本發(fā)明涉及高分子材料加工方法，尤其涉及一種連續(xù)纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料加工方法。

背景技術(shù)：

連續(xù)纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料具有高比強(qiáng)度、高比模量、耐腐蝕、吸能等特性，在汽車、軌道交通、航空航天等領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用。

現(xiàn)有連續(xù)纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料成形方法如熱壓罐、預(yù)浸料、rtm等，成形工序多、時間長、效率低，無法滿足日益增長的大批量制造與應(yīng)用要求，且制造成本較高，限制了連續(xù)纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料的應(yīng)用范圍。

因此，一種加工工藝簡單且生產(chǎn)效率較高的連續(xù)纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料加工方法是目前高分子材料加工領(lǐng)域所急需的。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種連續(xù)纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料加工方法，解決現(xiàn)有技術(shù)中連續(xù)纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料加工方法加工工藝復(fù)雜、加工效率低下的問題。

技術(shù)方案

一種連續(xù)纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料加工方法，步驟包括：

(1)將兩種不同固化溫度的樹脂本體a1、樹脂本體a2及樹脂本體a1對應(yīng)的固化劑a1、樹脂本體a2對應(yīng)的固化劑a2均勻混合，得到梯度固化樹脂本體。

(2)將梯度固化樹脂本體升溫后噴淋至多種材質(zhì)的纖維布上，然后將多種材質(zhì)的纖維布疊放在一起，形成濕態(tài)纖維布。

(3)將濕態(tài)纖維布置于第一固化溫度下進(jìn)行第一階段固化，促使樹脂本體a1在固化劑a1作用下發(fā)生固化，然后降低至室溫，得到第一固化纖維布。a2、a2在該第一固化溫度下仍為本體，并未發(fā)生固化，所以第一固化纖維布表現(xiàn)為處于液態(tài)與固態(tài)之間的半固態(tài)。

(4)將第一固化纖維布裁剪成特定形狀，然后將多層特定形狀的第一固化纖維布依次疊加，形成生產(chǎn)需要的三維立體形狀，然后加壓促使各層第一固化纖維布之間相互粘連，形成預(yù)聚體。

(5)將預(yù)聚體在加壓狀態(tài)下加熱至第二固化溫度，使a2、a2發(fā)生第二階段固化，得到固態(tài)的產(chǎn)品。

進(jìn)一步，步驟(2)中所述梯度固化樹脂本體在噴淋時的粘度為10～100mpa.s，所述步驟(2)中濕態(tài)纖維布上梯度固化樹脂本體的粘度為2000～5000mpa.s；步驟(3)中第一固化纖維布上樹脂及樹脂本體的共同粘度為10000～30000mpa.s；所述步驟(4)中，預(yù)聚體上的樹脂及樹脂本體的共同粘度為2000～3000mpa.s。以上所述各步驟的粘度均通過改變溫度調(diào)節(jié)，不同種類樹脂或樹脂與本體混合物，其溫度、粘度的關(guān)系由樹脂材料本身形性質(zhì)決定。

進(jìn)一步，所述步驟(3)中濕態(tài)纖維布置于第一固化溫度下進(jìn)行第一階段固化，是指將濕態(tài)纖維布置于熱壓輥中，使多層不同材質(zhì)的纖維布及梯度固化樹脂本體在熱壓輥壓力的作用下貼合為一層，同時精確控制熱壓輥溫度，使?jié)駪B(tài)纖維布處于第一固化溫度下發(fā)生第一階段固化反應(yīng)，形成第一固化纖維布。

進(jìn)一步，所述步驟(5)與步驟(4)合并，在步驟(4)進(jìn)行加壓成形的過程中進(jìn)行升溫，促使a2、a2發(fā)生固化，得到固態(tài)的產(chǎn)品。

進(jìn)一步，所述a1與a1質(zhì)量之和為(a1+a1)；所述a2與a2質(zhì)量之和為(a2+a2)，(a1+a1)與(a2+a2)質(zhì)量之比為0.01～0.1：1，優(yōu)選為0.03～0.06：1。

進(jìn)一步，步驟(2)中所述的多種材質(zhì)的纖維布優(yōu)選自碳纖維、玻璃纖維、芳綸纖維、植物纖維的多軸向經(jīng)編布或單方向編織布。

進(jìn)一步，所述a1優(yōu)選為雙酚a型環(huán)氧樹脂、甘油酯型環(huán)氧樹脂中的一種或多種，a1優(yōu)選為二乙烯三胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺中的一種或多種；所述a2優(yōu)選為雙酚a型環(huán)氧樹脂、甘油酯型環(huán)氧樹脂中的一種或多種，a2優(yōu)選為孟烷二胺、異佛爾酮二胺、n-氨乙基哌嗪中的一種或多種。

