一种螺旋型复合材料增韧细棒的成型方法技术

本发明专利技术关于一种螺旋型复合材料增韧细棒的成型方法，涉及复合材料的改性及层间增韧技术。该成型方法包括以下步骤：首先，将含有相同捻向的纤维束分别浸润树脂；其次，分别穿过各自独立的成型模具，成型模具具有圆形截面通孔型腔，孔径大小设计为纤维束在型腔内的体积含量为25％～70％；第三，对穿过模具的所有纤维束进行螺旋加捻，实现合股，其中，捻向与单股纤维束的方向相反；第四，将加捻完成的螺旋状合股纤维束加热固化；最后，得到螺旋型复合材料增韧细棒。该成型方法使细棒表面产生螺旋型沟槽，其与被增韧的层合板之间能够起到嵌合的作用，从而大大提高制品的层间增韧效果。

A Forming Method of Spiral Composite Material Toughened Fine Rod

The invention relates to a forming method of spiral Composite Toughening fine rods, which relates to the modification of composite materials and the interlaminar toughening technology. The forming method includes the following steps: firstly, the fibre bundles with the same twist direction are soaked with resin separately; secondly, through their respective independent forming moulds, the forming moulds have circular cross-section through-hole cavity, and the size of the hole is designed as the volume content of the fibre bundles in the cavity is 25%-70%. Thirdly, all fibre bundles passing through the moulds are spirally twisted to achieve stranding. Among them, the twist direction is opposite to the direction of single strand fiber bundle; fourth, the twisted spiral composite fiber bundle is cured by heating; finally, the spiral Composite Toughening rod is obtained. The forming method produces spiral grooves on the surface of fine rods, which can play a chimeric role between the spiral grooves and the toughened laminates, thus greatly improving the interlaminar toughening effect of the products.

