專利名稱：一種混編式連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性結(jié)構(gòu)板材熱成型方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料，尤其涉及一種“混編式”連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性結(jié)構(gòu)板材熱成型方法。
背景技術(shù)：
熱塑性復(fù)合材料是以玻璃纖維、碳纖維、芳綸纖維等增強(qiáng)各種熱塑性樹(shù)脂的總稱， 國(guó)外稱FRTP (Fiber Rinforced Thermo Plastics)。由于熱塑性樹(shù)脂和增強(qiáng)材料種類不同，其生產(chǎn)工藝和制成的復(fù)合材料性能差別很大。從生產(chǎn)工藝的角度分析，熱塑性復(fù)合材料分為短纖維增強(qiáng)復(fù)合材料和連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料兩大類，(1)短纖維增強(qiáng)復(fù)合材料① 注射成型工藝，②擠出成型工藝，③離心成型工藝；(2)連續(xù)纖維增強(qiáng)及長(zhǎng)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料①預(yù)浸料模壓成型，②片狀模塑料沖壓成型，③片狀模塑料真空成型，④預(yù)浸紗纏繞成型，⑤拉擠成型。
連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料所生產(chǎn)的結(jié)構(gòu)板材大多采用預(yù)浸料模壓成型，通常將預(yù)浸料鋪放于模具內(nèi)，然后進(jìn)行加熱加壓成型，不過(guò)這種方法存在很多缺陷，如預(yù)浸料層間空氣無(wú)法驅(qū)除，壓機(jī)壓力通過(guò)纖維無(wú)法均勻傳遞、在纖維方向發(fā)生偏移，預(yù)浸料在貯藏過(guò)程中的濕度過(guò)大，纖維含量與樹(shù)脂的比例在成型過(guò)程中無(wú)法進(jìn)一步優(yōu)化等問(wèn)題。
在生產(chǎn)加工中，由于纖維生產(chǎn)工藝條件、表面處理等問(wèn)題，混合纖維不能夠很好的和樹(shù)脂結(jié)合，會(huì)對(duì)生產(chǎn)出的預(yù)浸料的性能有很大影響，既而導(dǎo)致成品的性能下降。同一基體不同纖維的預(yù)浸料，在生產(chǎn)板材中大多采用0°、90°縱橫交錯(cuò)鋪放生產(chǎn)，這樣在生產(chǎn)過(guò)程中會(huì)使樹(shù)脂的含量大大增加，從而降低纖維含量，影響性能，在生產(chǎn)過(guò)程中，纖維容易滑動(dòng)， 起皺，波浪。生產(chǎn)過(guò)程中，板材的內(nèi)應(yīng)力過(guò)大，使板材翹曲、變形均會(huì)對(duì)板材的性能有所影響。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明就是為了解決上述連續(xù)纖維及長(zhǎng)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料板材生產(chǎn)現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題而提供一種設(shè)備簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉、工藝要求不高的“混編式”連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性結(jié)構(gòu)板材熱成型方法。
本發(fā)明的目的通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)一種“混編式”連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性結(jié)構(gòu)板材熱成型方法，包括以下步驟(1)在編織機(jī)上將預(yù)浸料混編為片狀或帶狀預(yù)浸帶；(2)將預(yù)浸帶鋪放在模具上并用真空袋或聚酯薄膜密封；(3)升溫，抽真空，真空壓力為0.1-0. 3MPa ；(4)保持真空負(fù)壓，當(dāng)溫度達(dá)到熱塑性樹(shù)脂的熔點(diǎn)時(shí)保溫，達(dá)到保溫時(shí)間后保壓降溫成型；(5)拆除真空袋或聚酯薄膜，得到結(jié)構(gòu)板材。
所述預(yù)浸料為連續(xù)纖維或長(zhǎng)纖維增強(qiáng)熱塑性樹(shù)脂預(yù)浸料；所述預(yù)浸帶由一種或幾種預(yù)浸料混編而成。
所述纖維為玻璃纖維、碳纖維、芳綸纖維中的一種或幾種；所述纖維優(yōu)選玻璃纖維。
所述步驟(3)中的抽真空溫度小于熱塑性樹(shù)脂的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度Tg。
所述步驟(4)中的保溫時(shí)間依照制件的尺寸按常規(guī)而定。
對(duì)于厚度大于預(yù)設(shè)值的(一般是指厚度較大，大于某一預(yù)先設(shè)定值)結(jié)構(gòu)板材，在所述步驟(4)中保持真空負(fù)壓，并附加外壓0. 1-0. 壓制。
