CN116653322A - 一种热固性复合材料制品的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本申请公开一种热固性复合材料制品的制备方法，包括：向加压工段提供纤维预制品；压缩处于加压工段的纤维预制品，以提供被压缩的纤维预制品；转运被压缩的纤维预制品至固化工段；在固化工段将被压缩的纤维预制品加热至大于或等于固化温度，以提供复合材料制品。如此所形成的复合材料制品，由于其中的纤维预制片的纤维取向均在垂直长度方向的截向取向，从而提高复合材料制品在其截向的拉伸强度、压缩强度及模量等性能。尤其适用棒材、管材或者其他具有类似结构的型材结构的复合材料制品挤出成型，且能根据需要调整挤出长度，并能够提高生产效率。
Description
技术领域
本申请涉及材料技术领域，尤其涉及一种热固性复合材料制品的制备方法。
背景技术
相关技术中的复合材料制品可以制备成板材、棒材、管材等各类形状，复合材料制品通常采用拉挤成型、缠绕成型、模压成型等工艺进行制备。复合材料制品的力学性能与纤维的取向密切相关，通常在纤维的取向方向具有更加优异的强度和模量。
其中，对于棒材、管材类的复合材料制品来说，受限于拉挤成型、缠绕成型、模压成型等工艺的特点，纤维在复合材料制品的截向方向(即垂直于棒材或管材长度方向的方向)难于取向，因此在截向方向的拉伸强度、压缩强度及其模量较低。
发明内容
本申请实施例公开了一种热固性复合材料制品的制备方法，能够解决相关技术中棒材、管材类的复合材料制品在截向方向的拉伸强度、压缩强度及其模量较低的问题。
为了实现上述目的，本申请公开一种热固性复合材料制品的制备方法，复合材料制品在挤出模具的模腔中成型，挤出模具包括设于模腔中，且沿模腔的供料方向依次设置的加压工段和固化工段，方法包括：
向加压工段提供纤维预制品。
压缩处于加压工段的纤维预制品，以提供被压缩的纤维预制品。
转运被压缩的纤维预制品至固化工段。
在固化工段将被压缩的纤维预制品加热至大于或等于固化温度，以提供复合材料制品。
其中，纤维预制品包括多个沿长度方向依次堆叠的纤维预制片，纤维预制片为多向纤维预制片和单向纤维预制片中的其中一种；其中，多向纤维预制片包括多向纤维布和热固性树脂，多向纤维布包括至少两种纤维取向相交的纤维；单向纤维预制片包括单向纤维布和热固性树脂，单向纤维布内部纤维的纤维取向保持一致；固化温度为热固性树脂的交联固化温度；纤维预制品包括至少两种纤维取向相交的单向纤维预制片，或，纤维预制品包括多向纤维预制片；长度方向与供料方向一致，纤维取向垂直长度方向；压缩方向平行长度方向。
可选地，挤出模具还包括位于模腔中，且设于加压工段和固化工段之间的半固化工段；转运被压缩的纤维预制品至固化工段，以将被压缩的纤维预制品加热至大于固化温度，以提供复合材料制品包括：
转运被压缩的纤维预制品至半固化工段。
在半固化工段将被压缩的纤维预制品加热至第一预设温度，以提供半固结的制品。
转运半固结的制品至固化工段。
在固化工段将半固结的制品加热至大于固化温度，以提供复合材料制品。其中，第一预设温度小于固化温度。
可选地，挤出模具还包括设于模腔中的冷却工段，加压工段、固化工段和冷却工段沿供料方向依次设置；在转运被压缩的纤维预制品至固化工段，以将被压缩的纤维预制品加热至大于固化温度，以提供复合材料制品之后，方法还包括：
转运复合材料制品至冷却工段。
在冷却工段将复合材料制品冷却至第二预设温度。其中，第二预设温度小于固化温度。
可选地，在向加压工段提供纤维预制品之前，方法还包括：
将纤维布在热固性树脂中预浸，以提供纤维预制片；纤维布为多向纤维布或单向纤维布。
将纤维预制片沿长度方向依次叠置，以提供纤维预制品。
可选地，复合材料制品的纤维预制片中的纤维为有机纤维或无机纤维。
可选地，无机纤维为玻璃纤维布、碳纤维、玄武岩纤维、石英纤维中的其中一种；有机纤维为芳纶纤维、超高分子量聚乙烯纤维中的其中一种。
可选地，热固性树脂为环氧树脂、乙烯基酯树脂、酚醛树脂、苯并噁嗪树脂、双马树脂、氰酸酯树脂中的其中一种。
可选地，纤维预制品中的单向纤维预制片分为第一单向纤维预制片和第二单向纤维预制片；第一单向纤维预制片朝第一方向进行纤维取向，第二单向纤维预制片朝第二方向进行纤维取向，第一方向、第二方向和长度方向两两相交；纤维预制品包括沿长度方向交替设置的第一预浸段和第二预浸段，第一预浸段包括一个第一单向纤维预制片或多个沿长度方向依次堆叠的第一单向纤维预制片；第二预浸段包括一个第二单向纤维预制片或多个沿长度方向依次堆叠的第二单向纤维预制片。
与现有技术相比，本申请的有益效果是：
本申请公开的制备方法用于制备热固性复合材料制品，复合材料制品在挤出模具的模腔中成型，挤出模具包括设于模腔中，且沿模腔的供料方向依次设置的加压工段和固化工段，方法包括：
向加压工段提供纤维预制品。
压缩处于加压工段的纤维预制品，以提供被压缩的纤维预制品。
转运被压缩的纤维预制品至固化工段。