進(jìn)一步，所述a1與a1的質(zhì)量比為1:0.05～0.43，a2與a2的質(zhì)量比為1：0.05～0.43。

進(jìn)一步，當(dāng)a1為雙酚a型環(huán)氧樹脂、甘油酯型環(huán)氧樹脂中的一種或多種，a1為二乙烯三胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺中的一種或多種，a2為雙酚a型環(huán)氧樹脂、甘油酯型環(huán)氧樹脂中的一種或多種，a2為孟烷二胺、異佛爾酮二胺、n-氨乙基哌嗪中的一種或多種時，步驟(2)中所述梯度固化樹脂本體在噴淋時的粘度為10～100mpa.s時，材料所對應(yīng)的溫度為20～25℃，優(yōu)選為25℃；所述步驟(2)中濕態(tài)纖維布上梯度固化樹脂本體的粘度為2000～5000mpa.s時，材料所對應(yīng)的溫度為35～65℃；步驟(3)中第一固化纖維布上樹脂及樹脂本體的共同粘度為10000～30000mpa.s時，材料所對應(yīng)的溫度為20～25℃，優(yōu)選為25℃；所述步驟(5)中，第二固化溫度為80～160℃，此溫度下第二固化反應(yīng)時間為1～5min。

有益效果

本發(fā)明提供一種連續(xù)纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料加工方法，該方法的步驟(2)中梯度固化樹脂本體在噴淋時的粘度為10～100mpa.s，較低的噴淋粘度有助于促進(jìn)液態(tài)的梯度固化樹脂本體流動，提高梯度固化樹脂本體在纖維中的浸漬，使梯度固化樹脂本體與多種材質(zhì)的纖維布混合更加均勻。該方法的步驟(2)中濕態(tài)纖維布上梯度固化樹脂本體的粘度為2000～5000mpa.s，便于濕態(tài)纖維布與加工裝置中的隔離膜分離，便于加工。步驟(3)中第一固化纖維布上樹脂及樹脂本體的共同粘度為10000～30000mpa.s，較大的粘度使得第一固化纖維布更便于切割，不粘刀，且方便機(jī)器人的自動化搬運(yùn)與傳輸，提高加工效率。所述步驟(5)中，第二固化溫度為80～120℃，在1～5分鐘內(nèi)即可實現(xiàn)材料的固化成型，提高加工效率。

從整個加工工藝上看，本方法實現(xiàn)了不同種類樹脂與多種材質(zhì)的纖維布連續(xù)化復(fù)合、生成所需要的三維產(chǎn)品，該方法使原來5～6小時的復(fù)合材料制備時間縮短至5分鐘內(nèi)，極大地提高了成形效率，突破了連續(xù)纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料在汽車等民用領(lǐng)域大批量應(yīng)用面臨的“高成本、低效率”制約瓶頸，減少手工工序，有效提高制品的一致性，滿足大批量制造要求。

附圖說明

圖1為本發(fā)明連續(xù)纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料加工流程圖；

圖2為本發(fā)明中梯度固化樹脂本體噴淋至多種材質(zhì)的纖維布的示意圖；

圖3為本發(fā)明多種材質(zhì)的纖維布疊放與第一階段固化工作原理示意圖；

其中：1-梯度固化樹脂本體輸入裝置，2-多種材質(zhì)的纖維布放卷裝置，3-噴淋混合裝置，31-梯度固化樹脂本體混合裝置，32-第一噴淋頭，33-第二噴淋頭，34-第三噴淋頭，35-第一纖維布導(dǎo)向輥，36-第二纖維布導(dǎo)向輥，37-第三纖維布導(dǎo)向輥，4-多種材質(zhì)的纖維布疊放與第一階段固化，41-隔離膜放卷，42-第一復(fù)合熱壓輥，43-隔離膜收卷，44-第二復(fù)合熱壓輥，5-第一固化纖維布裁剪裝置，6-第一固化纖維布的堆疊裝置，7-第二階段固化與加壓裝置，8-成型件的抓取與疊放裝置。

具體實施方式

下面結(jié)合具體實施例和附圖，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。

實施例1

利用附圖1～3所示的裝置示意圖，使復(fù)合材料防撞梁濕態(tài)模壓成形：

配制梯度固化樹脂本體，包括雙酚a二縮水甘油醚環(huán)氧樹脂3.0kg，二乙烯三胺0.75kg，四氫鄰苯二甲酸二縮水甘油酯環(huán)氧樹脂97.0kg，孟烷二胺29.1kg。該梯度固化樹脂本體在25攝氏度下粘度為10mpa.s。該梯度固化樹脂本體中環(huán)氧樹脂和二乙烯三胺在50℃發(fā)生第一階段固化，環(huán)氧樹脂和孟烷二胺在120℃發(fā)生第二階段固化。

