CN113103617A - 一种热塑与热固材料结合的复材成型方法 - Google Patents

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    • B29C70/00—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
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    • B29C70/28—Shaping operations therefor
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    • B29C70/342—Shaping by lay-up, i.e. applying fibres, tape or broadsheet on a mould, former or core; Shaping by spray-up, i.e. spraying of fibres on a mould, former or core and shaping or impregnating by compression, i.e. combined with compressing after the lay-up operation using isostatic pressure
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    • B29C70/54—Component parts, details or accessories; Auxiliary operations, e.g. feeding or storage of prepregs or SMC after impregnation or during ageing

Abstract

本发明公开了一种热塑与热固材料结合的复材成型方法，包括以下步骤：步骤一，将一部分碳纤维丝束预浸入热塑性树脂，形成热塑碳纤维纱片，将另一部分碳纤维丝束预浸入热固性树脂，形成热固碳纤维纱片；步骤二，制作中空的硅胶芯轴；步骤三，将热塑碳纤维纱片逐层卷包覆硅胶芯轴，所述硅胶芯轴的中部放入气袋，接着放入第一模具中加热成型；步骤四，将热固碳纤维纱布逐层卷包覆一中空芯轴，所述中空芯轴的中部放入气袋，使包覆有热固碳纤维纱布的中空芯轴插入经由步骤三处理后的热塑碳纤维纱布，放入第二模具中吹气成型，之后取出中空芯轴，形成热塑与热固材料结合的复材；可以提升复材所制得的零件强度、复材的抗冲击能力、韧性和吸震性能。

Description

一种热塑与热固材料结合的复材成型方法
技术领域
本发明涉及复材成型工艺技术领域，尤其是指一种热塑与热固材料结合的复材成型方法。
背景技术
碳纤维是一种新型的无机纤维材料，其增强树脂基复合材料具有高比模量、高比强度、耐腐蚀、耐高温等一系列优异性能，已被广泛应用于导弹、宇航、汽车、文体用品及医疗器材等各个领域。碳纤维增强树脂复合材料的性能主要取决于作为增强体的碳纤维以及作为粘结成分的树脂基体的性能，为了提升复合材料的整体性能，现有碳纤维增强树脂复合材料通常由碳纤维与热塑性树脂、热固性树脂复合而成，热塑性树脂与热固性树脂通过使用胶水沾合在一起，但是因热塑性树脂与热固性树脂的物性不同，使得热塑性树脂无法与热固性树脂牢固沾合，导致现有碳纤维增强树脂复合材料容易脱层，使复合材料所制得的零件强度低、抗冲击能力低、韧性差及吸震性能差。
有鉴于此，本发明的发明人为了解决上述问题，而深入构思，且积极研究改良试做而开发设计出本发明。
发明内容
本发明的目的在于提供一种热塑与热固材料结合的复材成型方法，可以提升复材所制得的零件强度、复材的抗冲击能力、韧性和吸震性能。
为达到上述目的，本发明的解决方案为：