在固化工段将被压缩的纤维预制品加热至大于或等于固化温度，以提供复合材料制品。
其中，纤维预制品包括多个沿长度方向依次堆叠的纤维预制片，纤维预制片为多向纤维预制片和单向纤维预制片中的其中一种；其中，多向纤维预制片包括多向纤维布和热固性树脂，多向纤维布包括至少两种纤维取向相交的纤维；单向纤维预制片包括单向纤维布和热固性树脂，单向纤维布内部纤维的纤维取向保持一致；纤维预制品包括至少两种纤维取向相交的单向纤维预制片，或，纤维预制品包括多向纤维预制片；长度方向与供料方向一致，纤维取向垂直长度方向；压缩方向平行长度方向。
如此所形成的复合材料制品，在第一方面，由于其中的纤维预制片的纤维取向均截向取向(垂直长度方向)，从而提高复合材料制品在其截向的拉伸强度、压缩强度及模量等性能。
在第二方面，采用本申请的制备方法，新的复合材料制品于模腔的输入端(即加压工段所在的一端)不断生成，同时复合材料制品于模腔的输出端(即靠近固化工段的一端)不断被堆积出模，可以看出，本申请的制备方法更适用于棒材、管材或者其他具有类似结构的型材结构的复合材料制品挤出成型。
在第三方面，较之板材类结构的复合材料制品来说，由于板材受限于其加工设备，故板材的厚度无法太大，一般不会超过50mm，而本申请的复合材料制品用于制备棒材或管材，其长度可以根据需要任意调节，比如3000mm，5000mm等，在尺寸控制上较之板材更具优势。
在第四方面，对于板材或其他类型的复合材料制品来说，其不同的加工工序往往需要在不同的设备上进行，比如压实需要用压带机实现，加热固化需要红外加热设备等，工序的改变需要产品在不同的设备之间转运，而本申请的复合材料制品从加料到最后成型均在挤出模具中完成，无需在上下工序衔接时进行产品的转运，提高了生产效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请公开的复合材料制品加工过程的第一状态图；
图2为本申请公开的复合材料制品加工过程的第二状态图；
图3为本申请公开的复合材料制品加工过程的第三状态图；
图4为本申请公开的复合材料制品加工过程的第四状态图；
图5为本申请公开的管材结构的复合材料制品制备图；
图6为本申请公开的另一管材结构的复合材料制品制备图；
图7为本申请公开的第一种由单向纤维预制片构成的复合材料制品结构图；
图8为本申请公开的第二种由单向纤维预制片构成的复合材料制品结构图；
图9为本申请公开的第三种由单向纤维预制片构成的复合材料制品结构图；
图10为本申请公开的由多向纤维预制片构成的复合材料制品结构图；
图11为相关技术中复合材料制品的制备方法图。
附图标记说明：
X-第一方向、Y-第二方向、Z-长度方向、
10-复合材料制品、
11-第一单向纤维预制片、12-第二单向纤维预制片、13-多向纤维预制片、
20-模腔、
21-加压工段、22-半固化工段、23-固化工段、24-冷却工段、
201-第一堆挤机构、202-第二堆挤机构、203-芯棒。
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，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“竖直”、“水平”、“横向”、“纵向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系。这些术语主要是为了更好地描述本发明及其实施例，并非用于限定所指示的装置、元件或组成部分必须具有特定方位，或以特定方位进行构造和操作。
并且，上述部分术语除了可以用于表示方位或位置关系以外，还可能用于表示其他含义，例如术语“上”在某些情况下也可能用于表示某种依附关系或连接关系。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解这些术语在本发明中的具体含义。
此外，术语“安装”、“设置”、“设有”、“连接”、“相连”应做广义理解。例如，可以是固定连接，可拆卸连接，或整体式构造；可以是机械连接，或电连接；可以是直接相连，或者是通过中间媒介间接相连，又或者是两个装置、元件或组成部分之间内部的连通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
此外，术语“第一”、“第二”等主要是用于区分不同的装置、元件或组成部分(具体的种类和构造可能相同也可能不同)，并非用于表明或暗示所指示装置、元件或组成部分的相对重要性和数量。除非另有说明，“多个”的含义为两个或两个以上。
对于相关技术中的棒材、管材类的复合材料制品来说，受限于拉挤成型、缠绕成型、模压成型等工艺的特点，纤维在复合材料制品的截向方向(即垂直于棒材或管材长度方向的方向)难于取向，因此在截向方向的拉伸强度、压缩强度及其模量较低，为解决此问题，遂产生本申请技术方案，下面结合图1～图11进行阐述。