以0°碳纖維布、﹢45°碳纖維布、﹣45°玻璃纖維布、90°玻璃纖維布設(shè)置在多種材質(zhì)的纖維布放卷裝置2上同步放卷，將梯度固化樹脂本體輸入裝置1中的梯度固化樹脂本體經(jīng)過噴淋混合裝置3噴淋到各個放卷的纖維布上，形成濕態(tài)纖維布；

然后將濕態(tài)纖維布牽引進(jìn)入50℃的第一復(fù)合熱壓輥42、第二復(fù)合熱壓輥44之間，得到第一固化纖維布。濕態(tài)纖維布中的環(huán)氧樹脂和二乙烯三胺發(fā)生固化反應(yīng)，而環(huán)氧樹脂和孟烷二胺未達(dá)到反應(yīng)溫度，此時材料的總體粘度控制在2000mpa.s；

第一固化纖維布在冷卻輥冷卻作用下，恢復(fù)到25℃，材料總體粘度控制在10000mpa.s，然后第一固化纖維布裁剪裝置5將第一固化纖維布切割為預(yù)定形狀，并被第一固化纖維布的堆疊裝置6搬運(yùn)到壓機(jī)模具中并疊放成汽車防撞梁的形狀；

堆疊成防撞梁形狀的第一固化纖維經(jīng)過第二階段固化與加壓裝置7加壓，并升溫至80℃，此時樹脂粘度為2000mpa.s，此后30～60秒內(nèi)，環(huán)氧樹脂和孟烷二胺發(fā)生固化反應(yīng)，粘度快速升高，第一固化纖維在3分鐘內(nèi)完成第二階段固化，產(chǎn)品固化成形；固化成形后，成型件的抓取與疊放裝置8抓取復(fù)合材料制件，完成復(fù)合材料的汽車防撞梁制造。

實施例2

利用附圖1～3所示的裝置示意圖，使復(fù)合材料汽車b柱濕態(tài)模壓成形：

配制梯度固化樹脂本體，包括雙酚a二縮水甘油醚環(huán)氧樹脂5kg，三乙烯四胺1.05kg，羥甲基雙酚a二縮水甘油醚環(huán)氧樹脂95kg，異佛爾酮二胺33.25kg。該梯度固化樹脂本體在25攝氏度下粘度為90mpa.s。該梯度固化樹脂本體中環(huán)氧樹脂e44和三乙烯四胺在50℃發(fā)生第一階段固化，環(huán)氧樹脂和異佛爾酮二胺在120℃發(fā)生第二階段固化。

以0°/±45°經(jīng)編碳纖維布、﹣45°芳綸纖維布、90°玻璃纖維布同步放卷，將梯度固化樹脂本體噴淋到各個放卷的纖維布上，形成濕態(tài)纖維布；

然后將濕態(tài)纖維布牽引進(jìn)入65℃的熱壓輥之間，得到第一固化纖維布。濕態(tài)纖維布中的環(huán)氧樹脂和三乙烯四胺發(fā)生固化反應(yīng)，而環(huán)氧樹脂和異佛爾酮二胺未達(dá)到反應(yīng)溫度，此時材料的總體粘度控制在3000mpa.s；

第一固化纖維布在冷卻輥冷卻作用下，恢復(fù)到25℃，材料總體粘度控制在13000mpa.s，然后將第一固化纖維布切割為預(yù)定形狀，并被機(jī)器人搬運(yùn)到壓機(jī)模具中并疊放成汽車b柱的形狀；

堆疊成汽車b柱形狀的第一固化纖維經(jīng)過加壓，并升溫至100℃，此時樹脂粘度為3000mpa.s，此后30～60秒內(nèi)，環(huán)氧樹脂和異佛爾酮二胺發(fā)生固化反應(yīng)，粘度快速升高，第一固化纖維在5分鐘內(nèi)完成第二階段固化，產(chǎn)品固化成形；固化成形后，機(jī)械手抓取復(fù)合材料制件，完成復(fù)合材料的汽車b柱制造。

上述具體實施方式僅僅是為清楚地說明本發(fā)明所作的舉例，而并非對實施方式的限定。對于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動，這里無需也無法對所有的實施方式予以窮舉，而由此所引申出的顯而易見的變化或變動仍處于本發(fā)明的保護(hù)范圍中。