CN113954389A - 高强度高纤维体积含量树脂基复合材料的制备方法及设备 - Google Patents
高强度高纤维体积含量树脂基复合材料的制备方法及设备 Download PDFInfo
- Publication number
- CN113954389A CN113954389A CN202111168735.1A CN202111168735A CN113954389A CN 113954389 A CN113954389 A CN 113954389A CN 202111168735 A CN202111168735 A CN 202111168735A CN 113954389 A CN113954389 A CN 113954389A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- fabric
- mold
- resin
- reaction kettle
- composite material
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 239000000835 fiber Substances 0.000 title claims abstract description 43
- 239000000463 material Substances 0.000 title claims abstract description 31
- 239000000805 composite resin Substances 0.000 title claims abstract description 28
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 9
- 239000004744 fabric Substances 0.000 claims abstract description 125
- 239000011347 resin Substances 0.000 claims abstract description 69
- 229920005989 resin Polymers 0.000 claims abstract description 69
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 33
- 238000003825 pressing Methods 0.000 claims abstract description 25
- 238000002347 injection Methods 0.000 claims abstract description 24
- 239000007924 injection Substances 0.000 claims abstract description 24
- 238000009958 sewing Methods 0.000 claims abstract description 20
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 claims abstract description 12
- 238000001746 injection moulding Methods 0.000 claims abstract description 7
- 239000003292 glue Substances 0.000 claims description 162
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims description 54
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 43
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 21
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 20
- 238000007493 shaping process Methods 0.000 claims description 11
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims description 6
- 238000013461 design Methods 0.000 claims description 4
- 229910001873 dinitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 238000004080 punching Methods 0.000 claims description 3
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 claims description 2
- 239000000675 fabric finishing Substances 0.000 claims 1
