替代金屬的有針刺無紡布復(fù)合材料的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于纖維復(fù)合材料的制備方法，具體涉及一種替代金屬的有針刺無紡布復(fù)合材料的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]采用纖維復(fù)合材料替代鋼材已在工業(yè)界廣泛應(yīng)用，目前主要用碳纖維與樹脂復(fù)合制作替代鋼材的復(fù)合材料，而用碳纖維復(fù)合材料生產(chǎn)工藝存在以下幾個問題:
1.生產(chǎn)成本高，即使是低端用于民用的碳纖維也要20-40萬/噸；
2.能耗高，碳纖維需先生成化纖，再在高溫和真空環(huán)境中碳化成碳纖，由于我國是煤消耗能源大國，所以大規(guī)模使用碳纖維對環(huán)境壓力很大；
3.效率低:碳纖維復(fù)合材料紡織成布后，逐層平鋪采用靠模法定型，生產(chǎn)效率很低；
4.承載能力異性:碳纖維在平鋪中厚度方向無纖維增強(qiáng)，因此碳纖有很好的抗拉能力，但抗剪能力不突出。
[0003]由于碳纖維無法用普通無紡工藝進(jìn)行生產(chǎn)，主要是由于碳纖太脆，故無紡纖維的優(yōu)勢一直未被機(jī)械行業(yè)所認(rèn)識，鮮有采用無紡纖維制備替代鋼材的復(fù)合材料的報(bào)道。而傳統(tǒng)纖維應(yīng)用屬于紡織行業(yè)，紡織行業(yè)與機(jī)械工程之間存在巨大技術(shù)鴻溝，也導(dǎo)致纖維及紡織工藝的有些特性未被機(jī)械領(lǐng)域所認(rèn)識。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種成本低、節(jié)能降耗的替代金屬的有針刺無紡布復(fù)合材料的制備方法，用該方法制備的纖維復(fù)合材料具有較高的機(jī)械強(qiáng)度。
[0005]為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的采用的技術(shù)方案如下:
替代金屬的有針刺無紡布復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟:
1、采用抗拉強(qiáng)度大于0.SGPa的高強(qiáng)纖維作為原料，按針刺無紡布生產(chǎn)工藝制成未噴膠的無紡布胚料；
2、采用干法:將無紡布胚料裁剪成合適尺寸的布料置入模具的模腔內(nèi)，先將布料壓緊，再對模腔抽真空，然后注入樹脂，加熱固化定型。
[0006]所述高強(qiáng)纖維密度為1.3-1.6克每立方厘米時(shí)，在步驟2中，先沖擊壓實(shí)，再壓緊。
[0007]本發(fā)明也可采用濕法:
1、采用抗拉強(qiáng)度大于0.SGPa的無紡纖維作為原料，按針刺無紡布生產(chǎn)工藝制成未噴膠的無紡布胚料；
2、將無紡布胚料先浸于強(qiáng)度大于40MPa的樹脂中，待樹脂浸透后取出，將浸有樹脂的無紡布胚料裁剪成合適尺寸的布料置入模具中擠壓成型，加熱固化定型。
[0008]所述高強(qiáng)纖維的抗拉強(qiáng)度大于2.0GPa,以增加工件的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。
[0009]本發(fā)明的有益效果:
本發(fā)明采用高強(qiáng)化纖與樹脂基復(fù)合，化纖采用無紡模式，它具體有以下優(yōu)點(diǎn): 1.成本低:我國是化纖生產(chǎn)大國，某些高端化纖如(維尼綸、芳綸等)只有1.8-2萬元/噸，其強(qiáng)度和模量已達(dá)到了低端碳纖的水平。