本申请公开一种热固性复合材料制品10的制备方法，复合材料制品10在挤出模具的模腔20中成型为棒材或管材，挤出模具包括设于模腔20中，且沿模腔20的供料方向依次设置的加压工段21和固化工段23，加压工段21靠近模腔20的输入端设置，固化工段23靠近模腔20的输出端设置，由模腔20的输入端自模腔20的输出端为供料方向，挤出模具可活动地设有第一堆挤机构201和第二堆挤机构202，模腔20位于第一堆挤机构201和第二堆挤机构202之间，第一堆挤机构201朝向模腔20靠近加压工段21的一侧设置，第二堆挤机构202朝向模腔20靠近固化工段23的一侧设置，第一堆挤机构201的至少部分、第二堆挤机构202的至少部分均可进入模腔20，这里第一堆挤机构201和第二堆挤机构202可选用电推杆机构、气缸活塞机构等，以气缸活塞机构为例，活塞杆的前端可以设置顶板，这样第一堆挤机构201的顶板，第二堆挤机构202的顶板均可进入模腔20内，同时第一堆挤机构201的顶板，第二堆挤机构202的顶板可相互趋近，以对处于模腔20中的复合材料制品10形成挤压，挤压过程中复合材料制品10逐渐被压实以紧贴模腔20内壁，以保证复合材料制品10的外形与模腔20的内腔形状吻合，也就是说，模腔20的形状决定复合材料制品10的外形，比如复合材料制品10可为横截面为圆形、矩形、六方形等各种形状的管料或棒料。
本申请的复合材料制品10的制备方法可以包括：
执行加料工序：向加压工段21提供纤维预制品。纤维预制品为热固性预制品，如此，纤维预制品具有热固性材料的成型特点，即被加热至大于或等热固性材料的交联固化温度时能够得到固化，且固化效果不可逆。具体来说，纤维预制品包括多个沿长度方向Z依次堆叠的纤维预制片，纤维预制片为多向纤维预制片和单向纤维预制片中的其中一种。其中，多向纤维预制片包括多向纤维布和热固性树脂，多向纤维布包括至少两种纤维取向相交的纤维；单向纤维预制片包括单向纤维布和热固性树脂，单向纤维布内部纤维的纤维取向保持一致。纤维预制品包括至少两种纤维取向相交的单向纤维预制片，或，纤维预制品包括多向纤维预制片，比如纤维预制品中均为多向纤维预制片，或者，纤维预制品具有两种以上纤维取向的单向纤维预制片，且不同种类单向纤维预制片之间的纤维取向相交，或者，纤维预制品中既有多向纤维预制片，也有单向纤维预制片。
执行压实工序：第一堆挤机构201和第二堆挤机构202相互趋近，使得挤压模具压缩处于加压工段21的纤维预制品，纤维预制品逐渐被压实并紧贴模腔20内壁，以提供被压缩的纤维预制品，具体如图1所示。可以理解的是，如果模腔20中仅具有纤维预制品，则第一堆挤机构201和第二堆挤机构202分别直接接触纤维预制品的两相对端面，以将纤维预制品压实；而如果模腔20中已经存留有复合材料制品10，且所留存的复合材料制品10避让加压工段21，且位于纤维预制品和第二堆挤机构202之间，则第一堆挤机构201直接挤压纤维预制品的一侧，而第二堆挤机构202通过复合材料制品10进行力传导，以间接挤压纤维预制品的另一侧，从而对纤维预制品进行压实，并使纤维预制品连接在复合材料制品10的末端。
执行转运工序：控制第一堆挤机构201继续朝后文的长度方向Z移动，以通过推挤的方式转运被压缩的纤维预制品至固化工段23。
执行固化工序：在固化工段23将被压缩的纤维预制品加热至大于或等于固化温度，以提供复合材料制品10，具体如图2所示。这里固化温度指的是：使纤维预制品中热固性树脂发生交联反应所需的交联固化温度温度，热固性材料的交联反应不可逆，具体来说，软态的纤维预制品在交联反应后得到固态的复合材料制品10，从而提高强度、耐热性、耐磨性、耐溶剂性等性能。
这里需要说明的是，每次执行转运工序后，可以如图3所示向加压工段21添加新的纤维预制品，然后对新添加的纤维预制品如图4所示进行压实工序等，即对新添加的纤维预制品循环执行加料工序～固化工序，如此往复不断循环，使复合材料制品10的头段不断由模腔20的输出端被挤出，并且复合材料制品10的末段不断有新的复合材料制品10生成，这里末段即靠近加压工段21的一侧。其中，长度方向Z与模腔20的供料方向一致，纤维取向垂直长度方向Z；模腔20对纤维预制品的压缩方向平行长度方向Z。
下面对几种不同的预浸段组成的复合材料制品10进行举例说明：
如图7～图9所示，纤维预制品可以仅由两种不同纤维取向的单向纤维预制片构成，并且纤维预制品中的单向纤维预制片分为第一单向纤维预制片11和第二单向纤维预制片12。第一单向纤维预制片11朝第一方向X进行纤维取向，第二单向纤维预制片12朝第二方向Y进行纤维取向，第一方向X、第二方向Y和长度方向Z两两相交，比如相互垂直。
纤维预制品包括沿长度方向Z交替设置的第一预浸段和第二预浸段，第一预浸段包括一个第一单向纤维预制片11或多个沿长度方向Z依次堆叠的第一单向纤维预制片11；第二预浸段包括一个第二单向纤维预制片12或多个沿长度方向Z依次堆叠的第二单向纤维预制片12。