- 238000009962 finishing (textile) Methods 0.000 claims 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 abstract description 11
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 13
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 11
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 10
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 7
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 6
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 6
- XQZYPMVTSDWCCE-UHFFFAOYSA-N phthalonitrile Chemical compound N#CC1=CC=CC=C1C#N XQZYPMVTSDWCCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 229920006391 phthalonitrile polymer Polymers 0.000 description 6
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 6
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 6
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 241000519995 Stachys sylvatica Species 0.000 description 5
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 4
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 3
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 3
- 230000006978 adaptation Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000032798 delamination Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000008595 infiltration Effects 0.000 description 1
- 238000001764 infiltration Methods 0.000 description 1
- 150000002632 lipids Chemical class 0.000 description 1
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 1
- 239000003829 resin cement Substances 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C70/00—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
- B29C70/04—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
- B29C70/28—Shaping operations therefor
- B29C70/30—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
- B29C70/36—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 impregnating by casting, e.g. vacuum casting
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C33/00—Moulds or cores; Details thereof or accessories therefor
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C70/00—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
- B29C70/04—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
- B29C70/28—Shaping operations therefor
- B29C70/54—Component parts, details or accessories; Auxiliary operations, e.g. feeding or storage of prepregs or SMC after impregnation or during ageing
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Composite Materials (AREA)
- Casting Or Compression Moulding Of Plastics Or The Like (AREA)
- Moulding By Coating Moulds (AREA)
Abstract
本发明公开一种高强度高纤维体积含量树脂基复合材料的制备方法及设备，该方法包括如下步骤：S1、织物尺寸控制，S2、织物预压，S3、织物缝合，S4、织物终压，S5、注射成型。该设备主要由预压机构、针刺缝合机构、模具和注射抽吸系统组成。本发明通过织物预压提高复合材料纤维体积含量、织物层与层制件的结构均匀性和厚度均匀性，通过对预压后织物针刺缝合提高复合材料层间结合力，扩大复合材料应用范围同时保证了预压织物的不变形，成型前模具对缝合后织物进行进一步压制，进一步增大纤维体积含量。通过加压注射成型，使树脂浸润织物，即可获得高强度高纤维体积含量树脂基复合材料。
Description
技术领域
本发明涉及树脂基复合材料领域，具体涉及一种高强度高纤维体积含量树脂基复合材料的制备方法及设备。
背景技术
对于纤维增强树脂基复合材料，材料力学性能与所含纤维体积含量有很大关系，随纤维体积含量的增大，树脂基复合材料的力学性能也逐渐升高。在航空航天中对材料的力学性能要求比较严格，往往通过增加单位体积内纤维体积含量来增加来提高纤维增强树脂及复合材料力学性能，而纤维织物的结构形式对渗透率有较大影响，同种织物渗透率随纤维体积百分含量的升高而降低，纤维体积含量过高，成型后产品内容易出现白斑、渗透不充分等现象。目前常规的工艺方法往往不能解决纤维体积提高，成型后产品内容易出现白斑、渗透不充分的缺陷，或解决产品内容易出现白斑、渗透不充分的缺陷后又出现制件层间剪切强度过低的现象，因此树脂基复合材料的研制亟需革新工艺方法，提高树脂基材料力学性能，才能为树脂基材料的更广泛的应用提供充分工艺支撑。
基于上述情况，本发明提出了一种高强度高纤维体积含量树脂基复合材料的制备方法及设备，可有效解决以上问题。
发明内容
针对现有技术中存在的不足，本发明的目的在于提供一种高强度高纤维体积含量树脂基复合材料的制备方法及设备。通过对织物尺寸控制、织物预压、对织物针刺缝合、模具对织物终压、模具合理流道设计、成型过程控制，即可获得高强度高纤维体积含量纤的树脂基复合材料。
为解决上述技术问题，本发明通过下述技术方案实现：
第一方面，本发明提供一种高强度高纤维体积含量树脂基复合材料的制备方法，包括如下步骤：
S1、织物尺寸控制：根据模具型腔尺寸裁剪设计层数的织物，使得裁剪后的织物四周与模具型腔之间形成可供树脂胶液注射流动的环形流道；
S2、织物预压：将裁剪后的织物铺层堆叠后，预压织物至高出模具型腔设计厚度定型；
S3、织物缝合：对预压后的织物进行法向缝合；
S4、织物终压：对缝合后的织物进一步压制，使织物与模具型腔厚度相等；
S5、注射成型：对模具型腔交替进行抽真空和注射树脂胶液，使得树脂胶液充分浸润处于终压状态的织物，固化后获得高强度高纤维体积含量树脂基复合材料。
优选的是，所述步骤S1中，裁剪后的织物长宽尺寸均小于模具型腔最小长宽尺寸2～4mm。
优选的是，所述步骤S2中，预压后的织物厚度需高出模具型腔厚度1～3mm。
优选的是，所述步骤S5中，注射成型的具体步骤包括：
S51、在模具进胶口与反应釜之间的第一球阀开关处于关闭状态下，采用真空泵对模具型腔进行抽真空处理，同时将预热好的树脂胶液倒入反应釜中并密封反应釜，采用氮气瓶对反应釜加压至设定压力后再关闭真空泵与模具出胶口之间的第二球阀开关；
S52、打开第一球阀开关，树脂胶液会迅速从反应釜进入模具内，期间继续采用氮气瓶对反应釜充压；
S53、树脂胶液浸润一段时间后，关闭第一球阀开关，打开第二球阀开关进行抽真空处理，此后循环进行充压和抽真空的过程，直至各模具出胶口均有树脂胶液流出；
S54、最后关闭模具进胶口和模具出胶口，等待模具内的织物固化完成后再脱模，获得高强度高纤维体积含量树脂基材料。
进一步优选的是，所述步骤S5整个过程均在烘箱内完成，烘箱温度控制在80～180℃。
进一步优选的是，所述树脂胶液在倒入反应釜前需加热至使其粘度达到最小温度范围内。
第二方面，本发明还提供一种制备树脂基复合材料的设备，所述设备包括：
预压机构，所述预压机构用于将裁剪后的织物预压至高出模具型腔设计厚度定型；
针刺缝合机构，所述针刺缝合机构用于对预压后的织物进行法向缝合；
模具，所述模具用于对缝合后的织物进行终压定型；以及
注射抽吸系统，所述注射抽吸系统用于对模具型腔交替进行抽真空和注射树脂胶液，使得树脂胶液充分浸润处于终压状态的织物。
优选的是，所述模具包括具有导流斜面的型框、分别密封压合于型框上下面的上模板和下模板以及设于上模板上的模具进胶口和若干模具出胶口，上模板和下模板以及型框之间合围形成供织物终压的密闭的模具型腔。
