一种连续纤维增强复合材料、工字梁型材、格栅及光伏组件边框制造技术

本发明专利技术提供一种连续纤维增强复合材料、工字梁型材、格栅及光伏组件边框，所述复合材料包括基体材料和增强材料，基体材料包括无机凝胶材料、有机聚合物材料或金属材料，增强材料包含有连续的单向纤维材料；复合材料具有不均匀的单向纤维含量分布，其在承受弯曲载荷时受压的部分的单向纤维含量大于受拉的部分的单向纤维含量。所述工字梁型材具有上翼板、下翼板和腹板，上翼板和下翼板通过腹板连接，型材具有工字型截面；上翼板中的单向纤维体积含量大于腹板中的单向纤维体积含量。所述格栅由多个工字梁、凸销和凹销相互扣接制成，所述工字梁采用前述的连续纤维增强复合材料制备而成。所述光伏组件边框采用前述的连续纤维增强复合材料制备而成。

A continuous fiber reinforced composite material, I-beam profile, grid and photovoltaic module frame

【技术实现步骤摘要】
一种连续纤维增强复合材料、工字梁型材、格栅及光伏组件边框
本专利技术涉及复合材料及其制备工艺
，具体涉及一种连续纤维增强复合材料、工字梁型材、格栅及光伏组件边框。
技术介绍
复合材料是两种及以上的材料混合形成的具有明显分相特征的材料，其形态和性能不同于其中任何一种单独的材料，其主要组分为基体材料和增强材料，其中纤维是最常用的增强材料。通常复合材料指的是处于成型后的最终形态的材料，而基体材料与增强材料混合后处于最终成型前的形态的材料被称为复合材料前体。拉挤成型工艺是将浸透过液态基体材料的连续纤维纱及织物等，在牵引力的作用下，通过具有等截面型腔的模具固化或者定型，连续不断地生产出长度不限的复合材料。目前复合材料拉挤模具一般长度在600毫米到1000毫米之间，其中900～1000毫米长的拉挤模具被广泛使用。已有的复合材料拉挤成型工艺中，树脂连续注射法浸渍纤维是一种有效的方法，它将树脂按照实际需求量连续不断地注入专门设计的注胶盒的型腔中，使通过所述注胶盒型腔的纤维迅速被浸透后进入连接在注胶盒后段的模具型腔中固化或者定型，在不少设计中，注胶盒被设计成模具入口的一部分发挥着同样的功能。现有的树脂连续注射法中注胶口开在注胶盒的型腔中间，在采用的基体树脂粘度很大或者含有填料比较多的时候，尤其是在使用纤维毡或者织物的时候，树脂难以浸透纤维，或者填料难以渗透入纤维，造成复合材料性能瑕疵，存在改进之处。复合材料耐火格栅的关键承力部件是玻璃纤维增强酚醛树脂工字梁，采用玻璃纤维直接纱和玻璃纤维毡和酚醛树脂用拉挤工艺制造，由于酚醛树脂的脆性很大，所以力学强度偏低，同时，现有工艺通常采用通体一致的纤维含量，其纤维的体积含量为40～70％。这种复合材料工字梁在承受弯曲载荷时，上翼板会很快被压断，无法充分发挥复合材料应有的性能，存在很大的改进空间。同时，玻璃纤维增强酚醛树脂工字梁的制造过程中，需要采用玻璃纤维连续毡或者缝编毡，如果酚醛树脂中加入填料较多，则很难完全浸透纤维，这样就使对酚醛树脂改性受到很多限制。建筑一体化光伏构件通常采用铝合金制作边框和支架，在使用中需要接地来防止雷击和漏电，同时还很难满足建筑防火要求，而普通的复合材料边框和支架虽然绝缘，但是防火等级达不到建筑防火要求，基于酚醛树脂的复合材料是理想的选择，可是传统的酚醛复合材料强度低，韧性差，达不到要求。总之，现有的连续纤维增强复合材料和它的生产方式存在诸多需要改进之处。只有解决了这些技术难题，才能使这种材料满足诸如格栅和光伏组件边框等等应用的要求。专利技术专利内容为解决上述问题，本专利技术提供一种连续纤维增强复合材料，通过对受力类型和受力大小不同的区域填充不同含量的单向纤维，有效提升了复合材料在使用中的综合性能。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：一种连续纤维增强复合材料，其包括基体材料和增强材料，所述基体材料包括无机胶凝材料、有机聚合物材料或金属材料，所述增强材料包含有连续的单向纤维材料；所述复合材料具有不均匀的单向纤维含量分布，其在承受弯曲载荷时受压的部分的单向纤维含量大于受拉的部分的单向纤维含量。