如图7所示，在第一种复合材料制品10的结构中，所形成的复合材料制品10则由第一单向纤维预制片11和第二单向纤维预制片12沿长度方向Z交替叠加生成，即第一预浸段仅包括一个第一单向纤维预制片11，第二预浸段仅包括一个第二单向纤维预制片12。
如图8所示，在第二种复合材料制品10的结构中，第一预浸段可以包括多个第一单向纤维预制片11，比如两个第一单向纤维预制片11，第二预浸段可以包括一个第二单向纤维预制片12。如此所形成的复合材料制品10则由第一单向纤维预制片11和第二单向纤维预制片12按照2:1的比例，沿长度方向Z交替叠加生成。
如图9所示，在第三种复合材料制品10的结构中，第一预浸段可以包括一个第一单向纤维预制片11，第二预浸段可以包括两个第二单向纤维预制片12。如此所形成的复合材料制品10则由第一单向纤维预制片11和第二单向纤维预制片12按照1:2的比例，沿长度方向Z交替叠加生成。
当然，第一单向纤维预制片11和第二单向纤维预制片12也可以按照其他比例进行调整，以调整复合材料制品10的结构，通过不同比例的调配，可以调整复合材料制品10在某一特定方向的截向性能；同时复合材料制品10中也可以由更多不同纤维取向的纤维预制片叠加形成，以在更多方向具有较好的截向性能，或者，纤维预制品也可以由三种或以上互不相同纤维取向的单向纤维预制片构成，此处不再详述。
图11为相关技术中复合材料制品采用传统模压成型方式，较之相关技术中复合材料制品成型方式来说，本申请的制备方法在平行于纤维预制片的截向，比如第一方向X和第二方向Y，具有明显的力学优势，对比如下表：
如此所形成的复合材料制品10，在第一方面，由于其中的纤维预制片的纤维取向均截向取向(垂直长度方向Z)，从而提高复合材料制品10在其截向的拉伸强度、压缩强度及模量等性能。
在第二方面，采用本申请的制备方法，新的复合材料制品10于模腔20的输入端(即加压工段21所在的一端)不断生成，同时复合材料制品10于模腔20的输出端(即靠近固化工段23的一端)不断被堆积出模，可以看出，本申请的制备方法更适用于棒材、管材或者其他具有类似结构的型材结构的复合材料制品10挤出成型。
在第三方面，图11公开的相关技术中的制备方式更适宜于板材类结构的复合材料制品10，而较之板材类结构的复合材料制品10来说，由于板材受限于其加工设备，故板材的厚度无法太大，一般不会超过50mm，而本申请的复合材料制品10用于制备棒材或管材，其长度可以根据需要任意调节，比如3000mm，5000mm等，在尺寸控制上较之板材更具优势。
在第四方面，对于板材或其他类型的复合材料制品来说，其不同的加工工序往往需要在不同的设备上进行，比如压实需要用压带机实现，加热固化需要红外加热设备等，工序的改变需要产品在不同的设备之间转运，而本申请的复合材料制品10从加料到最后成型均在挤出模具中完成，无需在上下工序衔接时进行产品的转运，提高了生产效率。
在另一些可选地实施方案中，图10为单纯采用多向纤维预制片13制备的纤维预制品，多向纤维预制片13中既包含有朝第一方向X进行纤维取向的第一纤维，也包含有朝第二方向Y进行纤维取向的第二纤维，并且第一纤维和第二纤维交织布局于多向纤维预制片13中，比如第一纤维和第二纤维相互垂直。如此，由于多向纤维预制片13中的纤维取向均截向取向(垂直长度方向Z)，这样也能提高复合材料制品10在其截向的拉伸强度、压缩强度及模量等性能。
同时需要说明的是，由于多向纤维预制片13存在至少两种互为相交的纤维取向，这样在进行多向纤维预制片13的堆叠时，可以如图10所示，在排布各多向纤维预制片13时，既可以使一部分多向纤维预制片13的第一纤维朝第一方向X，以及第二纤维朝第二方向Y，也可以使另一部分多向纤维预制片13的第一纤维相对第一方向X倾斜，以及第二纤维相对第二方向Y倾斜。这样相对于用单向纤维预制片制备复合材料制品10的方式来说，采用多向纤维预制片13制备复合材料制品10时，无需刻意考虑多向纤维预制片13中纤维的排布方向，直接将多向纤维预制片13朝长度方向Z堆叠即可，能够提高制备效率。而单向纤维预制片的叠加，相对于多向纤维预制片13的叠加来说，能够使纤维预制品具有更好的强度，更适用于本申请的复合材料制品10。故生产者可以结合自身需要，考虑复合材料制品10是用多向纤维预制片13制备、或单向纤维预制片制备、或多向纤维预制片和单向纤维预制片按一定比例调配后制备，此处不再详述。
在另一些可选的实施方案中，采用本申请制备方法，除用于图1～图4公开的棒材类复合材料制品10的制备以外，也可以用于管材类复合材料制品10的制备，比如图5所示，此种方式中，挤出模具的模腔20内设置一芯棒203，纤维预制品也为环形且套设于芯棒203上，第一堆挤机构201的顶板和第二堆挤机构202的顶板也套设于芯棒203上，如此，在执行压实工序时，纤维预制品在第一堆挤机构201和第二堆挤机构202的压缩作用下，将紧贴芯棒203的外周和模腔20的内壁，进而固化工序后，得到管材类结构的复合材料制品10。也可如图6所示，第一堆挤机构201的顶板套设芯棒203上，第二堆挤机构202的顶板位于芯棒203沿长度方向Z的一侧，也可实现对复合材料制品10的压缩。