进一步优选的是，所述模具型腔上表面的长宽尺寸要小于其下表面的长宽尺寸，且环形流道的截面面积从上至下逐渐增大；所述模具进胶口设置于环形流道对应的上模板上并与环形流道连通。
优选的是，所述注射抽吸系统包括烘箱、氮气瓶、真空泵以及置于烘箱内的反应釜和分离器，且模具置于烘箱内；反应釜一端与氮气瓶相连接，另一端与模具进胶口相连接；各模具出胶口与分离器的各分离接嘴相连接，分离器其中一个分离接嘴与真空泵相连接。
本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：
其一，本发明对织物尺寸进行严格控制，在织物四周与模具型腔之间形成可供树脂胶液注射流动的环形流道，这样可使得树脂胶液进入模具型腔后迅速流向四周，由四周沿织物内部向出胶口扩散，最终使树脂胶液充分浸润织物。
其二，本发明通过织物预压提高复合材料纤维体积含量、织物层与层制件的结构均匀性和厚度均匀性；通过对预压后织物针刺缝合提高复合材料层间结合力，扩大复合材料应用范围同时保证了预压织物的不变形，成型前模具对缝合后织物进行进一步压制，进一步增大纤维体积含量。
其三，通过交替进行抽真空以及加压注射，同时整个注射成型过程在烘箱内完成，确保树脂胶液能够一直保持粘度最小的状态，流动性大，使树脂胶液能够充分浸润织物，避免成型后产品内易出现白斑、渗透不充分等现象。
附图说明
图1是本发明设备中模具的剖面结构示意图；
图2是图1所示模具的俯视结构示意图；
图3是本发明设备中模具的型框的剖面结构示意图(右侧部分剖面)；
图4是图3所示型框的仰视结构示意图；
图5是本发明设备中的注射抽吸系统和模具原理框图。
附图标记：模具1，型框11，导流斜面110，密封槽111，脱模槽112，吊装孔113，上模板12，下模板13，螺栓14，螺母15，密封圈16，模具进胶口17，模具出胶口18，环形流道19，注射抽吸系统2，分离器21，真空泵22，反应釜23，氮气瓶24，烘箱25，第一球阀开关26a，第二球阀开关26b，织物3。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合具体实施例对本发明的优选实施方案进行描述，但是应当理解，附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。附图中描述位置关系仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制。
本发明提供一种制备树脂基复合材料的设备，所述设备包括预压机构、针刺缝合机构、模具1和注射抽吸系统2，所述预压机构用于将裁剪后的织物3预压至高出模具型腔设计厚度定型；所述针刺缝合机构用于对预压后的织物3进行法向缝合(Z向)；所述模具1用于对缝合后的织物3进行终压定型；所述注射抽吸系统2用于对模具型腔交替进行抽真空和注射树脂胶液，使得树脂胶液充分浸润处于终压状态的织物3。
如图1和2所示，本实施例还提供一种模具1，所述模具1包括型框11、分别密封压合于型框11上下面的上模板12和下模板13以及设于上模板12上的模具进胶口17和若干模具出胶口18；所述上模板12和下模板13之间通过螺栓14和螺母15压紧固定连接，并在型框11的密封槽111内设置密封圈16，确保上模板12和下模板13以及型框11之间的密封性。
其中，所述上模板12和下模板13以及型框11之间合围形成供织物3终压的所述模具型腔，所述模具型腔上表面的长宽尺寸要小于其下表面的长宽尺寸。具体的，模具进胶口17设置于所述环形流道19对应的上模板12上并与环形流道19连通，若干模具出胶口18间隔布置于所述织物3对应的上模板12上。
如图3和4所示，本实施例提供一种矩形型框11，所述型框11内侧四周具有成一定梯度的导流斜面110，导流斜面110的上端长宽尺寸均小于下端的长宽尺寸；所述型框11上下表面均设有密封槽111和脱模槽112，其侧向还设有吊装孔113。
如图5所示，本实施例还提供一种用于模具1内织物3成型的注射抽吸系统2，所述注射抽吸系统2包括烘箱25、氮气瓶24、真空泵22以及置于烘箱25内的反应釜23和分离器21，且模具1置于烘箱25内；所述反应釜23一端与氮气瓶24相连接，另一端与模具进胶口17相连接；各模具出胶口18与分离器21的各分离接嘴相连接，分离器21其中一个分离接嘴与真空泵22相连接，各部件之间均通过耐高温管道连接。所述反应釜23与模具进胶口17之间安装有第一球阀开关26a，所述分离器21与模具出胶口18之间的管道上安装有第二球阀开关26b。
下面将通过实施例对本申请的制备工艺流程进行具体说明。
实施例一