所述預(yù)浸帶經(jīng)過(guò)拼接或膠接后進(jìn)行真空或加壓成型，制備大型板材。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果本發(fā)明的一種“混編式”連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性結(jié)構(gòu)板材熱成型方法，包括對(duì)預(yù)浸料的混編、固定、密封、加熱、抽真空、保壓保溫、降溫成型等過(guò)程，設(shè)備簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉，工藝要求不高。真空袋對(duì)模具的適應(yīng)性好，能良好的封閉模具裂縫，降低損耗，且真空袋具有透明性， 可以進(jìn)行全程監(jiān)控，降低成本，保證成品率。采用混編的方法生產(chǎn)結(jié)構(gòu)板材，可以將預(yù)浸料內(nèi)層間的空氣驅(qū)除，保證壓力通過(guò)纖維均勻傳遞，避免了在纖維方向上發(fā)生偏移，還可以在原有纖維增強(qiáng)的基礎(chǔ)上進(jìn)一步強(qiáng)化，提高板材強(qiáng)度及優(yōu)化纖維量，并大大節(jié)約成本。
通過(guò)編織機(jī)編制預(yù)浸料，可以將預(yù)浸料編織成具有一定規(guī)格的帶材或者片材，而且可以將同一基體、不同纖維的預(yù)浸料進(jìn)行混合編織，既可以對(duì)預(yù)浸料中的纖維比例進(jìn)行控制，也可以降低生產(chǎn)成本。通過(guò)編制可以減少預(yù)浸料層間的空氣，使纖維縱橫交錯(cuò)更加緊密，在生產(chǎn)中大大減少了其中的樹(shù)脂成分，并且復(fù)合材料中各纖維充分發(fā)揮各自之所長(zhǎng)，相互彌補(bǔ)各自之短，使其具有一材多能、一材多用的特點(diǎn)由于板材生產(chǎn)，產(chǎn)品要達(dá)到表面光滑，成型過(guò)程中要保證纖維不滑動(dòng)、不起皺、無(wú)波浪， 從而提高產(chǎn)品強(qiáng)度和表面質(zhì)量。因此在加工中選擇真空袋的方法，這樣會(huì)對(duì)混編預(yù)浸料后的帶材或片材加工成板材以保證。通過(guò)使用真空袋壓制的編制后的板材，可以做到?jīng)]有氣泡，樹(shù)脂含量可控制，最低可到35-40%，制品強(qiáng)度高，可重復(fù)性強(qiáng)，作結(jié)構(gòu)件，污染少，成型效率高，特別是厚制品可一次成型，制品厚度非常均勻。


圖1為本發(fā)明一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合各實(shí)施例和附圖詳細(xì)描述本發(fā)明。
實(shí)施例1玻璃纖維S增強(qiáng)聚丙烯預(yù)浸料和玻璃纖維E增強(qiáng)聚丙烯預(yù)浸料，重量比為1 :2。將寬為0. Im的兩種預(yù)浸料分別置于編織機(jī)的紗架上均勻編織，將兩種預(yù)浸料編織成寬為1. 2m 的網(wǎng)狀預(yù)浸帶。預(yù)浸帶中玻璃纖維E增強(qiáng)聚丙烯預(yù)浸料為主體，玻璃纖維S增強(qiáng)聚丙烯預(yù)浸料均勻分散在其中。
如圖1所示，將預(yù)浸帶1裁剪至與模具5相等大小，鋪放于模具5內(nèi)，用真空袋2 (或聚酯薄膜)覆蓋其上，真空袋2尺寸大于模具5尺寸，將真空袋周邊用夾持密封裝置4固定、密封，真空袋2上預(yù)設(shè)真空嘴6，其位置依模具形狀等確定。將真空嘴6連接真空泵或其他抽真空裝置3，啟動(dòng)電加熱(或油加熱、輻射加熱)，當(dāng)溫度達(dá)到130°C -160°C時(shí)，啟動(dòng)真空泵，抽真空達(dá)到恒定負(fù)壓值0. 3MPa。保持真空負(fù)壓，當(dāng)溫度達(dá)到160°C _190°C時(shí)，樹(shù)脂熔化成型，保溫15分鐘后，停止加熱，降溫保壓成型。對(duì)于厚度較大的結(jié)構(gòu)板材，保持真空負(fù)壓， 并附加外壓0. 3MPa壓制，當(dāng)溫度達(dá)到160°C _190°C時(shí)，樹(shù)脂熔化成型，保溫15分鐘后保壓降溫成型。冷卻成型后，拆除真空袋，取出結(jié)構(gòu)板材，放置3-5小時(shí)即可得到“混編式”連續(xù)玻璃纖維增強(qiáng)聚丙烯結(jié)構(gòu)板材。
目前這種“混編式”連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性結(jié)構(gòu)板材所能達(dá)到的尺寸約為 2. ^iXl. ail，對(duì)于大型板材，如貨柜車車廂頂板的尺寸約為11.8X2. 13m，可以通過(guò)對(duì)預(yù)浸帶進(jìn)行拼接或膠接后真空或加壓成型。
實(shí)施例2碳纖維增強(qiáng)尼龍1010預(yù)浸料和玻璃纖維增強(qiáng)尼龍1010預(yù)浸料，重量比為5 :2。將寬為0. Im的兩種預(yù)浸料分別置于編織機(jī)的紗架上均勻編織，將兩種預(yù)浸料編織成寬為1. 4m 的片狀預(yù)浸帶。預(yù)浸料中碳纖維增強(qiáng)尼龍1010預(yù)浸料為主體，玻璃纖維增強(qiáng)尼龍1010預(yù)浸料均勻分散在其中。