可选地，通常来说加压工段21仅用于加压，故加压工段21的温度未作相应控制，一般为室温，而进入固化工段23后，固化工段23的温度通常大于或等于固化温度，这样两工段之间的温差差距过大，容易导致由加压工段21输送的纤维预制品在固化工段23固化为复合材料制品10后，和原有的复合材料制品10的接触位置之间出现粘合面，容易导致复合材料制品10断层甚至在使用时断裂，为了解决这个问题，挤出模具还可以包括位于模腔20中，且设于加压工段21和固化工段23之间的半固化工段22。
如此，上述的固化工序(具体为转运被压缩的纤维预制品至固化工段23，以将被压缩的纤维预制品加热至大于或等于固化温度，以提供复合材料制品10)可以进一步分解为：
执行转运工序：控制第一堆挤机构201运动，以转运被压缩的纤维预制品至半固化工段22。
执行半固化工序：在半固化工段22将被压缩的纤维预制品加热至第一预设温度，以提供半固结的制品。
执行转运工序：控制第一堆挤机构201运动，以转运半固结的制品至固化工段23。
执行固化工序：在固化工段23将半固结的制品加热至大于或等于固化温度，以提供复合材料制品10；其中，第一预设温度小于固化温度。
可见，半固化工段22的设置相当于在加压工段21和固化工段23之间设置了一个缓冲区，这样纤维预制品由加压工段21进入半固化工段22后，能够被部分固化，并且能够与位于固化工段23的原有的复合材料制品10在接触位置进行充分的融合、压实，进而保证复合材料制品10的融合度，防止复合材料制品10出现粘合面，避免后续使用出现断裂等异常，提高复合材料制品10的质量。
这里需要说明的是，由于复合材料制品10是于挤出模具中不断成型的，故转运工序具体包括：控制第一堆挤机构201运动，以将处于加压工段21的纤维预制品转运至半固化工段22，以及将处于半固化工段22的半固结的制品转运至固化工段23，以及将处于固化工段23的复合材料制品10转运至后文的冷却工段24，以及将处于冷却工段24的复合材料制品10推挤出模。并且每执行一次转运工序后，可以执行一次加料工序，即可以向加压工段21添加新的纤维预制品。
而加压工段21、半固化工段22、固化工段23和冷却工段24在接收到各自所对应的物料后，比如加压工段21接收纤维预制品、半固化工段22接收被压缩的纤维预制品、固化工段23接收半固结的制品、冷却工段24接收复合材料制品10后，则执行所对应的工序，比如加压工段21执行加压工序，半固化工段22执行半固化工序、固化工段23执行固化工序、冷却工段24执行冷却工序等，此处不再详述。
可选地，刚完成固化之后的复合材料制品10通常具备的温度较高，为便于存储，故挤出模具还可以包括设于模腔20中的冷却工段24，加压工段21、半固化工段22、固化工段23和冷却工段24沿供料方向依次设置。
在转运被压缩的纤维预制品至固化工段23，以将被压缩的纤维预制品加热至大于或等于固化温度，以提供复合材料制品10之后，即在固化工序之后，本申请的制备方法还包括：
执行转运工序：控制第一堆挤机构201进行堆挤运动，以转运复合材料制品10至冷却工段24。
执行冷却工序：在冷却工段24将复合材料制品10冷却至第二预设温度；其中，第二预设温度小于固化温度，以及小于第一预设温度。如此，在固化工段23完成固化之后的复合材料制品10，将被转运至冷却工段24进行冷却，以便于后续存放。
可选地，如上述本申请的制备方法还可以包括出模工序：控制第一堆挤机构201进行堆挤运动，以将处于冷却工段24的复合材料制品10推挤出模。则进一步地，挤出模具上还可以设置裁剪机构，比如位于冷却工段24末端的激光切割装置，水刀切割装置等，待复合材料制品10从模腔20中挤出所需长度后进行裁切，以便于将复合材料制品10按照预设长度进行存放。
可选地，对于半固化工段22、固化工段23的温度控制方式来说，可以通过在模腔20位置加装电热套或者电热棒进行加热升温，并通过装配温度传感器实现温度控制；而对于冷却工段24的冷却方式来说，可以通过循环风冷、液体介质循环冷却等方式实现，此处不再详述。
下面以纤维为玄武岩纤维，树脂材料为苯并噁嗪复合而成的复合材料制品10，设定复合材料制品10的长度为3m、宽度为60mm(宽度方向为第二方向Y)、厚度25mm(厚度方向为第一方向X)，温度设定按照：加压工段21控制在10～120℃，半固化工段22的温度控制在120～170℃(即第一预设温度的范围)，固化工段23的温度控制在170～210℃(即大于或等于固化温度)、冷却工段24的温度控制在10～70℃(即第二预设温度的范围)为例，对本发明的具体实施方式做进一步的描述，并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
实施例1