(1)模具型腔有效长宽最小尺寸391mm×291mm、模具型腔高度20mm，裁剪织物尺寸390mm×290mm，织物(B型石英纤维布)规格：0.28mm厚、面密度：291.32g/cm2，织物层数80层。(2)铺层后将织物预压至高出模具型腔厚度2mm后定型。(3)用针刺缝合机构将铺层织物进行缝合，缝合间距10mm×10mm。(4)模具终压，利用模具上下表面将原高出模具型腔厚度2mm的预压织物进一步压制，使织物与模具型腔厚度相等。(5)成型过程，成型过程中反应釜压力的施加和模具型腔内真空度的控制的交替进行。在注胶前对反应釜、模具、金属软管预热，并对树脂胶液进行加热，在加热前同步开启连接模具出胶口的真空泵对模具型腔进行抽真空处理。烘箱设置温度为树脂胶液粘度最小温度，本案例所用树脂邻苯二甲腈树脂，粘度最小温度范围160℃-180℃，烘箱设置温度170℃。树脂胶液加热至粘度最小温度范围后，将树脂胶液倒入反应釜中，密封反应釜。用氮气瓶连接反应釜，对反应釜进行加压，反应釜与模具进胶口相连接，氮气对反应釜加压过程模具进胶口与反应釜之间的开关处于关闭状态。当反应釜内压力施加至0.3MPa以上时，关闭真空泵与出胶口的开关，打开反应釜与模具进胶口之间的开关，胶液将会迅速从反应釜进入模具内，继续对反应釜充压，然后关闭进胶口与反应釜之间的开关打开真空泵与出胶口，抽真空处理。循环充压抽真空过程，至各出胶口有胶液流出。(6)关闭进胶口、出胶口，拆卸反应釜、管路、分离器，仅留注射完成后的织物模具固化成型。固化完成后脱模，获得高强度高纤维体积含量树脂基复合坯料。
实施例二
(1)模具型腔有效长宽最小尺寸391mm×291mm、模具型腔高度20mm，裁剪织物尺寸389mm×289mm，织物(B型石英纤维布)规格：0.28mm厚、面密度：291.32g/cm2，织物层数80层。(2)铺层后将织物预压至高出模具型腔厚度3mm后定型。(3)用针刺缝合机构将铺层织物进行缝合，缝合间距10mm×10mm。(4)模具终压，利用模具上下表面将原高出模具型腔厚度3mm的预压织物进一步压制，使织物与模具型腔厚度相等。(5)成型过程，成型过程中反应釜压力的施加和模具型腔内真空度的控制的交替进行。在注胶前对反应釜、模具、金属软管预热，并对树脂胶液进行加热，在加热前同步开启连接模具出胶口的真空泵对模具型腔进行抽真空处理。烘箱设置温度为树脂胶液粘度最小温度，本案例所用树脂邻苯二甲腈树脂，粘度最小温度范围160℃-180℃，烘箱设置温度170℃。树脂胶液加热至粘度最小温度范围后，将树脂胶液倒入反应釜中，密封反应釜。用氮气瓶连接反应釜，对反应釜进行加压，反应釜与模具进胶口相连接，氮气对反应釜加压过程模具进胶口与反应釜之间的开关处于关闭状态。当反应釜内压力施加至0.3MPa以上时，关闭真空泵与出胶口的开关，打开反应釜与模具进胶口之间的开关，胶液将会迅速从反应釜进入模具内，继续对反应釜充压，然后关闭进胶口与反应釜之间的开关打开真空泵与出胶口，抽真空处理。循环充压抽真空过程，至各出胶口有胶液流出。(6)关闭进胶口、出胶口，拆卸反应釜、管路、分离器，仅留注射完成后的织物模具固化成型。固化完成后脱模，获得高强度高纤维体积含量树脂基复合坯料。
实施例三
(1)模具型腔有效长宽最小尺寸391mm×291mm、模具型腔高度20，裁剪织物尺寸390×290，织物(B型石英纤维布)规格：0.28mm厚、面密度：291.32g/cm2，织物层数80层。(2)铺层后将织物预压至高出模具型腔厚度1mm后定型。(3)用针刺缝合机构将铺层织物进行缝合，缝合间距10mm×10mm。(4)模具终压，利用模具上下表面将原高出模具型腔厚度1mm的预压织物进一步压制，使织物与模具型腔厚度相等充满型腔。(5)成型过程，成型过程中反应釜压力的施加和模具型腔内真空度的控制的交替进行。在注胶前对反应釜、模具、金属软管预热，并对树脂胶液进行加热，在加热前同步开启连接模具出胶口的真空泵对模具型腔进行抽真空处理。烘箱设置温度为树脂胶液粘度最小温度，本案例所用树脂邻苯二甲腈树脂，粘度最小温度范围160℃-180℃，烘箱设置温度170℃。树脂胶液加热至粘度最小温度范围后，将树脂胶液倒入反应釜中，密封反应釜。用氮气瓶连接反应釜，对反应釜进行加压，反应釜与模具进胶口相连接，氮气对反应釜加压过程模具进胶口与反应釜之间的开关处于关闭状态。当反应釜内压力施加至0.3MPa以上时，关闭真空泵与出胶口的开关，打开反应釜与模具进胶口之间的开关，胶液将会迅速从反应釜进入模具内，继续对反应釜充压，然后关闭进胶口与反应釜之间的开关打开真空泵与出胶口，抽真空处理。循环充压抽真空过程，至各出胶口有胶液流出。(6)关闭进胶口、出胶口，拆卸反应釜、管路、分离器，仅留注射完成后的织物模具固化成型。固化完成后脱模，获得高强度高纤维体积含量树脂基复合坯料。
对比例一
(1)模具型腔尺寸391mm×291mm、模具型腔高度20、模具型腔无导流斜面，裁剪织物尺寸391×291，织物(B型石英纤维布)规格：0.28mm厚、面密度：291.32g/cm2，织物层数80层。(2)铺层后将织物压制，使织物与模具型腔厚度相等充满型腔。(3)成型过程，成型过程中反应釜压力的施加和模具型腔内真空度的控制的交替进行。在注胶前需对反应釜、模具、金属软管预热，并对树脂胶液进行加热，在加热前同步开启连接模具出胶口的真空泵对模具型腔进行抽真空处理。烘箱设置温度为树脂胶液粘度最小温度，本案例所用树脂邻苯二甲腈树脂，粘度最小温度范围160℃-180℃，烘箱设置温度170℃。树脂胶液加热至粘度最小温度范围后，将树脂胶液倒入反应釜中，密封反应釜。用氮气瓶连接反应釜，对反应釜进行加压，反应釜与模具进胶口相连接，氮气对反应釜加压过程模具进胶口与反应釜之间的开关处于关闭状态。当反应釜内压力施加至0.3MPa以上时，关闭真空泵与出胶口的开关，打开反应釜与模具进胶口之间的开关，胶液将会迅速从反应釜进入模具内，继续对反应釜充压，然后关闭进胶口与反应釜之间的开关打开真空泵与出胶口，抽真空处理。循环充压抽真空过程，最终出胶口仅靠近注胶口附近两个出胶口有胶液流出、远离进胶口的三个出胶口无胶液流出。