一种热塑与热固材料结合的复材成型方法，包括以下步骤：步骤一，将一部分碳纤维丝束预浸入热塑性树脂，形成热塑碳纤维纱片，将另一部分碳纤维丝束预浸入热固性树脂，形成热固碳纤维纱片；步骤二，制作中空的硅胶芯轴，所述硅胶芯轴的壁厚为3-5mm，硬度为40-70度；步骤三，将热塑碳纤维纱片逐层卷包覆硅胶芯轴，所述硅胶芯轴的中部放入气袋，接着放入第一模具中加热成型，所述第一模具的温度为200℃-400℃，所述第一模具可提供给气袋的气压压力为0-1.5mpa，进气时间为700s，之后取出硅胶芯轴；步骤四，将热固碳纤维纱布逐层卷包覆一中空芯轴，所述中空芯轴的中部放入气袋，使包覆有热固碳纤维纱布的中空芯轴插入经由步骤三处理后的热塑碳纤维纱布，让包覆有热固碳纤维纱布的中空芯轴取代硅胶芯轴的位置，放入第二模具中吹气成型，所述第二模具的温度为60℃-400℃，所述第二模具可提供给气袋的气压压力为0-1.5mpa，进气时间为30-2700s，之后取出中空芯轴，形成热塑与热固材料结合的复材。
一种热塑与热固材料结合的复材成型方法，包括以下步骤：步骤一，将一部分碳纤维丝束预浸入热塑性树脂，形成热塑碳纤维纱片，将另一部分碳纤维丝束预浸入热固性树脂，形成热固碳纤维纱片；步骤二，制作中空的硅胶芯轴，所述硅胶芯轴的壁厚为3-5mm，硬度为40-70度；步骤三，将热固碳纤维纱片逐层卷包覆硅胶芯轴，所述硅胶芯轴的中部放入气袋，接着放入第一模具中加热成型，所述第一模具的温度为60℃-400℃，所述第一模具可提供给气袋的气压压力为0-1.5mpa，进气时间为30-2700s，之后取出硅胶芯轴；步骤四，将热塑碳纤维纱布逐层卷包覆一中空芯轴，所述中空芯轴的中部放入气袋，使包覆有热塑碳纤维纱布的中空芯轴插入经由步骤三处理后的热固碳纤维纱布，让包覆有热塑碳纤维纱布的中空芯轴取代硅胶芯轴的位置，放入第二模具中吹气成型，所述第二模具的温度为200℃-400℃，所述第二模具可提供给气袋的气压压力为0-1.5mpa，进气时间为700s，之后取出中空芯轴，形成热塑与热固材料结合的复材。
一种热塑与热固材料结合的复材成型方法，包括以下步骤：步骤一，将一部分碳纤维丝束预浸入热塑性树脂，形成热塑碳纤维纱片，将另一部分碳纤维丝束预浸入热固性树脂，形成热固碳纤维纱片；步骤二，制作硅胶芯轴，所述硅胶芯轴的壁厚为3-5mm，硬度为40-70度；步骤三，将热塑碳纤维纱片逐层铺设于硅胶芯轴上，接着放于第一模具的气袋上加热成型，所述第一模具的温度为200℃-400℃，所述第一模具可提供给气袋的气压压力为0-1.5mpa，进气时间为700s，之后取出硅胶芯轴；步骤四，将热固碳纤维纱布逐层铺设于一芯轴上，使铺设有热固碳纤维纱布的芯轴置于经由步骤三处理后的热塑碳纤维纱布下，让铺设有热固碳纤维纱布的芯轴取代硅胶芯轴的位置，放于第二模具的气袋上吹气成型，所述第二模具的温度为60℃-400℃，所述第二模具可提供给气袋的气压压力为0-1.5mpa，进气时间为30-2700s，之后取出芯轴，形成热塑与热固材料结合的复材。
一种热塑与热固材料结合的复材成型方法，包括以下步骤：步骤一，将一部分碳纤维丝束预浸入热塑性树脂，形成热塑碳纤维纱片，将另一部分碳纤维丝束预浸入热固性树脂，形成热固碳纤维纱片；步骤二，制作硅胶芯轴，所述硅胶芯轴的壁厚为3-5mm，硬度为40-70度；步骤三，将热固碳纤维纱片逐层铺设于硅胶芯轴上，接着放于第一模具的气袋上加热成型，所述第一模具的温度为60℃-400℃，所述第一模具可提供给气袋的气压压力为0-1.5mpa，进气时间为30-2700s，之后取出硅胶芯轴；步骤四，将热塑碳纤维纱布逐层铺设于一芯轴上，使铺设有热塑碳纤维纱布的芯轴置于经由步骤三处理后的热固碳纤维纱布下，让铺设有热塑碳纤维纱布的芯轴取代硅胶芯轴的位置，放于第二模具的气袋上吹气成型，所述第二模具的温度为200℃-400℃，所述第二模具可提供给气袋的气压压力为0-1.5mpa，进气时间为700s，之后取出芯轴，形成热塑与热固材料结合的复材。
于步骤二中，所述硅胶芯轴由表面有喷砂处理过的芯轴模具制成，所述硅胶芯轴的表面形成磨砂面。
于步骤三放气袋之前，先于所述硅胶芯轴中放入中部带有加热件的中空铁芯芯轴，并于180-400℃加热。
所述加热件为加热棒或者导热介质。