纤维预制品由朝第一方向X进行纤维取向的第一单向纤维预制片11，和朝第二方向Y进行纤维取向的第二单向纤维预制片12按照1:1的比例交替叠加而成，其中苯并噁嗪与玄武岩纤维含量比值＝40:60，设定温度：加压工段21的温度＝50℃，半固化工段22的温度＝150℃，固化工段23的温度＝200℃，冷却工段24的温度＝50℃，所得到的复合材料制品10性能参数如下表：
| 项目 | 数据 |
| 密度(g/cm3) | 1.90 |
| 沿第一方向X的拉伸强度(MPa) | 720 |
| 沿第二方向Y的拉伸强度(MPa) | 720 |
| 沿第二方向Y的弯曲强度(MPa) | 1100 |
| 弯曲模量(GPa) | 55 |
| 沿第二方向Y的压缩强度(MPa) | 830 |
| 压缩模量(GPa) | 70 |
实施例2
与实施例1的不同在于，设定温度：加压工段21的温度＝10℃，半固化工段22的温度＝120℃，固化工段23的温度＝180℃，冷却工段24的温度＝10℃，所得到的复合材料制品10性能参数如下表：
| 项目 | 数据 |
| 密度(g/cm3) | 1.90 |
| 沿第一方向X的拉伸强度(MPa) | 690 |
| 沿第二方向Y的拉伸强度(MPa) | 695 |
| 沿第二方向Y的弯曲强度(MPa) | 950 |
| 弯曲模量(GPa) | 50 |
| 沿第二方向Y的压缩强度(MPa) | 800 |
| 压缩模量(GPa) | 65 |
实施例3
与实施例1的不同在于，设定温度：加压工段21的温度＝120℃，半固化工段22的温度＝170℃，固化工段23的温度＝210℃，冷却工段24的温度＝70℃，所得到的复合材料制品10性能参数如下表：
| 项目 | 数据 |
| 密度(g/cm3) | 1.90 |
| 沿第一方向X的拉伸强度(MPa) | 730 |
| 沿第二方向Y的拉伸强度(MPa) | 730 |
| 沿第二方向Y的弯曲强度(MPa) | 1150 |
| 弯曲模量(GPa) | 56 |
| 沿第二方向Y的压缩强度(MPa) | 845 |
| 压缩模量(GPa) | 72 |
实施例4
纤维预制品由朝第一方向X进行纤维取向的第一单向纤维预制片11，和朝第二方向Y进行纤维取向的第二单向纤维预制片12按照2:1的比例交替叠加而成，其中苯并噁嗪与玄武岩纤维含量比值＝40:60，设定温度：加压工段21的温度＝50℃，半固化工段22的温度＝150℃，固化工段23的温度＝200℃，冷却工段24的温度＝50℃，所得到的复合材料制品10性能参数如下表：
| 项目 | 数据 |
| 密度(g/cm3) | 1.90 |
| 沿第一方向X的拉伸强度(MPa) | 800 |
| 沿第二方向Y的拉伸强度(MPa) | 670 |
| 沿第二方向Y的弯曲强度(MPa) | 900 |
| 弯曲模量(GPa) | 50 |
| 沿第二方向Y的压缩强度(MPa) | 750 |
| 压缩模量(GPa) | 65 |
实施例5
与实施例4的不同在于，设定温度：加压工段21的温度＝20℃，半固化工段22的温度＝120℃，固化工段23的温度＝170℃，冷却工段24的温度＝20℃，所得到的复合材料制品10性能参数如下表：
| 项目 | 数据 |
| 密度(g/cm3) | 1.90 |
| 沿第一方向X的拉伸强度(MPa) | 780 |
| 沿第二方向Y的拉伸强度(MPa) | 660 |
| 沿第二方向Y的弯曲强度(MPa) | 870 |
| 弯曲模量(GPa) | 48 |
| 沿第二方向Y的压缩强度(MPa) | 740 |
| 压缩模量(GPa) | 63 |
实施例6
与实施例4的不同在于，设定温度：加压工段21的温度＝120℃，半固化工段22的温度＝170℃，固化工段23的温度＝210℃，冷却工段24的温度＝70℃，所得到的复合材料制品10性能参数如下表：
| 项目 | 数据 |
| 密度(g/cm3) | 1.90 |
| 沿第一方向X的拉伸强度(MPa) | 810 |
| 沿第二方向Y的拉伸强度(MPa) | 675 |
| 沿第二方向Y的弯曲强度(MPa) | 910 |
| 弯曲模量(GPa) | 52 |
| 沿第二方向Y的压缩强度(MPa) | 760 |
| 压缩模量(GPa) | 66 |
实施例7
纤维预制品由朝第一方向X进行纤维取向的第一单向纤维预制片11，和朝第二方向Y进行纤维取向的第二单向纤维预制片12按照1:2的比例交替叠加而成，其中苯并噁嗪与玄武岩纤维含量比值＝40:60，设定温度：加压工段21的温度＝50℃，半固化工段22的温度＝150℃，固化工段23的温度＝200℃，冷却工段24的温度＝50℃，所得到的复合材料制品10性能参数如下表：
| 项目 | 数据 |
| 密度(g/cm3) | 1.90 |
| 沿第一方向X的拉伸强度(MPa) | 670 |
| 沿第二方向Y的拉伸强度(MPa) | 800 |
| 沿第二方向Y的弯曲强度(MPa) | 1200 |