对比例二
(1)模具型腔有效长宽最小尺寸391mm×291mm、模具型腔高度20，裁剪织物尺寸391×291，织物(B型石英纤维布)规格：0.28mm厚、面密度：291.32g/cm2，织物层数80层。(2)铺层后将织物压制，使织物与模具型腔厚度相等。(3)成型过程。在注胶前对反应釜、模具、金属软管预热，并对树脂胶液进行加热，在加热前同步开启连接模具出胶口的真空泵对模具型腔进行抽真空处理。烘箱设置温度为树脂胶液粘度最小温度，本案例所用树脂邻苯二甲腈树脂，粘度最小温度范围160℃-180℃，烘箱设置温度170℃。树脂胶液加热至粘度最小温度范围后，将树脂胶液倒入反应釜中，密封反应釜。用氮气瓶连接反应釜，对反应釜进行加压，反应釜与模具进胶口相连接，氮气对反应釜加压过程模具进胶口与反应釜之间的开关处于关闭状态。当反应釜内压力施加至0.3MPa以上时，关闭真空泵与出胶口的开关，打开反应釜与模具进胶口之间的开关，胶液将会迅速从反应釜进入模具内，继续对反应釜充压，抽真空处理。至各出胶口有胶液流出。(4)关闭进胶口、出胶口，拆卸反应釜、管路、分离器，仅留注射完成后的织物模具固化成型。固化完成后脱模，获得纤维增强树脂基复合坯料。
对比例三
(1)模具型腔有效长宽最小尺寸391mm×291mm、模具型腔高度20，裁剪织物尺寸390×290，织物(B型石英纤维布)规格：0.28mm厚、面密度：291.32g/cm2，织物层数80层。(2)铺层后将织物压制，使织物与模具型腔厚度相等。(3)成型过程，成型过程中反应釜压力的施加和模具型腔内真空度的控制的交替进行。在注胶前需对反应釜、模具、金属软管预热，并对树脂胶液进行加热，在加热前同步开启连接模具出胶口的真空泵对模具型腔进行抽真空处理。烘箱设置温度为树脂胶液粘度最小温度，本案例所用树脂邻苯二甲腈树脂，粘度最小温度范围160℃-180℃，烘箱设置温度170℃。树脂胶液加热至粘度最小温度范围后，将树脂胶液倒入反应釜中，密封反应釜。用氮气瓶连接反应釜，对反应釜进行加压，反应釜与模具进胶口相连接，氮气对反应釜加压过程模具进胶口与反应釜之间的开关处于关闭状态。当反应釜内压力施加至0.3MPa以上时，关闭真空泵与出胶口的开关，打开反应釜与模具进胶口之间的开关，胶液将会迅速从反应釜进入模具内，继续对反应釜充压，然后关闭进胶口与反应釜之间的开关打开真空泵与出胶口，抽真空处理。循环充压抽真空过程，至各出胶口有胶液流出。(4)关闭进胶口、出胶口，拆卸反应釜、管路、分离器，仅留注射完成后的织物模具固化成型。固化完成后脱模，获得纤维增强树脂基复合坯料。
为了验证本发明的力学性能，对成型后坯料进行机加并测试拉伸强度模量、弯曲强度模量、层间剪切、冲击性能。
拉伸强度模量、弯曲强度模量、层间剪切、冲击性能分别按照GB/T1447-2005、GB/T1449-2005、GB/T1450.1-2005、GB/T1043进行试样制备及检测。
表1：各实施例内部质量及力学性能测试结果
从上表可知，对比例1中的织物尺寸等于型腔尺寸(无环形流道)，易造成浸润不充分，存在大片无树脂区，随着对比例2和对比例3中环形流道的宽度逐渐增大，树脂胶液渗透力逐渐增强，从而产品力学性能逐渐得到提升。此外，从实施例1～3以及对比例3对比数据可以得知，织物在终压前无预压及缝合处理，使产品力学性能降低，且内部出现分层现象、富树脂区、白斑现象。
以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本发明的限制，本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种高强度高纤维体积含量树脂基复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、织物尺寸控制：根据模具型腔尺寸裁剪设计层数的织物(3)，使得裁剪后的织物(3)四周与模具型腔之间形成可供树脂胶液注射流动的环形流道(19)；
S2、织物预压：将裁剪后的织物(3)铺层堆叠后，预压织物(3)至高出模具型腔设计厚度定型；
S3、织物缝合：对预压后的织物(3)进行法向缝合，
S4、织物终压：对缝合后的织物(3)进一步压制，使织物(3)与模具型腔厚度相等；
S5、注射成型：对模具型腔交替进行抽真空和注射树脂胶液，使得树脂胶液充分浸润处于终压状态的织物(3)，固化后获得高强度高纤维体积含量树脂基复合材料。
2.根据权利要求1所述的高强度高纤维体积含量树脂基复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤S1中，裁剪后的织物(3)长宽尺寸均小于模具型腔最小长宽尺寸2～4mm。
3.根据权利要求1所述的高强度高纤维体积含量树脂基复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤S2中，预压后的织物(3)厚度需高出模具型腔厚度1～3mm。