采用上述技术方案后，本发明通过第一模具对气袋充气，并对结合于硅胶芯轴的热塑碳纤维纱布或热固碳纤维纱布加热，使硅胶芯轴受热挤压，让热塑碳纤维纱布或热固碳纤维纱布与硅胶芯轴邻近一侧表面层的热塑性树脂或者热固性树脂被往外挤，热塑碳纤维纱布或热固碳纤维纱布与硅胶芯轴邻近一侧表面层仅留下碳丝，然后再使经由步骤三处理后的热塑碳纤维纱布结合带有热固碳纤维纱布的芯轴或中空芯轴，让热固性树脂或者热塑性树脂浸入热塑碳纤维纱布或热固碳纤维纱布与硅胶芯轴邻近一侧表面层；实现热固性树脂与热塑性树脂结合于碳纤维，形成复材，充分利用热固性树脂与热塑性树脂的特点，克服了热固性树脂与热塑性树脂结合的问题，让复材不易脱层，提升复材所制得的零件强度、复材的抗冲击能力、韧性和吸震性能。
具体实施方式
为达成上述目的及功效，本发明所采用的技术手段及构造，兹就本发明较佳实施例详加说明其特征与功能如下，以利完全了解。
本发明揭示了一种热塑与热固材料结合的复材成型方法，可以用于管材制作，包括以下步骤：
步骤一，将一部分碳纤维丝束预浸入热塑性树脂，形成热塑碳纤维纱片，将另一部分碳纤维丝束预浸入热固性树脂，形成热固碳纤维纱片；
步骤二，制作中空的硅胶芯轴，所述硅胶芯轴的壁厚为3-5mm，硬度为40-70度；
步骤三，将热塑碳纤维纱片逐层卷包覆硅胶芯轴，所述硅胶芯轴的中部放入气袋，接着放入第一模具中加热成型，所述第一模具的温度为200℃-400℃，所述第一模具可提供给气袋的气压压力为0-1.5mpa，进气时间为700s，之后取出硅胶芯轴；
Figure BDA0002992596430000061
步骤四，将热固碳纤维纱布逐层卷包覆一中空芯轴，所述中空芯轴的中部放入气袋，使包覆有热固碳纤维纱布的中空芯轴插入经由步骤三处理后的热塑碳纤维纱布，让包覆有热固碳纤维纱布的中空芯轴取代硅胶芯轴的位置，放入第二模具中吹气成型，所述第二模具的温度为60℃-400℃，所述第二模具可提供给气袋的气压压力为0-1.5mpa，进气时间为30-2700s，之后取出中空芯轴，形成热塑与热固材料结合的复材。
Figure BDA0002992596430000062
本发明还揭示了一种热塑与热固材料结合的复材成型方法，可以用于管材制作，包括以下步骤：
步骤一，将一部分碳纤维丝束预浸入热塑性树脂，形成热塑碳纤维纱片，将另一部分碳纤维丝束预浸入热固性树脂，形成热固碳纤维纱片；
步骤二，制作中空的硅胶芯轴，所述硅胶芯轴的壁厚为3-5mm，硬度为40-70度；
步骤三，将热固碳纤维纱片逐层卷包覆硅胶芯轴，所述硅胶芯轴的中部放入气袋，接着放入第一模具中加热成型，所述第一模具的温度为60℃-400℃，所述第一模具可提供给气袋的气压压力为0-1.5mpa，进气时间为30-2700s，之后取出硅胶芯轴；
Figure BDA0002992596430000071
步骤四，将热塑碳纤维纱布逐层卷包覆一中空芯轴，所述中空芯轴的中部放入气袋，使包覆有热塑碳纤维纱布的中空芯轴插入经由步骤三处理后的热固碳纤维纱布，让包覆有热塑碳纤维纱布的中空芯轴取代硅胶芯轴的位置，放入第二模具中吹气成型，所述第二模具的温度为200℃-400℃，所述第二模具可提供给气袋的气压压力为0-1.5mpa，进气时间为700s，之后取出中空芯轴，形成热塑与热固材料结合的复材。
Figure BDA0002992596430000072
本发明还揭示了一种热塑与热固材料结合的复材成型方法，可以用于平板材制作，包括以下步骤：
步骤一，将一部分碳纤维丝束预浸入热塑性树脂，形成热塑碳纤维纱片，将另一部分碳纤维丝束预浸入热固性树脂，形成热固碳纤维纱片；
步骤二，制作硅胶芯轴，所述硅胶芯轴的壁厚为3-5mm，硬度为40-70度；
步骤三，将热塑碳纤维纱片逐层铺设于硅胶芯轴上，接着放于第一模具的气袋上加热成型，所述第一模具的温度为200℃-400℃，所述第一模具可提供给气袋的气压压力为0-1.5mpa，进气时间为700s，之后取出硅胶芯轴；
Figure BDA0002992596430000081