將預(yù)浸帶裁剪至與模具相等大小，鋪放于模具內(nèi)，用真空袋(或聚酯薄膜)覆蓋其上，真空袋尺寸大于模具尺寸，將真空袋周邊用夾持密封裝置固定、密封，真空袋上預(yù)設(shè)真空嘴，其位置依模具形狀等確定。將真空嘴連接真空泵(或其他抽真空裝置)，啟動(dòng)電加熱 (或油加熱、輻射加熱)，當(dāng)溫度達(dá)到180°C -220°C時(shí)，啟動(dòng)真空泵，抽真空達(dá)到恒定負(fù)壓值 0. IMPa0保持真空負(fù)壓，當(dāng)溫度達(dá)到220°C _250°C時(shí)，樹(shù)脂熔化成型，保溫20分鐘后，停止加熱，降溫保壓成型。對(duì)于厚度較大的結(jié)構(gòu)板材，保持真空負(fù)壓，并附加外壓0. 2MPa壓制， 當(dāng)溫度達(dá)到220°C _250°C時(shí)，樹(shù)脂熔化成型，保溫30分鐘后保壓降溫成型。冷卻成型后，拆除真空袋，取出結(jié)構(gòu)板材，放置3-5小時(shí)即可得到“混編式”連續(xù)碳纖維與玻璃纖維增強(qiáng)尼龍1010結(jié)構(gòu)板材。
以上公開(kāi)的僅為本申請(qǐng)的幾個(gè)具體實(shí)施例，但本申請(qǐng)并非局限于此，任何本領(lǐng)域的技術(shù)人員能思之的變化，都應(yīng)落在本申請(qǐng)的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種“混編式”連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性結(jié)構(gòu)板材熱成型方法，其特征在于，包括以下步驟(1)在編織機(jī)上將預(yù)浸料混編為片狀或帶狀預(yù)浸帶；(2)將預(yù)浸帶鋪放在模具上并用真空袋或聚酯薄膜密封；(3)升溫，抽真空，真空壓力為0.1-0. 3MPa ；(4)保持真空負(fù)壓，當(dāng)溫度達(dá)到熱塑性樹(shù)脂的熔點(diǎn)時(shí)保溫，達(dá)到保溫時(shí)間后保壓降溫成型；(5)拆除真空袋或聚酯薄膜，得到結(jié)構(gòu)板材。
2.如權(quán)利要求1所述的一種“混編式”連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性結(jié)構(gòu)板材熱成型方法，其特征在于，所述預(yù)浸料為連續(xù)纖維或長(zhǎng)纖維增強(qiáng)熱塑性樹(shù)脂預(yù)浸料；所述預(yù)浸帶由一種或幾種預(yù)浸料混編而成。
3.如權(quán)利要求2所述的一種“混編式”連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性結(jié)構(gòu)板材熱成型方法，其特征在于，所述纖維為玻璃纖維、碳纖維、芳綸纖維中的一種或幾種；所述纖維優(yōu)選玻璃纖維。
4.如權(quán)利要求1所述的一種“混編式”連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性結(jié)構(gòu)板材熱成型方法，其特征在于，所述步驟(3)中的抽真空溫度小于熱塑性樹(shù)脂的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度Tg。
5.如權(quán)利要求1所述的一種“混編式”連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性結(jié)構(gòu)板材熱成型方法，其特征在于，對(duì)于厚度大于預(yù)設(shè)值的結(jié)構(gòu)板材，在所述步驟(4)中保持真空負(fù)壓，并附加外壓 0. 1-0. 3MPa 壓制。
6.如權(quán)利要求1所述的一種“混編式”連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性結(jié)構(gòu)板材熱成型方法，其特征在于，所述預(yù)浸帶經(jīng)過(guò)拼接或膠接后進(jìn)行真空或加壓成型，制備大型板材。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種混編式連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性結(jié)構(gòu)板材熱成型方法，首先在編織機(jī)上將預(yù)浸料混編為片狀或帶狀預(yù)浸帶；將預(yù)浸帶鋪放在模具上并用真空袋或聚酯薄膜密封；然后升溫，抽真空，保持真空負(fù)壓，當(dāng)溫度達(dá)到熱塑性樹(shù)脂的熔點(diǎn)時(shí)保溫一段時(shí)間后保壓降溫成型；最后拆除真空袋或聚酯薄膜，得到結(jié)構(gòu)板材。用此混編方法生產(chǎn)的結(jié)構(gòu)板材，可以將預(yù)浸料內(nèi)層間的空氣驅(qū)除，壓力通過(guò)纖維均勻傳遞，避免了纖維方向上發(fā)生偏移，還可以在原有纖維增強(qiáng)的基礎(chǔ)上進(jìn)一步強(qiáng)化，大大節(jié)約了成本。
文檔編號(hào)B29C70/34GK102476457SQ201010562570
公開(kāi)日2012年5月30日 申請(qǐng)日期2010年11月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月29日
發(fā)明者康楠 申請(qǐng)人:遼寧杰事杰新材料有限公司