4.根据权利要求1所述的高强度高纤维体积含量树脂基复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤S5中，注射成型的具体步骤包括：
S51、在模具进胶口(17)与反应釜(23)之间的第一球阀开关(26a)处于关闭状态下，采用真空泵(22)对模具型腔进行抽真空处理，同时将预热好的树脂胶液倒入反应釜(23)中并密封反应釜(23)，采用氮气瓶(24)对反应釜(23)加压至设定压力后再关闭真空泵(22)与模具出胶口(18)之间的第二球阀开关(26b)，
S52、打开第一球阀开关(26a)，树脂胶液会迅速从反应釜(23)进入模具(1)内，期间继续采用氮气瓶(24)对反应釜(23)充压；
S53、树脂胶液浸润一段时间后，关闭第一球阀开关(26a)，打开第二球阀开关(26b)进行抽真空处理，此后循环进行充压和抽真空的过程，直至各模具出胶口(18)均有树脂胶液流出；
S54、最后关闭模具进胶口(17)和模具出胶口(18)，等待模具(1)内的织物(3)固化完成后再脱模，获得高强度高纤维体积含量树脂基材料。
5.根据权利要求4所述的高强度高纤维体积含量树脂基复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤S5整个过程均在烘箱(25)内完成，烘箱(25)温度控制在80～180℃。
6.根据权利要求4所述的高强度高纤维体积含量树脂基复合材料的制备方法，其特征在于：所述树脂胶液在倒入反应釜(23)前需加热至使其粘度达到最小的温度范围内。
7.一种利用上述权利要求1～6任一项所述的方法制备树脂基复合材料的设备，其特征在于，所述设备包括：
预压机构，所述预压机构用于将裁剪后的织物(3)预压至高出模具型腔设计厚度定型；
针刺缝合机构，所述针刺缝合机构用于对预压后的织物(3)进行法向缝合；
模具(1)，所述模具(1)用于对缝合后的织物(3)进行终压定型；以及
注射抽吸系统(2)，所述注射抽吸系统(2)用于对模具型腔交替进行抽真空和注射树脂胶液，使得树脂胶液充分浸润处于终压状态的织物(3)。
8.根据权利要求7所述的制备树脂基复合材料的设备，其特征在于：所述模具(1)包括具有导流斜面(110)的型框(11)、分别密封压合于型框(11)上下面的上模板(12)和下模板(13)以及设于上模板(12)上的模具进胶口(17)和若干模具出胶口(18)，上模板(12)和下模板(13)以及型框(11)之间合围形成供织物(3)终压的密闭的模具型腔。
9.根据权利要求8所述的制备树脂基复合材料的设备，其特征在于：所述模具型腔上表面的长宽尺寸要小于其下表面的长宽尺寸，且环形流道(19)的截面面积从上至下逐渐增大；所述模具进胶口(17)设置于环形流道(19)对应的上模板(12)上并与环形流道(19)连通。
10.根据权利要求7所述的制备树脂基复合材料的设备，其特征在于：所述注射抽吸系统(2)包括烘箱(25)、氮气瓶(24)、真空泵(22)以及置于烘箱(25)内的反应釜(23)和分离器(21)，且模具(1)置于烘箱(25)内；反应釜(23)一端与氮气瓶(24)相连接，另一端与模具进胶口(17)相连接；各模具出胶口(18)与分离器(21)的各分离接嘴相连接，分离器(21)其中一个分离接嘴与真空泵(22)相连接。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202111168735.1A CN113954389B (zh) | 2021-09-30 | 2021-09-30 | 高强度高纤维体积含量树脂基复合材料的制备方法及设备 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202111168735.1A CN113954389B (zh) | 2021-09-30 | 2021-09-30 | 高强度高纤维体积含量树脂基复合材料的制备方法及设备 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN113954389A true CN113954389A (zh) | 2022-01-21 |
| CN113954389B CN113954389B (zh) | 2024-07-12 |
Family
ID=79463403
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202111168735.1A Active CN113954389B (zh) | 2021-09-30 | 2021-09-30 | 高强度高纤维体积含量树脂基复合材料的制备方法及设备 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN113954389B (zh) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002190489A (ja) * | 2000-12-22 | 2002-07-05 | Toshiba Corp | 半導体デバイスの製造方法、半導体デバイスの製造装置 |
| US20060125155A1 (en) * | 2002-10-09 | 2006-06-15 | Toray Industries, Inc. | Method of rtm molding |