| 弯曲模量(GPa) | 60 |
| 沿第二方向Y的压缩强度(MPa) | 920 |
| 压缩模量(GPa) | 74 |
实施例8
与实施例7的不同在于，设定温度：加压工段21的温度＝10℃，半固化工段22的温度＝120℃，固化工段23的温度＝170℃，冷却工段24的温度＝20℃，所得到的复合材料制品10性能参数如下表：
| 项目 | 数据 |
| 密度(g/cm3) | 1.90 |
| 沿第一方向X的拉伸强度(MPa) | 660 |
| 沿第二方向Y的拉伸强度(MPa) | 790 |
| 沿第二方向Y的弯曲强度(MPa) | 1180 |
| 弯曲模量(GPa) | 58 |
| 沿第二方向Y的压缩强度(MPa) | 910 |
| 压缩模量(GPa) | 72 |
实施例9
与实施例7的不同在于，设定温度：加压工段21的温度＝120℃，半固化工段22的温度＝170℃，固化工段23的温度＝210℃，冷却工段24的温度＝70℃，所得到的复合材料制品10性能参数如下表：
| 项目 | 数据 |
| 密度(g/cm3) | 1.90 |
| 沿第一方向X的拉伸强度(MPa) | 672 |
| 沿第二方向Y的拉伸强度(MPa) | 805 |
| 沿第二方向Y的弯曲强度(MPa) | 1210 |
| 弯曲模量(GPa) | 61 |
| 沿第二方向Y的压缩强度(MPa) | 924 |
| 压缩模量(GPa) | 74 |
实施例10
纤维预制品由多向纤维预制片叠加而成，多向纤维预制片由朝第一方向X进行纤维取向的纤维，和朝第二方向Y进行纤维取向的纤维按照1:1的比例交织布局而成，其中苯并噁嗪与玄武岩纤维含量比值＝40:60，设定温度：加压工段21的温度＝50℃，半固化工段22的温度＝150℃，固化工段23的温度＝200℃，冷却工段24的温度＝50℃，所得到的复合材料制品10性能参数如下表：
实施例11
与实施例10的不同在于，设定温度：加压工段21的温度＝10℃，半固化工段22的温度＝120℃，固化工段23的温度＝170℃，冷却工段24的温度＝30℃，所得到的复合材料制品10性能参数如下表：
| 项目 | 数据 |
| 密度(g/cm3) | 1.90 |
| 沿第一方向X的拉伸强度(MPa) | 675 |
| 沿第二方向Y的拉伸强度(MPa) | 674 |
| 沿第二方向Y的弯曲强度(MPa) | 1020 |
| 弯曲模量(GPa) | 50 |
| 沿第二方向Y的压缩强度(MPa) | 790 |
| 压缩模量(GPa) | 64 |
实施例12
与实施例10的不同在于，设定温度：加压工段21的温度＝120℃，半固化工段22的温度＝170℃，固化工段23的温度＝210℃，冷却工段24的温度＝70℃，所得到的复合材料制品10性能参数如下表：
可选地，模腔20中各工段的温度根据复合材料制品10的材质不同而进行选择，以制备包含环氧树脂的复合材料制品10为例，挤出模具的加压工段21控制在10～30℃，半固化工段22的温度控制在120～150℃(即第一预设温度的范围)，固化工段23的温度控制在150～180℃(即对于或等于固化温度)、冷却工段24的温度控制在10～30℃(即第二预设温度的范围)；而以制备包含聚酰亚胺树脂的复合材料制品10为例，挤出模具的加压工段21控制在10～30℃，半固化工段22的温度控制在250～350℃，固化工段23的温度控制在350～400℃、冷却工段24的温度控制在10～50℃。
可选地，本申请还公开了纤维预制品的制作方法，具体来说，在向加压工段21提供纤维预制品之前，本申请的制备方法还包括：
将纤维布在热固性树脂中预浸，以提供纤维预制片。这里纤维布可以为上述的多向纤维布或单向纤维布。以树脂材料为苯并噁嗪为例，在常温下，比如0～40℃的温度范围内，将纤维布浸润在苯并噁嗪溶液中，然后进行烘干或自然晾干，以得到纤维预制片。
按照预设截面形状裁剪纤维预制片。比如通过剪刀、裁切模具等实现。
将纤维预制片沿长度方向Z依次叠置，以提供纤维预制品。
如此，液体状态的热固性树脂可以对纤维布进行较好的包裹，以及实现良好的分散浸润。其中，纤维布决定纤维预制品的纤维取向，而预设截面形状与复合材料制品10的截面形状大致吻合，比如预设截面根据需要裁剪成圆形、矩形、六方形、环形等，以制备截面为圆形、矩形、六方形、环形的复合材料制品10，同时预设截面与复合材料制品10的截面重合度大于95％，以便于纤维预制品顺利进入加压工段21中，以及在加压工段21被压实后能够紧贴模腔20内壁成型。
可选地，复合材料制品10的纤维预制片中的纤维可以为有机纤维或无机纤维。具体来说，无机纤维可以为玻璃纤维布、碳纤维、玄武岩纤维、石英纤维中的其中一种；有机纤维可以为芳纶纤维、超高分子量聚乙烯纤维中的其中一种。