【技术实现步骤摘要】
一种螺旋型复合材料增韧细棒的成型方法
本专利技术涉及复合材料的改性及层间增韧技术，具体为一种螺旋型复合材料增韧细棒的成型方法，该方法主要用于提高复合材料增韧细棒与层合板之间的界面性能，从而提高层合复合材料的层间韧性。
技术介绍
传统二维层合复合材料具有很好的面内机械性能，但其各层之间没有纤维增强，只是靠基体树脂起着粘结和传递载荷的作用，因此垂直于铺层方向以及铺层之间的性能相对较弱。当受到外部载荷作用时，该层合复合材料往往首先产生层间破坏，同时复合材料层间强度较低也导致了复合材料的抗损伤性能较差。为了改善层合复合材料的这些缺点，出现了很多提高复合材料层间韧性的技术。细棒增韧技术是在预浸料的厚度方向嵌入固化好的复合材料细棒，为被增韧材料提供厚度方向的侨联力。这种方法由于成本较低，对材料的面内性能影响较小，增韧效果明显，受到学术界和工业界的广泛关注。增韧细棒与层合板之间载荷的传递是通过界面来实现。而科研用及工业用增韧细棒均为表面较光滑的圆柱形结构，若对细棒表面或对细棒形态进行改性来提高细棒与层合板之间的界面性能，则可以进一步提高细棒对层合板的增韧效果。复合材料表面改性技术有很多，包括物理粗糙改性、化学刻蚀、涂层等。然而，复合材料增韧细棒的截面直径一般在1mm以下，对于这种细度的复合材料制品，传统的物理粗糙改性容易对材料造成损伤，工程实现上存在难度。由于增韧细棒的树脂通常为环氧树脂或双马来酞亚胺树脂，这两种树脂固化后具有优良的耐腐蚀性，若采用化学刻蚀的方法，效果并不明显。另外，对细棒进行表面涂层，增韧效果也并不显著。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术目的在于提供一种螺旋型复合材料增韧细棒的成型方法，该方法改变了传统细棒的截面形态，使复合材料增韧细棒具有螺旋结构，在使用该细棒进行制品的层间增韧时，螺旋结构将产生嵌合作用，能够极大的提高细棒与层合板之间的界面性能，及制品的层间增韧。而且该方法只是在增韧细棒生产过程中添加一个加捻步骤，对细棒的生产效率几乎没有任何影响，且不存在任何后续的独立步骤，效率高、成本低。为达到上述目的，本专利技术揭示一种螺旋型复合材料增韧细棒的成型方法：首先，将含有相同捻向的2～4股含捻纤维束(捻度在0.5～8捻/cm之间)分别浸润树脂；其次，分别穿过各自独立的成型模具，成型模具具有圆形截面通孔型腔，孔径大小设计为纤维束在型腔内的体积含量为25％～70％；第三，对穿过模具的所有纤维束进行螺旋加捻，实现合股，其中，捻向与单股纤维束的方向相反，捻度在0.2～5捻/cm之间；第四，将加捻完成的螺旋状合股纤维束通过高温环境，使浸润的树脂固化；最后，得到螺旋型复合材料增韧细棒。在该成型方法中，所述的纤维可以是碳纤维，玻璃纤维，芳纶纤维，玄武岩纤维等高性能纤维。在该成型方法中，所述的树脂可以是环氧树脂、酚醛树脂、不饱和聚酯、乙烯基酯、双马来酰亚胺(BMI)、聚酰亚胺树脂等热固性树脂。该成型方法中，最终得到的螺旋型增韧细棒的捻向与单股含捻纤维束的捻向相反。这是因为，具有相同捻向的各单股纤维束聚拢在一起后，内应力的作用会自然抱合，形成具有相反捻向的合股纤维束。在细棒成型过程中，各单股纤维束聚拢合捻后能自然保持螺旋型合股状态。与现有技术相比，本技术具有如下的优点：首先，本方法生产的螺旋型复合材料增韧细棒表面将产生螺旋型沟槽，其与层合板之间能够起到嵌合的作用，从而提高制品的层间增韧效果。其次，本方法是在生产复合材料增韧细棒的过程种实现的，只需添加一个加捻的步骤，易实现自动化、成本低、效率高。附图说明图1是本专利技术实施例中螺旋型复合材料增韧细棒成型方法流程示意图；图2是本专利技术实施例中单束纤维的小孔成型模具结构示意图。具体实施方式下面结合附图详细说明本专利技术的实施案例，利用实施例进一步详述本专利技术，以使本专利技术的优势更易于被本领域技术人员理解，但并不用于限制本专利技术的保护范围。实施例：一种具有“Z”捻的螺旋型复合材料增韧细棒的成型方法，本实施例中细棒原材料采用碳纤维和环氧树脂，碳纤维为三股T3001K具有“S”捻的纤维束101，捻度为2.5捻/cm，结合图1介绍具体成型步骤如下：首先，将三筒1K加捻的碳纤维束101、三个树脂浸润槽102以及三个小孔成型模具103固定在旋转平台104上；其次，三筒碳纤维束101分别通过各自的树脂槽102浸润树脂；第三，浸润树脂的3股纤维束分别穿过各自的小孔成型模具103进行预成型，小孔成型模具103具有等截面通孔型腔113，如图2所示，其中，等截面通孔型腔113的直径为0.3mm(1K纤维束在型腔内设计的体积含量为54％)；第四，将三股预成型的“S”捻纤维束汇集在一起，穿过固定不动的集束孔105，同时顺时针旋转平台104，旋转速度为80转/分钟，从而三股纤维束汇集后自然抱合，便得到“Z”捻合股纤维束；第五，合股纤维束经过加热管道106进行固化；第六，牵引装置107以0.5m/s的速度牵引螺旋细棒，从而得到捻度为1.6捻/cm的螺旋细棒；最后，卷绕装置108将螺旋型细棒卷绕在筒子上以便贮存和运输。最后需要说明的是，以上实施例仅用以说明本专利技术的技术方案而非对权利要求保护范围的限制。尽管参照实施例对本专利技术进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本专利技术技术方案进行的非本质修改或者等同替换，并不能脱离本专利技术技术方案的实质，且均应在本专利技术权利要求的保护范围之内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种螺旋型复合材料增韧细棒的成型方法，该成型方法包括以下步骤：首先，将含有相同捻向的2～4股含捻纤维束(捻度在0.5～8捻/cm之间)分别浸润树脂；其次，各纤维束分别穿过各自独立的成型模具，成型模具具有圆形截面通孔型腔，通孔孔径大小设计为纤维束在型腔内的体积含量为25％～70％；第三，对穿过模具的所有纤维束进行螺旋加捻，实现合股，其中，捻向与单股纤维束的方向相反，捻度在0.2～5捻/cm之间；第四，将加捻完成的螺旋状合股纤维束通过高温环境，使浸润的树脂固化；最后，得到螺旋型复合材料增韧细棒。

【技术特征摘要】
1.一种螺旋型复合材料增韧细棒的成型方法，该成型方法包括以下步骤：首先，将含有相同捻向的2～4股含捻纤维束(捻度在0.5～8捻/cm之间)分别浸润树脂；其次，各纤维束分别穿过各自独立的成型模具，成型模具具有圆形截面通孔型腔，通孔孔径大小设计为纤维束在...

【专利技术属性】
技术研发人员：王晓旭，王怡扬，
申请(专利权)人：天津工业大学，
类型：发明
国别省市：天津,12