步骤四，将热固碳纤维纱布逐层铺设于一芯轴上，使铺设有热固碳纤维纱布的芯轴置于经由步骤三处理后的热塑碳纤维纱布下，让铺设有热固碳纤维纱布的芯轴取代硅胶芯轴的位置，放于第二模具的气袋上吹气成型，所述第二模具的温度为60℃-400℃，所述第二模具可提供给气袋的气压压力为0-1.5mpa，进气时间为30-2700s，之后取出芯轴，形成热塑与热固材料结合的复材。
Figure BDA0002992596430000082
本发明还揭示了一种热塑与热固材料结合的复材成型方法，可以用于平板材制作，包括以下步骤：
步骤一，将一部分碳纤维丝束预浸入热塑性树脂，形成热塑碳纤维纱片，将另一部分碳纤维丝束预浸入热固性树脂，形成热固碳纤维纱片；
步骤二，制作硅胶芯轴，所述硅胶芯轴的壁厚为3-5mm，硬度为40-70度；
步骤三，将热固碳纤维纱片逐层铺设于硅胶芯轴上，接着放于第一模具的气袋上加热成型，所述第一模具的温度为60℃-400℃，所述第一模具可提供给气袋的气压压力为0-1.5mpa，进气时间为30-2700s，之后取出硅胶芯轴；
Figure BDA0002992596430000091
步骤四，将热塑碳纤维纱布逐层铺设于一芯轴上，使铺设有热塑碳纤维纱布的芯轴置于经由步骤三处理后的热固碳纤维纱布下，让铺设有热塑碳纤维纱布的芯轴取代硅胶芯轴的位置，放于第二模具的气袋上吹气成型，所述第二模具的温度为200℃-400℃，所述第二模具可提供给气袋的气压压力为0-1.5mpa，进气时间为700s，之后取出芯轴，形成热塑与热固材料结合的复材。
Figure BDA0002992596430000092
于步骤二中，所述硅胶芯轴由表面有喷砂处理过的芯轴模具制成，所述硅胶芯轴的表面形成磨砂面，便于热固性树脂或热塑性树脂挤出热固碳纤维纱布或热塑碳纤维纱布与硅胶芯轴纱布邻近一侧表面层。
于步骤三放气袋之前，先于所述硅胶芯轴中放入中部带有加热件的中空铁芯芯轴，并于150-400℃加热，加热至热塑性树脂预浸料或者热固性树脂预浸料软化即可，方便成型。
所述加热件为加热棒或者导热介质。
其中，第一模具及第二模具可以均为模温机。
综上所述，本发明通过第一模具对气袋充气，并对结合于硅胶芯轴的热塑碳纤维纱布或热固碳纤维纱布加热，使硅胶芯轴受热挤压，让热塑碳纤维纱布或热固碳纤维纱布与硅胶芯轴邻近一侧表面层的热塑性树脂或者热固性树脂被往外挤，热塑碳纤维纱布或热固碳纤维纱布与硅胶芯轴邻近一侧表面层仅留下碳丝，然后再使经由步骤三处理后的热塑碳纤维纱布结合带有热固碳纤维纱布的芯轴或中空芯轴，让热固性树脂纱布或者热塑性树脂浸入热塑碳纤维或热固碳纤维纱布与硅胶芯轴邻近一侧表面层；实现热固性树脂与热塑性树脂结合于碳纤维，形成复材，充分利用热固性树脂与热塑性树脂的特点，克服了热固性树脂与热塑性树脂结合的问题，让复材不易脱层，提升复材所制得的零件强度、复材的抗冲击能力、韧性和吸震性能。
本发明的技术内容及技术特点已揭示如上，本发明的组成并不以上述为限，本领域的技术人员仍可能基于本发明的揭示而作各种不背离本发明创作精神的替换及修饰。因此，本发明的保护范围应不限于实施例所揭示，而应包括各种不背离本发明的替换及修饰，并为权利要求书所涵盖。

Claims (7)

1.一种热塑与热固材料结合的复材成型方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，将一部分碳纤维丝束预浸入热塑性树脂，形成热塑碳纤维纱片，将另一部分碳纤维丝束预浸入热固性树脂，形成热固碳纤维纱片；
步骤二，制作中空的硅胶芯轴，所述硅胶芯轴的壁厚为3-5mm，硬度为40-70度；
步骤三，将热塑碳纤维纱片逐层卷包覆硅胶芯轴，所述硅胶芯轴的中部放入气袋，接着放入第一模具中加热成型，所述第一模具的温度为200℃-400℃，所述第一模具可提供给气袋的气压压力为0-1.5mpa，进气时间为700s，之后取出硅胶芯轴；
步骤四，将热固碳纤维纱布逐层卷包覆一中空芯轴，所述中空芯轴的中部放入气袋，使包覆有热固碳纤维纱布的中空芯轴插入经由步骤三处理后的热塑碳纤维纱布，让包覆有热固碳纤维纱布的中空芯轴取代硅胶芯轴的位置，放入第二模具中吹气成型，所述第二模具的温度为60℃-400℃，所述第二模具可提供给气袋的气压压力为0-1.5mpa，进气时间为30-2700s，之后取出中空芯轴，形成热塑与热固材料结合的复材。
