CN114633492A - 一种用于汽车复合材料成型的工艺方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于汽车复合材料成型的工艺方法，包括：将预浸料与模具组合进行保压固化，固化后将样品取出，降温后脱模，得到产品毛胚，对产品毛胚进行精加工得到产品；所述预浸料包括纤维和基体树脂，所述纤维为短切纤维。本发明的预浸料加入采用特定的短切纤维，减少了所得产品毛胚的表面不平整现象，从而减少了后续精加工的时间和成本，还可以增加产品的力学强度，同时该方法能够缩短预浸料模压成型周期，可用于满足汽车用复合材料成型工艺的生产节拍。
Description
技术领域
本发明涉及复合材料领域，具体涉及一种用于汽车复合材料成型的工艺方法。
背景技术
复合材料自诞生以来，始终受限于制造成本以及生产节拍影响，未得到大批量应用。其中成型工艺是决定复合材料生产成本及节拍的关键因素，复合材料成型工艺有很多，如VARI、RTM、热压罐、烘箱固化预浸料(OOA)等，但均存在两个瓶颈：(1)成型周期长；(2)相对于金属和塑料价格昂贵。预浸料模压工艺作为成型工艺的一种，具体是指借助温度、压力，在一定时间内将预浸料铺贴而成的预成型体压制成型，该工艺能够实现批量化生产，降低生产成本，得到越来越广泛的应用。
现有技术中的预浸料模压工艺大多是通过提前制备预成型体，然后在低温的条件下放入成型模具，合模后升高温度至树脂固化，固化后成型模具降温到80℃左右脱模。然而传统预浸料模压工艺存在两个问题影响生产的节拍：(1)预成型的过程中需要对预成型模具加热，预成型体还需从模具上取出；(2)预成型体不能直接入模和出模，成型模具存在一个反复升温和降温的过程，能耗比较高，生产节拍提高不上去，导致目前预浸料模压工艺的生产节拍在40min左右，还不足以满足汽车用复合材料的生产节拍，不利于产品的大批量生产，为适应现在生产节奏的需要，急需提供一种用于汽车复合材料成型的工艺方法，同时尽可能地减少精加工的工序，提升生产效率和节约成本。本公司针对上述问题已经申请过一篇发明专利，且有效提高了预浸料模压工艺的生产节拍，将其生产节拍缩短至10-15min左右，然而得到的毛胚产品平整度差，需要进行特定的精加工才可以满足生产的标准，会耗费大量的人力物力，大大增加了成本。为了进一步改善原专利的缺陷，特提出本申请。
发明内容
针对现有技术中存在的一些问题，本发明提供了一种用于汽车复合材料成型的工艺方法，能够在缩短预浸料模压成型周期、提高生产节拍的同时可以保证生产的毛胚产品外观质量，尽可能减少精加工的工序和时间，大大降低了成本。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
本发明一方面提供了一种用于汽车复合材料成型的工艺方法，包括以下步骤：
将预浸料与模具组合进行保压固化，固化后将样品取出，降温后脱模，得到产品毛胚，对产品毛胚进行精加工得到产品；
所述预浸料包括纤维和基体树脂，所述纤维为短切纤维。
作为一种优选的技术方案，所述短切纤维的长度为6-20mm。
作为一种优选的技术方案，所述短切纤维的直径为5-15μm。
作为一种优选的技术方案，所述纤维在预浸料中的质量比为40～75％。
作为一种优选的技术方案，所述短切纤维包括碳纤维、玻璃纤维、石英纤维、芳纶纤维、玄武岩纤维中的一种或几种。
作为一种优选的技术方案，所述基体树脂包括环氧树脂、双马来酰亚胺树脂、氰酸酯树脂、酚醛树脂、苯并噁嗪树脂、环氧乙烯基树脂、不饱和聚酯树脂中的一种或多种。