[0010]2.能耗低:無真空高溫碳化過程，尤其維尼綸不需要石油生產(chǎn)，采用石灰石作原料很適合國情。
[0011]3.采用無紡工藝效率高:無需逐層平鋪，采用模具一次壓成，其纖維含量可根據(jù)要求自由調(diào)節(jié)。
[0012]4.由于無紡布存在厚度方向交織，針刺后更明顯，故所制構(gòu)件抗剪和抗沖擊能力較強(qiáng)。有針刺無紡布相對無針刺無紡布密度高，模具型腔壓縮量小，材料厚度較小。主要用于替代沖壓件和厚度不大的模鍛工件。
[0013]5.由于化纖具有一定的彈韌性，故在發(fā)生破壞時(shí)，不像碳纖制品會因脆裂而產(chǎn)生二次污染與傷害。
[0014]采用本發(fā)明方法所制備的測試樣件已經(jīng)達(dá)到抗拉強(qiáng)度538MPa，達(dá)到了高強(qiáng)鋼的水平，且如果對樹脂與化纖作一定優(yōu)化，則完全可能獲得更高的機(jī)械強(qiáng)度，故采用基于化纖的有針刺無紡布復(fù)合材料具有可替代鋼材的能力和條件。
下面結(jié)合附圖進(jìn)一步說明本發(fā)明的技術(shù)方案。
【附圖說明】
[0015]圖1是本發(fā)明方法采用干法制備前縱樑內(nèi)板的示意圖。
[0016]圖2是本發(fā)明方法采用干法制備的汽車保險(xiǎn)杠示意圖。
[0017]圖3是本發(fā)明方法采用干法制備的集裝箱示意圖。
[0018]圖4是本發(fā)明方法采用干法制備的薄壁齒輪示意圖。
[0019]圖5是本發(fā)明方法米用干法制備的電機(jī)后蓋不意圖。
[0020]圖6是本發(fā)明方法采用濕法制備前縱梁內(nèi)板的示意圖。
[0021]圖7是本發(fā)明方法采用濕法制備的卡車發(fā)動機(jī)蓋示意圖。
[0022]圖8是本發(fā)明方法米用濕法制備的尚鐵車門不意圖。
[0023]圖9是本發(fā)明方法采用濕法制備的化工物流管道殼體示意圖。
[0024]圖10是本發(fā)明方法采用濕法制備的減速器蓋示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0025]實(shí)施例1
某車型前縱樑內(nèi)板干法制作:其工藝如圖1所示，采用拉伸強(qiáng)度2.4GPa的維綸纖維原料，按無紡布生產(chǎn)流程完成開松、梳理、鋪網(wǎng)和針刺工序后，制成厚度為8?12mm的未噴膠的無紡布胚料，采用干法，將無紡布胚料裁剪成合適尺寸的布料置入模具的模腔內(nèi)，先將布料壓緊，再對模腔抽真空，然后注入抗拉強(qiáng)度為60MPa熱固性酚醛樹脂，加熱溫度為80-120度，保溫時(shí)間為1-1.5小時(shí)，定型成工件。產(chǎn)品具有較好剛性和抗拉強(qiáng)度，同時(shí)，材料各向趨于同性，能夠承受較高的沖擊和剪切力。
[0026]實(shí)施例2
某汽車保險(xiǎn)杠干法制作:采用拉伸強(qiáng)度大于SOOMPa錦綸，按無紡布生產(chǎn)流程完成開松、梳理、鋪網(wǎng)和針刺工序后，制成厚度為15?20mm的未噴膠的無紡布胚料，采用干法，將無紡布胚料裁剪成合適尺寸的布料置入模具的模腔內(nèi)，先將布料壓緊，再對模腔抽真空，然后注入熱固性酚醛樹脂，將模具加熱至60-80度，保溫40-60分鐘，待樹脂徹底固化定型后，獲得工件，如圖2所示。材料各向趨于同性。
[0027]實(shí)施例3
集裝箱干法制作:采用拉伸強(qiáng)度大于3.5GPa的蘋果纖維，按無紡布生產(chǎn)流程完成開松、梳理、鋪網(wǎng)工序后，對無紡布進(jìn)行針刺，制成厚度為15?20mm的未噴膠的無紡布胚料，采用干法，將無紡布胚料裁剪成合適尺寸的布料置入模具的模腔內(nèi)，再對模腔抽真空，然后注入熱固性酚醛樹脂，將模具加熱