2.一种热塑与热固材料结合的复材成型方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，将一部分碳纤维丝束预浸入热塑性树脂，形成热塑碳纤维纱片，将另一部分碳纤维丝束预浸入热固性树脂，形成热固碳纤维纱片；
步骤二，制作中空的硅胶芯轴，所述硅胶芯轴的壁厚为3-5mm，硬度为40-70度；
步骤三，将热固碳纤维纱片逐层卷包覆硅胶芯轴，所述硅胶芯轴的中部放入气袋，接着放入第一模具中加热成型，所述第一模具的温度为60℃-400℃，所述第一模具可提供给气袋的气压压力为0-1.5mpa，进气时间为30-2700s，之后取出硅胶芯轴；
步骤四，将热塑碳纤维纱布逐层卷包覆一中空芯轴，所述中空芯轴的中部放入气袋，使包覆有热塑碳纤维纱布的中空芯轴插入经由步骤三处理后的热固碳纤维纱布，让包覆有热塑碳纤维纱布的中空芯轴取代硅胶芯轴的位置，放入第二模具中吹气成型，所述第二模具的温度为200℃-400℃，所述第二模具可提供给气袋的气压压力为0-1.5mpa，进气时间为700s，之后取出中空芯轴，形成热塑与热固材料结合的复材。
3.一种热塑与热固材料结合的复材成型方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，将一部分碳纤维丝束预浸入热塑性树脂，形成热塑碳纤维纱片，将另一部分碳纤维丝束预浸入热固性树脂，形成热固碳纤维纱片；
步骤二，制作硅胶芯轴，所述硅胶芯轴的壁厚为3-5mm，硬度为40-70度；
步骤三，将热塑碳纤维纱片逐层铺设于硅胶芯轴上，接着放于第一模具的气袋上加热成型，所述第一模具的温度为200℃-400℃，所述第一模具可提供给气袋的气压压力为0-1.5mpa，进气时间为700s，之后取出硅胶芯轴；
步骤四，将热固碳纤维纱布逐层铺设于一芯轴上，使铺设有热固碳纤维纱布的芯轴置于经由步骤三处理后的热塑碳纤维纱布下，让铺设有热固碳纤维纱布的芯轴取代硅胶芯轴的位置，放于第二模具的气袋上吹气成型，所述第二模具的温度为60℃-400℃，所述第二模具可提供给气袋的气压压力为0-1.5mpa，进气时间为30-2700s，之后取出芯轴，形成热塑与热固材料结合的复材。
4.一种热塑与热固材料结合的复材成型方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，将一部分碳纤维丝束预浸入热塑性树脂，形成热塑碳纤维纱片，将另一部分碳纤维丝束预浸入热固性树脂，形成热固碳纤维纱片；
步骤二，制作硅胶芯轴，所述硅胶芯轴的壁厚为3-5mm，硬度为40-70度；
步骤三，将热固碳纤维纱片逐层铺设于硅胶芯轴上，接着放于第一模具的气袋上加热成型，所述第一模具的温度为60℃-400℃，所述第一模具可提供给气袋的气压压力为0-1.5mpa，进气时间为30-2700s，之后取出硅胶芯轴；
步骤四，将热塑碳纤维纱布逐层铺设于一芯轴上，使铺设有热塑碳纤维纱布的芯轴置于经由步骤三处理后的热固碳纤维纱布下，让铺设有热塑碳纤维纱布的芯轴取代硅胶芯轴的位置，放于第二模具的气袋上吹气成型，所述第二模具的温度为200℃-400℃，所述第二模具可提供给气袋的气压压力为0-1.5mpa，进气时间为700s，之后取出芯轴，形成热塑与热固材料结合的复材。
5.如权利要求1至4任一项所述一种热塑与热固材料结合的复材成型方法，其特征在于：于步骤二中，所述硅胶芯轴由表面有喷砂处理过的芯轴模具制成，所述硅胶芯轴的表面形成磨砂面。
6.如权利要求1至4任一项所述一种热塑与热固材料结合的复材成型方法，其特征在于：于步骤三放气袋之前，先于所述硅胶芯轴中放入中部带有加热件的中空铁芯芯轴，并于150-400℃加热。
7.如权利要求6所述一种热塑与热固材料结合的复材成型方法，其特征在于：所述加热件为加热棒或者导热介质。
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