作为一种优选的技术方案，所述环氧树脂的环氧值为0.45-0.58eq/100g，所述环氧树脂在40℃的粘度≤2600mPa﹒S。
作为一种优选的技术方案，所述预浸料还包括溶剂和促进剂。
作为一种优选的技术方案，所述溶剂包括醋酸乙酯、异丙醇、甘油、水中的一种或多种，所述促进剂包括酸酐类促进剂或胺类促进剂。
本发明另一方面提供了一种用于汽车复合材料成型的工艺方法得到的产品。
有益效果：
本发明的预浸料采用特定大小的短切纤维和基体树脂复配，减少了所得产品毛胚的表面不平整现象，从而减少了后续精加工的时间和成本，同时可以增加产品的力学强度，并且通过改变模具结构，解决了预浸料在高温模具上铺覆困难和成型后高温脱模易变形的问题，在满足生产中制备得到产品质量要求的同时提高了生产节拍，缩短了生产周期，从而可以满足汽车用复合材料的生产节拍。
具体实施方式
结合以下本发明的优选实施方法的详述以及包括的实施例可进一步地理解本发明的内容。除非另有说明，本文中使用的所有技术及科学术语均具有与本发明所属领域普通技术人员的通常理解相同的含义。如果现有技术中披露的具体术语的定义与本发明中提供的任何定义不一致，则以本发明中提供的术语定义为准。
在本文中使用的，除非上下文中明确地另有指示，否则没有限定单复数形式的特征也意在包括复数形式的特征。还应理解的是，如本文所用术语“由…制备”与“包含”同义，“包括”、“包括有”、“具有”、“包含”和/或“包含有”，当在本说明书中使用时表示所陈述的组合物、步骤、方法、制品或装置，但不排除存在或添加一个或多个其它组合物、步骤、方法、制品或装置。此外，当描述本发明的实施方式时，使用“优选的”、“优选地”、“更优选的”等是指，在某些情况下可提供某些有益效果的本发明实施方案。然而，在相同的情况下或其他情况下，其他实施方案也可能是优选的。除此之外，对一个或多个优选实施方案的表述并不暗示其他实施方案不可用，也并非旨在将其他实施方案排除在本发明的范围之外。
本发明一方面提供了一种用于汽车复合材料成型的工艺方法，包括以下步骤：
(1)准备模具和预浸料，所述模具中阳模包括S2部件和S1部件；
(2)预热模具，将S1部件降温，将预浸料铺覆S1部件上制成预成型体与S2扣合后保压固化；
(3)固化后样品取出，降温后脱模，得到产品毛胚；
(4)对产品毛胚进行精加工得到产品。
所述预浸料包括纤维和基体树脂，所述纤维为短切纤维。
本申请人在研究中发现，预浸料的制备原料很大程度上会影响制备的毛胚产品的质量，在现有技术中的预浸料复合过程中，纤维由于自身容易聚集成束，且大小不均匀，从而会造成在树脂中的分散效果较差，申请人意外发现当预浸料采用特定大小和粒径的短切纤维和基体树脂复配，可以改善毛胚产品的表面质量，申请人认为可能的原因是特定大小的短切纤维能够在一定程度上呈现均匀性的分布，同时相对较小的尺寸增大了纤维的比表面积，使得基体树脂可以更充分渗透在纤维的表面，填充到纤维的间隙，再结合在特定的温度下固化后，大大减少了所制备产品的表面不平整现象，从而减少了后续精加工的成本，同时还增加了产品的力学强度。
在一些优选的实施方式中，所述短切纤维的长度为6-20mm。
在一些优选的实施方式中，所述短切纤维的直径为5-15μm。
在一些优选的实施方式中，所述纤维在预浸料中的质量比为40～75％。
在一些优选的实施方式中，所述短切纤维包括碳纤维、玻璃纤维、石英纤维、芳纶纤维、玄武岩纤维中的一种或几种。
在一些优选的实施方式中，所述基体树脂包括环氧树脂、双马来酰亚胺树脂、氰酸酯树脂、酚醛树脂、苯并噁嗪树脂、环氧乙烯基树脂、不饱和聚酯树脂中的一种或多种。