其技术效果为：增加了受压部分的单向纤维含量，提高了这部分的强度和模量，同时降低了受拉部分的单向纤维含量，降低了这部分的强度和模量，这样就使复合材料整体在受弯曲载荷的工况下各个部分的应变与该部分的许用应变相适应，避免许用应变小的受压部分过早地破坏，于是，在整体上保持了单向纤维含量不增加的情况下，既提高了整体复合材料的抗弯强度，又避免纤维含量太高导致的脆性。进一步，作为一个优化的案例，所述复合材料在承受弯曲载荷时受压部分的单向纤维体积含量为40—65％；受拉部分的单向纤维体积含量为20—60％。进一步，所述复合材料的单向纤维体积含量随着该部分复合材料的中心轴与整体复合材料弯曲方向的中性轴的距离减小而逐步减少。进一步，所述增强材料包括束状的单向纤维、纤维毡、纤维轴向布中的一种或多种。一种制造连续纤维增强复合材料的基体材料，所述基体材料包括酚醛树脂，用于配制所述酚醛树脂的固化前体组合物的原料中的组分包含：酚醛树脂100重量份；间苯二酚3～10重量份；PVB(聚乙烯醇缩丁醛)粉末0.1～10重量份。进一步，所述PVB(聚乙烯醇缩丁醛)粉末细度大于20目。进一步，配制所述酚醛树脂的固化前体组合物的原料中还含有以下一种或多种组分：内脱模剂1～5重量份；UV稳定剂0.1～1重量份；偶联剂0.1～1重量份；氢氧化铝5～50重量份；填料5～50重量份；晶须2～20重量份；乌洛托品2～10重量份；分子筛活化粉1～10重量份；硅酸钠或偏硅酸钠1～15重量份；磷酸二氢铝2～15重量份；硼酸锌5～15重量份；红磷2～15重量份；氯化钙2～20重量份；硫酸镁2～20重量份；氧化镁2～20重量份；热塑性树脂粉末0.5～10份；所述固化前体组合物的粘度为500～4000mPa.s。优选地，所述热塑性树脂粉末包括聚酰胺、聚乙烯醇中的一种或多种；进一步，对纤维进行浸润时，将所述酚醛树脂的固化前体组合物的温度控制在35℃～90℃之间。其技术效果为：加入了PVB(聚乙烯醇缩丁醛)粉末而取代传统的办法即加入PVB(聚乙烯醇缩丁醛)的酒精溶液，这样避免引入大量的酒精而导致在固化过程中因为酒精挥发导致在复合材料中形成大量孔隙而降低强度，同时，由于PVB(聚乙烯醇缩丁醛)粉末以微溶的微细固体状存在与酚醛树脂中，也不至于导致树脂粘度大到无法浸透纤维，同时，高分子量的PVB(聚乙烯醇缩丁醛)与酚醛树脂一起固化，大大增强了复合材料的韧性，同时，将所述酚醛树脂的固化前体组合物的温度控制在35℃～90℃之间，降低了其粘度，可以保证其对纤维的良好浸润质量。本专利技术还提供一种复合材料工字梁型材，所述工字梁型材采用前述的复合材料制备而成。进一步，所述工字梁型材具有上翼板、下翼板和腹板，上翼板和下翼板通过腹板连接，型材具有工字型截面；上翼板中的单向纤维体积含量大于腹板中的单向纤维体积含量。进一步，所述工字梁型材整体的纤维体积含量为40％～65％，所述上翼板的单向纤维体积含量为40％～70％，所述腹板的单向纤维体积含量为20％～60％，其中，腹板受压段的单向纤维体积含量为15％～60％，受拉段的单向纤维体积含量为5％～55％。进一步，所述上翼板的单向纤维体积含量大于所述下翼板的单向纤维体积含量。进一步，所述上翼板的单向纤维体积含量为40～70％，所述下翼板的单向纤维体积含量为35～65％。其技术效果为：在承受弯曲载荷的工况下避免了上翼板和受压腹板提前被压坏而导致工字梁提前失效。本专利技术进一步提供一种复合材料栅格，所述格栅由多个工字梁、凸销和凹销相互扣接制成，所述工字梁型材采用前述的复合材料工字梁型材制备而成。进一步，所述工字梁型材的腹板上设有穿透其厚度的通孔，凸销上设有用于与工字梁型材扣接的横向槽口，横向槽口的结构与工字梁型材上的通孔内端面本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种连续纤维增强复合材料，其特征在于，所述复合材料包括基体材料和增强材料，所述基体材料包括无机胶凝材料、有机聚合物材料或金属材料，所述增强材料包含有连续的单向纤维材料；所述复合材料具有不均匀的单向纤维含量分布，其在承受弯曲载荷时受压的部分的单向纤维含量大于受拉的部分的单向纤维含量。/n

