2000r/min、搅拌时间设置为0.5h的高速搅拌分散仪将烧杯中的混合物混合均匀，最终制备出的树脂混合液体系粘度2430mPa·S。
裁剪十块T300碳纤维织物，其规格为200mmX150mm；裁剪一块同等规格的导流网，以及一块规格为250mmX200mm的真空膜。
将十块碳纤维织物叠放在一起，放置到平台上，在其上方放置导流网，在导流网长度方向的一端上方放置三通，用于连接螺旋管和橡胶软管，螺旋管沿导流网宽度方向放置，其两末端各伸出导流网10mm。利用密封胶条将真空膜密封到平台上，碳纤维织物和导流网覆盖于其内部中间位置，橡胶软管从真空膜内部伸出，放置到盛放配制的树脂混合液烧杯中；在与该橡胶软管相对的另一侧，同样设置橡胶软管，其分别与真空膜内部和真空泵密封连接。
将盛放树脂混合液的烧杯置于90°C的水浴池内，启动真空泵，让树脂混合液填充完碳纤维织物后，保持真空2h。
然后，将制备的碳纤维织物预浸渍体放置到鼓风干燥箱内，将鼓风干燥箱温度升至90°C，持续0.5h，至碳纤维织物预浸渍体的树脂呈B阶状态。
将树脂呈B阶状态的碳纤维织物预浸渍体，整体一次性铺放至涂有脱模剂的模具内。启动热压机的加热系统，待其上、下模板温度加热至80°C，将模具放置到热压机内，并合模至压力为0，继续加热热压机，至其模具内的温度达到80°C，保温1h。预热完成后开始固化，固化制度如下：120°C/1h，180°/2h；固化完成后关闭压机电源，制备的复合材料切割后测试力学性能。上述所用环氧树脂为中粘度环氧树脂，固化剂和促进剂为固体。
相较于传统VARTM工艺方法，由本实施例方法制备的碳纤维增强树脂基复合材料，其层间强度提高了55%、模量提高了35%。
实施例四
与实施例一不同之处在于：
称取80g环氧树脂E20，12g固化剂为3-3′-二氨基二苯砜，0.8g促进剂为三氟化硼单乙胺，适量丙酮，制备出的树脂混合液相对密度1.15，体系粘度2610mPa·S。
相较于传统VARTM工艺方法，由本实施例方法制备的碳纤维增强树脂基复合材料，其层间强度提高了50%、模量提高了40%。

Claims (9)

1.一种纤维增强树脂基复合材料成型方法，其步骤包括：
1）将树脂、常温下为固体的固化剂和促进剂溶解混合，制备成体系粘度范围为2000-2610的树脂混合液；
2）根据要制备纤维增强树脂基复合材料，裁剪所需数量及规格的纤维布；
3）将裁剪的纤维布叠放在一起，利用VARTM工艺填充配制的树脂混合液，制备成纤维增强树脂基复合材料预浸渍体；
4）将纤维增强树脂基复合材料预浸渍体的树脂加热至呈B阶状态后，整体一次性放入模具中；
5）启动热压机的加热系统，待上、下模板加热至预设温度后，将模具放置到热压机内，合模至压力为零，继续加热热压机，至模具内温度达到预设温度；
6）预热完成后，按照预设固化制度完成树脂固化，制成所需的纤维增强树脂基复合材料。
2.根据权利要求1所述的纤维增强树脂基复合材料成型方法，其特征在于：所述树脂、固化剂和促进剂通过加热溶解。
3.根据权利要求1所述的纤维增强树脂基复合材料成型方法，其特征在于：所述树脂、固化剂和促进剂通过添加适量丙酮溶解，配制的树脂混合液相对密度为1.0-1.1；丙酮在将纤维增强树脂基复合材料预浸渍体放入模具之前去除。
4.根据权利要求3所述的纤维增强树脂基复合材料成型方法，其特征在于：所述丙酮在VARTM工艺之后去除。
5.根据权利要求3所述的纤维增强树脂基复合材料成型方法，其特征在于：所述丙酮在VARTM工艺之前去除，VARTM工艺时对树脂混合液进行加热。
6.根据权利要求1所述的纤维增强树脂基复合材料成型方法，其特征在于：所述树脂常温下为固体或高粘度液体。
7.根据权利要求1所述的纤维增强树脂基复合材料成型方法，其特征在于：所述树脂为环氧树脂、酚醛树脂或双马来亚胺树脂。
8.根据权利要求1所述的纤维增强树脂基复合材料成型方法，其特征在于：所述固化剂为潜伏型固化剂。
9.根据权利要求1所述的纤维增强树脂基复合材料成型方法，其特征在于：所述纤维为碳纤维、玻璃纤维或芳纶纤维。
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