在一些优选的实施方式中，所述环氧树脂的环氧值为0.45-0.58eq/100g，所述环氧树脂在40℃的粘度≤2600mPa﹒S。
优选的，所述环氧树脂的环氧值为0.48-0.54eq/100g，所述环氧树脂在40℃的粘度≤2500mPa﹒S。
在一些优选的实施方式中，所述预浸料还包括溶剂和促进剂。
在一些优选的实施方式中，所述溶剂包括醋酸乙酯、异丙醇、甘油、水中的一种或多种，优选为醋酸乙酯。
在一些优选的实施方式中，所述促进剂包括酸酐类促进剂或胺类促进剂，优选为酸酐类促进剂，进一步优选为邻苯二甲酸酐。
在一些优选的实施方式中，所述模具包括一个或多个相同的S1部件，所述步骤(2)预热的温度为100～150℃，所述步骤(2)S1部件降温的温度为50～60℃，所述步骤(3)中保压固化的温度为100～200℃，时间为2-15min，所述步骤(5)中降温脱模的温度小于80℃。
所述模具的材质选自铝质、钢质、玻璃纤维、碳纤维、玄武岩纤维、芳纶纤维复合材料材质中任一种。
本发明另一方面提供了一种用于汽车复合材料成型的工艺方法得到的产品。
实施例
为了更好的理解上述技术方案，下面将结合具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。有必要在此指出的是，以下实施例只用于对本发明作进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的专业技术人员根据上述本发明的内容做出的一些非本质的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。另外，如果没有其它说明，所用原料都是市售的。
实施例1
本实施例提供了一种用于汽车复合材料成型的工艺方法，包括以下步骤：
(1)准备模具和预浸料，所述模具中阳模包括S2部件和4个S1部件；
(2)在160℃温度条件下预热模具，将S1部件降温至50℃，将裁剪的预浸料铺覆S1部件上制成预成型体与S2部件扣合，在160℃保压固化6min；
(3)固化后将样品取出，降温至50℃后脱模，得到产品毛胚；
(4)对产品毛胚进行精加工得到产品。
所述预浸料包括纤维、基体树脂、溶剂、促进剂，所述纤维占预浸料的50wt％，所述纤维为短切玻璃纤维，购自深圳市亚泰达科技有限公司，型号为ECS-11-6.0，长度为6mm，单丝直径为10～12μm，所述基体树脂为环氧树脂，购自江苏恒神股份有限公司，占预浸料的20wt％，所述溶剂为醋酸乙酯，占预浸料的25wt％，所述促进剂为邻苯二甲酸酐，占预浸料的5wt％，所述模具材质为铝质。
实施例2
本实施例提供了一种用于汽车复合材料成型的工艺方法，包括以下步骤：
(1)准备模具和预浸料，所述模具中阳模包括S2部件和4个S1部件；
(2)在150℃温度条件下预热模具，将S1部件降温至60℃，将裁剪的预浸料铺覆S1部件上制成预成型体与S2部件扣合，在150℃保压固化5min；
(3)固化后将样品取出，降温至52℃后脱模，得到产品毛胚；
(4)对产品毛胚进行精加工得到产品。
所述预浸料包括纤维和基体树脂，所述纤维占预浸料的50wt％，所述纤维为短切碳纤维，购自江苏创宇碳纤维科技有限公司，长度为6mm，单丝直径为7～8μm，所述树脂为环氧树脂，购自江苏恒神股份有限公司，占预浸料的22wt％，所述溶剂为醋酸乙酯，占预浸料的23wt％，所述促进剂为邻苯二甲酸酐，占预浸料的5wt％，所述模具材质为钢质。
实施例3
本实施例提供了一种用于汽车复合材料成型的工艺方法，包括以下步骤：
(1)准备模具和预浸料，所述模具中阳模包括S2部件和4个S1部件；