【技术特征摘要】
1.一种连续纤维增强复合材料，其特征在于，所述复合材料包括基体材料和增强材料，所述基体材料包括无机胶凝材料、有机聚合物材料或金属材料，所述增强材料包含有连续的单向纤维材料；所述复合材料具有不均匀的单向纤维含量分布，其在承受弯曲载荷时受压的部分的单向纤维含量大于受拉的部分的单向纤维含量。


2.根据权利要求1所述的一种连续纤维增强复合材料，其特征在于，所述复合材料在承受弯曲载荷时受压部分的单向纤维体积含量为40—65％；受拉部分的单向纤维体积含量为20—60％。


3.根据权利要求1所述的一种连续纤维增强复合材料，其特征在于，所述复合材料的单向纤维体积含量随着该部分复合材料的中心轴与整体复合材料弯曲方向的中性轴的距离减小而逐步减少。


4.根据权利要求1所述的一种连续纤维增强复合材料，其特征在于，所述增强材料包括束状的单向纤维、纤维毡、纤维轴向布中的一种或多种。


5.一种用于制造连续纤维增强复合材料的基体材料，其特征在于，所述基体材料包括酚醛树脂，并且配制所述酚醛树脂的固化前体组合物的原料包含以下组分：
酚醛树脂100重量份；
间苯二酚3～10重量份；
PVB(聚乙烯醇缩丁醛)粉末0.1～10重量份。


6.根据权利要求5所述的一种用于制造连续纤维增强复合材料的基体材料，其特征在于，所述PVB(聚乙烯醇缩丁醛)粉末的细度大于20目。


7.根据权利要求6所述的一种用于制造连续纤维增强复合材料的基体材料，其特征在于，配制所述酚醛树脂的固化前体组合物的原料中还含有以下一种或多种组分：
内脱模剂1～5重量份；
UV稳定剂0.1～1重量份；
偶联剂0.1～1重量份；
氢氧化铝5～50重量份；
填料5～50重量份；
晶须2～20重量份；
乌洛托品2～10重量份；
分子筛活化粉1～10重量份；
硅酸钠或偏硅酸钠1～15重量份；
磷酸二氢铝2～15重量份；
硼酸锌5～15重量份；
红磷2～15重量份；
氯化钙2～20重量份；
硫酸镁2～20重量份；
氧化镁2～20重量份；
热塑性树脂粉末0.5～10重量份；
所述热塑性树脂粉末包括聚酰胺、聚乙烯醇中的一种或多种；
所述固化前体组合物的粘度为500～4000mPa....

【专利技术属性】
技术研发人员：陈湛，朱旭华，许嘉浚，
申请(专利权)人：湖州守真新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33