可选地，热固性树脂可以为环氧树脂、乙烯基酯树脂、酚醛树脂、苯并噁嗪树脂、双马树脂、氰酸酯树脂中的其中一种。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (8)
1.一种热固性复合材料制品(10)的制备方法，所述复合材料制品(10)在挤出模具的模腔(20)中成型，所述挤出模具包括设于所述模腔(20)中，且沿所述模腔(20)的供料方向依次设置的加压工段(21)和固化工段(23)，其特征在于，所述方法包括：
向所述加压工段(21)提供纤维预制品；
压缩处于所述加压工段(21)的所述纤维预制品，以提供被压缩的纤维预制品；
转运所述被压缩的纤维预制品至所述固化工段(23)；
在所述固化工段(23)将所述被压缩的纤维预制品加热至大于或等于固化温度，以提供所述复合材料制品(10)；
其中，所述纤维预制品包括多个沿长度方向(Z)依次堆叠的纤维预制片，所述纤维预制片为多向纤维预制片和单向纤维预制片中的其中一种；其中，所述多向纤维预制片包括多向纤维布和热固性树脂，所述多向纤维布包括至少两种纤维取向相交的纤维；所述单向纤维预制片包括单向纤维布和热固性树脂，所述单向纤维布内部纤维的纤维取向保持一致；所述固化温度为所述热固性树脂的交联固化温度；
所述纤维预制品包括至少两种所述纤维取向相交的所述单向纤维预制片，或，所述纤维预制品包括所述多向纤维预制片；
所述长度方向(Z)与所述供料方向一致，所述纤维取向垂直所述长度方向(Z)；所述压缩方向平行所述长度方向(Z)。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述挤出模具还包括位于所述模腔(20)中，且设于所述加压工段(21)和所述固化工段(23)之间的半固化工段(22)；
所述转运所述被压缩的纤维预制品至所述固化工段(23)，以将所述被压缩的纤维预制品加热至大于固化温度，以提供所述复合材料制品(10)包括：
转运所述被压缩的纤维预制品至半固化工段(22)；
在所述半固化工段(22)将所述被压缩的纤维预制品加热至第一预设温度，以提供半固结的制品；
转运所述半固结的制品至所述固化工段(23)；
在所述固化工段(23)将所述半固结的制品加热至大于所述固化温度，以提供所述复合材料制品(10)；
其中，所述第一预设温度小于所述固化温度。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述挤出模具还包括设于所述模腔(20)中的冷却工段(24)，加压工段(21)、固化工段(23)和所述冷却工段(24)沿所述供料方向依次设置；
在所述转运所述被压缩的纤维预制品至所述固化工段(23)，以将所述被压缩的纤维预制品加热至大于固化温度，以提供所述复合材料制品(10)之后，所述方法还包括：
转运所述复合材料制品(10)至所述冷却工段(24)；
在所述冷却工段(24)将所述复合材料制品(10)冷却至第二预设温度；
其中，所述第二预设温度小于所述固化温度。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在所述向所述加压工段(21)提供纤维预制品之前，所述方法还包括：
将纤维布在热固性树脂中预浸，以提供所述纤维预制片；所述纤维布为所述多向纤维布或所述单向纤维布；
将所述纤维预制片沿所述长度方向(Z)依次叠置，以提供所述纤维预制品。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述复合材料制品(10)的纤维预制片中的纤维为有机纤维或无机纤维。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述无机纤维为玻璃纤维布、碳纤维、玄武岩纤维、石英纤维中的其中一种；
所述有机纤维为芳纶纤维、超高分子量聚乙烯纤维中的其中一种。
7.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述热固性树脂为环氧树脂、乙烯基酯树脂、酚醛树脂、苯并噁嗪树脂、双马树脂、氰酸酯树脂中的其中一种。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述纤维预制品中的所述单向纤维预制片分为第一单向纤维预制片(11)和第二单向纤维预制片(12)；所述第一单向纤维预制片(11)朝第一方向(X)进行纤维取向，所述第二单向纤维预制片(12)朝第二方向(Y)进行纤维取向，所述第一方向(X)、所述第二方向(Y)和长度方向(Z)两两相交；
所述纤维预制品包括沿所述长度方向(Z)交替设置的第一预浸段和第二预浸段，所述第一预浸段包括一个第一单向纤维预制片(11)或多个沿所述长度方向(Z)依次堆叠的第一单向纤维预制片(11)；所述第二预浸段包括一个第二单向纤维预制片(12)或多个沿所述长度方向(Z)依次堆叠的第二单向纤维预制片(12)。
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