| CN103963315A (zh) * | 2014-05-29 | 2014-08-06 | 上海飞机制造有限公司 | 一种复合材料的预浸料/树脂传递模塑共固化工艺方法 |
| CN104786521A (zh) * | 2015-03-31 | 2015-07-22 | 中国人民解放军国防科学技术大学 | 一种聚合物基复合材料的成型装置及成型方法 |
-
2021
- 2021-09-30 CN CN202111168735.1A patent/CN113954389B/zh active Active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002190489A (ja) * | 2000-12-22 | 2002-07-05 | Toshiba Corp | 半導体デバイスの製造方法、半導体デバイスの製造装置 |
| US20060125155A1 (en) * | 2002-10-09 | 2006-06-15 | Toray Industries, Inc. | Method of rtm molding |
| CN103963315A (zh) * | 2014-05-29 | 2014-08-06 | 上海飞机制造有限公司 | 一种复合材料的预浸料/树脂传递模塑共固化工艺方法 |
| CN104786521A (zh) * | 2015-03-31 | 2015-07-22 | 中国人民解放军国防科学技术大学 | 一种聚合物基复合材料的成型装置及成型方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN113954389B (zh) | 2024-07-12 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP5509212B2 (ja) | 構造複合材料要素の製造 | |
| AU636418B2 (en) | Reaction injection molding apparatus for forming fiber-resin forced molded article | |
| JP2009542483A (ja) | 複合部品の製造方法 | |
| JP2008290421A (ja) | プリプレグ積層体からなる成形品の製造方法 | |
| CN104647864B (zh) | 一种石墨复合板材的制备方法 | |
| CN113334804A (zh) | 一种纤维增强金属层板液体介质固化成型工艺 | |
| CN107214980A (zh) | 一种可热塑的纤维增强复合材料板材的快速成型方法 | |
| CN108015923A (zh) | 一种纤维增强热塑性复合材料产品的加工成型工艺 | |
| CN111941875A (zh) | 车用碳纤维复合材料成型方法 | |
| CN109693399A (zh) | 碳纤维预浸料模内加压成型装置及其方法 | |
| US20140080376A1 (en) | Engineered high fiber volume polymer matrix composites | |
| JP2005193587A (ja) | Ｒｔｍ成形方法 | |
| CN113954389A (zh) | 高强度高纤维体积含量树脂基复合材料的制备方法及设备 | |
| CN113386374B (zh) | 一种改善液态成型复合材料内部质量模具及控制方法 | |
| EP2558280B1 (en) | Method and apparatus for moulding parts made from composite materials | |
| CN116176003A (zh) | Cfrp立体构件快速成型量产制造工艺 | |
| CN109551787A (zh) | 一种复合材料型材的先进拉挤成型方法及其成型装置 | |
| CN107351429A (zh) | 一种提高Z‑Pin增强的树脂基复合材料成型质量的方法 | |
| US20150014898A1 (en) | Device and method for producing a moulded part from a composite material | |
| CN109562538B (zh) | 纤维强化塑料成型体的制造方法 | |
| CN112959689B (zh) | 一种异种树脂梯度连续编织碳纤维复合材料制备装置及方法 | |
| CN106739001B (zh) | 一种纤维复合材料的方形模组盒及其制作方法 | |
| CN115194822A (zh) | 一种用于井下巡检机器人防爆材料制备工艺 | |
| CN111688238A (zh) | 一种热固性聚合物纤维复合材料制件的成型方法 | |
| JPH0663975A (ja) | 樹脂成形品の製造方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |