一种热固性聚合物纤维复合材料制件的成型方法技术

本发明专利技术涉及热固性聚合物纤维复合材料制件的成型方法，包括制造金属模具和橡胶软模，在橡胶软模正面粘结上多个挂钩，在金属阴模四周设置可自动升降的支架，支架上设置多个横梁，横梁上固定绳子用于连接橡胶软模上的挂钩，将多片织物按不同方向铺设好，整体移入于阴模中，然后将橡胶软模覆盖于上面，将其四周翻边紧密固定于阴模四周平面上，快速注入聚合物料并压实，使物料完全浸润纤维织物，加热引发聚合物料反应直至完全固化，取出制件。本发明专利技术保证了可聚合物料快速注入、料液分布均匀与良好浸润，并能直接观察到物料的流动状态，有效地防止气泡或干斑等缺陷的发生，该方法不需庞大的合模装置，降低了投资与生产成本，效率高，耗能低。

【技术实现步骤摘要】
一种热固性聚合物纤维复合材料制件的成型方法
本专利技术属于树脂基纤维增强复合材料成型
，具体涉及一种热固性聚合物纤维复合材料制件的成型方法，适用于大曲面或大尺寸异型横截面壳体类构件的成型。
技术介绍
近年来，热固性聚合物及其纤维增强复合材料(FRPC)应用广泛，从飞机、高铁到汽车、游艇，从环保化工、体育运动器材到自行车、钓鱼竿等，这些高强度、轻质、耐热耐腐蚀的高性能材料都发挥着重要的作用。复合材料制成的构件重量轻、强度高、刚性大，对减轻重量，降低噪声、振动，提高安全性、舒适性，减少维修等均有重要作用，已成为交通运输工具的理想结构件。目前，常见的热固性复合材料的树脂一般为不饱和树脂类、环氧树脂类、聚氨酯类，最近新出现了聚双环戊二烯热固性树脂。其纤维增强复合材料的常见成型方法主要有手糊成型、片状模塑成型(SMC)、树脂传递成型(RTM)和反应注射成型(RIM)。手糊成型不仅生产效率低、产品质量难以控制，而且生产过程存在大量三废排放；SMC成型工艺属于闭模生产，有利于环保，但通常需要较大的成型压力，导致模具及设备投资高；RTM工艺也属于闭模生产，但模具成本低，适于中小批量、多品种、小尺寸制件的生产方式，产品质量高，被认为是未来主要的复合材料生产方法之一。但是，对于大尺寸的制件，由于RTM成型的树脂流动性能限制，即使设计复杂的树脂注射系统，仍很难避免形成气泡、干斑等缺陷。对于环氧树脂复合材的制造则要求在高压固化炉中高温(约180℃)固化数个小时或者更久，耗时耗能，而且随着构件尺寸的增加，需要的硬件投入也会相应增加。RIM工艺适应于聚氨酯体系和聚双环戊二烯体系，效率高，排放低，但不能实现连续纤维复合。由于双环戊二烯聚合体系粘度低、反应快，适合制造大型、薄壁、结构复杂的大型制件。然而，采用聚双环戊二烯材料及其反应注射成型工艺制备大型连续纤维增强构件有较大的困难。原因如下：1、普通的聚双环戊二烯组合料反应快，与纤维的浸润时间很短，因而界面结合不良；2、大尺寸构件的反应注射成型模具一般是立式的，在其中铺设纤维织物难以固定，而且在注料时高压料液会冲散纤维层；3、常压下纤维吸附的气体难以被快速流动的料液排出，会造成气泡、干斑等缺陷。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种热固性聚合物纤维复合材料制件的成型方法，以克服现有反应注射成型方法不适用于大尺寸、高性能、带有曲面的热固性聚合物连续纤维增强复合材料，制件的生产易出现纤维浸润不好、界面粘结性差、气泡与干斑的缺点。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：一种热固性聚合物纤维复合材料制件的成型方法，包括以下步骤：A、根据制件结构要求制造一套用于加工橡胶软模的金属模具；B、选用耐热高强度橡胶生料片材放入金属模具中，模具四周将橡胶片材翻边，在热与压力下进行硫化，制造出设有多个注料口的橡胶软模；C、在橡胶软模正面粘结多个挂钩，在金属阴模四周设置可自动升降的支架，支架上设置多个横梁，横梁上固定绳子用于连接橡胶软模上的挂钩；D、先将纤维织物剪裁成所需尺寸，再将多片织物按不同方向铺设好，整体移入于金属阴模中，然后将橡胶软模覆盖于上面，将其四周翻边紧密固定于金属阴模四周平面上；E、快速注入聚合物料并压实；F、在压紧状态下，聚合物料对纤维浸润时间在20-60分钟使物料完全浸润纤维织物，加热引发聚合物料反应直至完全固化；G、通过气泵在鼓气口压入空气，使橡胶软模与制件分离，并用支架将橡胶软模拉起，取出制件。进一步地，步骤A，所述金属模具采用普通碳钢制造，其内表面表面光洁度为10以上，模具内部设置温度可控的换热装置，模具翻边宽度在2mm以上，并设置多个压紧螺孔、注料口和抽气口。进一步地，步骤B，所述硫化温度为150-180℃，硫化时间为10-30min。进一步地，步骤B，所述橡胶软模为透明状，其上设有多个与所述注料口连通的多个聚合物料流道及抽气口，所述多个物料流道分布在橡胶软模的四周，其流道形成为管状或面状。进一步地，步骤D，所述纤维织物是由连续纤维进行铺层而得，所述连续纤维包括碳纤维、玻璃纤维、超高分子量聚乙烯纤维、芳纶纤维、玄武岩纤维、植物纤维中的至少一种混编织物，所述纤维织物包括单轴向布、多轴向布、编织布和针织布中的至少一种。进一步地，步骤E，所述聚合物料是双组份催化剂体系双环戊二烯A、B组合料、单组份催化体系双环戊二烯聚合料、聚氨酯A、B组合料或环氧树脂预聚体。进一步地，步骤E，注料过程中，根据制品形状选择抽气口，并将其他口关闭，利用自动升降支架将橡胶软模拉起，根据构件大小与形状选择注料口的位置以及开启时间，启动真空泵，通过透明的橡胶软模观察物料的流动方向与分布，及时调整注料口的流量。更进一步地，步骤E，压实过程具体为：当达到所需的物料量后停止注料，降下支架，加大真空度，橡胶软模在大气压的作用下与下模具中纤维织物紧密接触达到压紧状态，使多余的物料排出模具。进一步地，步骤F，所述固化成型的温度为25-120℃。进一步地，步骤G，所述分离状态是橡胶软模与纤维织物的垂直距离为0.5-2mm。与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：本专利技术成型方法，同一套装置可适应不同的聚合物料，从而可制造出由不同聚合物/纤维复合材料制造的制件；成型方法采用透明的硅橡胶软模、多个注料口和两步连续RTM成型过程，保证了可聚合物料快速注入、料液分布均匀与良好浸润，并能直接观察到物料的流动状态，有效地防止气泡或干斑等缺陷的发生；该方法不需庞大的合模装置，降低了投资与生产成本，效率高，耗能低。附图说明图1为金属阴模的结构示意图；图2为橡胶软模的结构示意图；图3为制件的结构示意图；图4为模具的结构示意图。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术作进一步说明：实施例1本专利技术成型模具由软质橡胶上模和金属下模(金属阴模)构成。A、先采用普通碳钢制造一套用于橡胶软模制造的模具，其内表面表面光洁度应达到10以上，模具上下模内部设置换热装置，且温度可控，下模上开有加热介质通道，模具翻边宽度在2mm以上，并设置若干个压紧螺孔、注料口和抽气口；沿下模翻边平面周围距离内沿约1cm处设置宽约1cm的溢流槽，所述压紧螺孔设置在溢流槽外，与压条配合用于密封橡胶软模。B、选择厚度为10-20mm的耐热高强度橡胶生料片材，裁剪合适大小的放置于上述的金属模具中，合模，在模具四周将橡胶片材翻边，施加一定的压力，最后加热进行硫化，温度控制在150-180℃，硫化时间在10-30min，开模即为橡胶软质模具；所述橡胶软模为透明状，设有多个注料口和与所述注料口连通的多个聚合物料流道及抽气口，所述多个物料流道分布在橡胶软模四周，其流道形成为管状或面状。所述橡胶软模采用丁腈橡胶，或氟橡胶，或氟硅橡胶，或腈硅橡胶。C、在橡胶软模正面粘结上多个挂钩，可使金属下模与橡胶软模形成分离状态和贴紧状态，使本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种热固性聚合物纤维复合材料制件的成型方法，其特征在于，包括以下步骤：/nA、根据制件结构要求制造一套用于加工橡胶软模的金属模具；/nB、选用耐热高强度橡胶生料片材放入金属模具中，模具四周将橡胶片材翻边，在热与压力下进行硫化，制造出设有多个注料口的橡胶软模；/nC、在橡胶软模正面粘结多个挂钩，在金属阴模四周设置可自动升降的支架，支架上设置多个横梁，横梁上固定绳子用于连接橡胶软模上的挂钩；/nD、先将纤维织物剪裁成所需尺寸，再将多片织物按不同方向铺设好，整体移入于金属阴模中，然后将橡胶软模覆盖于上面，将其四周翻边紧密固定于金属阴模四周平面上；/nE、快速注入聚合物料并压实；/nF、在压紧状态下，聚合物料对纤维浸润时间在20-60分钟使物料完全浸润纤维织物，加热引发聚合物料反应直至完全固化；/nG、通过气泵在鼓气口压入空气，使橡胶软模与制件分离，并用支架将橡胶软模拉起，取出制件。/n