(2)在135℃温度条件下预热模具，将S1部件降温至50℃，将裁剪的预浸料铺覆S1部件上制成预成型体与S2部件扣合，在140℃保压固化10min；
(3)固化后将样品取出，降温至50℃后脱模，得到产品毛胚；
(4)对产品毛胚进行精加工得到产品。
所述预浸料包括纤维和基体树脂，所述纤维占预浸料的50wt％，所述纤维为短切石英纤维，购自河南神玖天航新材料股份有限公司，长度为6mm，单丝直径为7.5μm，所述树脂为酚醛环氧乙烯基树脂，购自廊坊安茂新材料科技有限公司，型号为907，占预浸料的20wt％，所述溶剂为醋酸乙酯，占预浸料的25wt％，所述促进剂为邻苯二甲酸酐，占预浸料的5wt％，所述模具材质为钢质。
实施例4
本实施例提供了一种用于汽车复合材料成型的工艺方法，具体实施方式同实施例1，区别在于，纤维为玻璃纤维，选自山东岱天工程材料有限公司，长度为50mm，单丝的直径为20μm。
性能评估
产品毛胚外观检验
将实施例1-4得到的产品毛胚进行外观检验，将结果记录到表1中。
表1
| 编号 | 产品毛坯外观 |
| 实施例1 | 平整，无气孔、毛刺 |
| 实施例2 | 平整，无气孔、毛刺 |
| 实施例3 | 平整，无气孔、毛刺 |
| 实施例4 | 不平整，有凹坑、棱边有毛刺 |
从表1的测试结果中可知本发明制备的毛胚产品外观平整，质量较好，同时降低了后续精加工的时间和成本。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对本领域的技术人员来说，可根据上述说明加以改进和变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
Claims (10)
1.一种用于汽车复合材料成型的工艺方法，其特征在于，包括以下步骤：
将预浸料与模具组合进行保压固化，固化后将样品取出，降温后脱模，得到产品毛胚，对产品毛胚进行精加工得到产品；
所述预浸料包括纤维和基体树脂，所述纤维为短切纤维。
2.根据权利要求1所述的一种用于汽车复合材料成型的工艺方法，其特征在于，所述短切纤维的长度为6-20mm。
3.根据权利要求1或2所述的一种用于汽车复合材料成型的工艺方法，其特征在于，所述短切纤维的直径为5-15μm。
4.根据权利要求1所述的一种用于汽车复合材料成型的工艺方法，其特征在于，所述纤维在预浸料中的质量比为40～75％。
5.根据权利要求1所述的一种用于汽车复合材料成型的工艺方法，其特征在于，所述短切纤维包括碳纤维、玻璃纤维、石英纤维、芳纶纤维、玄武岩纤维中的一种或几种。
6.根据权利要求1所述的一种用于汽车复合材料成型的工艺方法，其特征在于，所述基体树脂包括环氧树脂、双马来酰亚胺树脂、氰酸酯树脂、酚醛树脂、苯并噁嗪树脂、环氧乙烯基树脂、不饱和聚酯树脂中的一种或多种。
7.根据权利要求6所述的一种用于汽车复合材料成型的工艺方法，其特征在于，所述环氧树脂的环氧值为0.45-0.58eq/100g，所述环氧树脂在40℃的粘度≤2600mPa·S。
8.根据权利要求1所述的一种用于汽车复合材料成型的工艺方法，其特征在于，所述预浸料还包括溶剂和促进剂。
9.根据权利要求8所述的一种用于汽车复合材料成型的工艺方法，其特征在于，所述溶剂包括醋酸乙酯、异丙醇、甘油、水中的一种或多种，所述促进剂包括酸酐类促进剂或胺类促进剂。
10.一种根据权利要求1-9任一所述的用于汽车复合材料成型的工艺方法得到的产品。
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