【技术特征摘要】
1.一种热固性聚合物纤维复合材料制件的成型方法，其特征在于，包括以下步骤：
A、根据制件结构要求制造一套用于加工橡胶软模的金属模具；
B、选用耐热高强度橡胶生料片材放入金属模具中，模具四周将橡胶片材翻边，在热与压力下进行硫化，制造出设有多个注料口的橡胶软模；
C、在橡胶软模正面粘结多个挂钩，在金属阴模四周设置可自动升降的支架，支架上设置多个横梁，横梁上固定绳子用于连接橡胶软模上的挂钩；
D、先将纤维织物剪裁成所需尺寸，再将多片织物按不同方向铺设好，整体移入于金属阴模中，然后将橡胶软模覆盖于上面，将其四周翻边紧密固定于金属阴模四周平面上；
E、快速注入聚合物料并压实；
F、在压紧状态下，聚合物料对纤维浸润时间在20-60分钟使物料完全浸润纤维织物，加热引发聚合物料反应直至完全固化；
G、通过气泵在鼓气口压入空气，使橡胶软模与制件分离，并用支架将橡胶软模拉起，取出制件。


2.根据权利要求1所述的一种热固性聚合物纤维复合材料制件的成型方法，其特征在于：步骤A，所述金属模具采用普通碳钢制造，其内表面表面光洁度为10以上，模具内部设置温度可控的换热装置，模具翻边宽度在2mm以上，并设置多个压紧螺孔、注料口和抽气口。


3.根据权利要求1所述的一种热固性聚合物纤维复合材料制件的成型方法，其特征在于：步骤B，所述硫化温度为150-180℃，硫化时间为10-30min。


4.根据权利要求1所述的一种热固性聚合物纤维复合材料制件的成型方法，其特征在于步骤B，所述橡胶软模为透明状，其上设有多个与所述注料口连通的多个聚合物料流道及抽气口，所述多个物料流道分布在橡胶软模的四周...

【专利技术属性】
技术研发人员：白大成，胡新举，潘东野，姚汉伟，杨超，
申请(专利权)人：长春三友智造科技发展有限公司，
类型：发明
国别省市：吉林;22