一种短纤维定向增强树脂基复合材料的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种短纤维定向增强树脂基复合材料的制备方法，首先对短纤维预定向，在平面内按一定角度将短纤维铺层，实现定向有序结构，再通过铺层设计发挥复合材料中短纤维的定向增强作用。本发明专利技术提供了一种创新的短纤维定向增强树脂基复合材料的制备方法，利用短纤维的定向排布增强复合材料的性能，制备过程简单，通过铺层设计，每层中短纤维的排布方向均可调节，实现短纤维的定向结构分布和多层层叠，简化了短纤维定向增强的工艺方法，获得的复合材料性能优良。复合材料性能优良。复合材料性能优良。

【技术实现步骤摘要】
一种短纤维定向增强树脂基复合材料的制备方法


[0001]本专利技术涉及复合材料
，具体涉及一种短纤维定向增强树脂基复合材料的制备方法。
技术背景
[0002]短纤维增强树脂基复合材料是一种新型复合材料，因其具有减重、高性能、高效率和易加工的优点，引起了学术界和工业界的广泛关注。
[0003]短纤维增强树脂基复合材料与连续纤维增强复合材料相比，具有纤维不连续的特点。纤维增强树脂基复合材料在纤维方向上表现出更高的强度和模量，但是在纤维垂直方向上表现出明显较弱的特性，因此，短纤维的取向影响短纤维的增强效率。
[0004]目前，短纤维增强树脂基复合材料的制备基本方法为注塑成型，即将短纤维和树脂等其他填充物等先混炼并制备成料粒，再通过注塑机在高压下进行注塑成型。然而，在注射成型过程中，在不同的时间和位置，熔体处于非常复杂的流动状态，纤维受到剪切、拉伸、冲击等作用，导致不同位置纤维取向不一致，并且无法控制纤维取向，这影响了复合材料的微观结构和其机械性能；此外，短纤维在二维和三维空间上的杂乱排布，导致纤维在特定方向的受力条件下，无法发挥最大的增强作用，降低了复合材料的性能。
[0005]综合上述情况可知，现有的短纤维增强树脂复合材料具有以下缺陷，具体的：
[0006]1.复合材料中短纤维只能单向增强或杂乱多向增强，不能按照性能需求对任意所需方向进行增强，不能根据性能要求对改变短纤维的取向角度，不能对复合材料的某一部分的短纤维进行独立定向，造成某些受力方向材料强度低；
[0007]2.传统的生产工艺中复合材料是一个整体，没有分层的概念，短纤维不能多取向层叠排列，无法根据性能要求使短纤维形成多取向层叠结构，短纤维之间有很强的相互作用，影响材料性能，无法发挥短纤维的最大增强效果。
[0008]3.制备工艺复杂，短纤维取向装置布置繁杂，生产效率低。

技术实现思路

[0009]本专利技术的目的是提供一种短纤维定向增强树脂基复合材料的制备方法，以解决上述现有技术存在的问题，利用短纤维的多取向排布，实现各受力方向的性能增强，通过铺层设计，每层中短纤维的取向均可调节，实现短纤维的定向结构分布和多层层叠。
[0010]本专利技术的技术方案是首先对短纤维预定向，按一定角度在平面内将短纤维铺层，实现定向有序结构，再通过调整铺层设计发挥复合材料中多层短纤维的协同增强作用。具体工艺过程包括三个步骤：
[0011]步骤1：材料准备
[0012]准确称量液态树脂、树脂稀释剂、短纤维，充分混合搅拌均匀，获得复合液，将复合液放入真空烘箱中除去气泡；再加入固化剂，缓慢搅拌均匀，获得短纤维混合液，所述短纤维混合液中固化剂的质量为液态树脂质量的60％
‑
80％，树脂稀释剂的质量为液态树脂质
量的10％
‑
30％，短纤维的质量为固化剂和液态树脂总质量的0.1％
‑
0.3％；
[0013]步骤2：短纤维预定向
[0014]将短纤维混合液导入挤出容器，所述挤出容器为无针长嘴注射器；挤出容器对短纤维混合液预定向，从挤出口处获得定向短纤维混合液；
[0015]步骤3：铺层设计
[0016]①
.在模具的平面内持挤出容器沿一定角度往复运动，混合液中的短纤维在平面内呈一定角度排布，获得一层定向短纤维铺层；
[0017]②
.在第一层的基础上重复上述
①
中的操作，直至目标厚度，实现短纤维的定向结构分布和多层层叠，在重复上述
①
中的操作过程时角度可以进行相应变化；；固化后获得铺层成型的短纤维定向增强树脂基复合材料。
[0018]进一步地，步骤1中根据目标力学性能要求，所述短纤维为玻璃纤维、玄武岩纤维、碳纤维、芳纶纤维、天然纤维中的一种或几种所组成的混合物；
[0019]所述液态树脂为热固性树脂；所述固化剂为聚酰胺、乙二胺、、二乙烯三胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺、间苯二甲胺中的一种或几种所组成的混合物；
[0020]所述短纤维的长度为2
‑
5mm；
[0021]所述树脂稀释剂为甲苯、无水乙醇、丙酮、苄基缩水甘油醚中的一种。
[0022]进一步地，步骤2中所述的无针长嘴注射器的嘴长为40
‑
200mm，挤出口内径为1.2
‑
3mm；。
[0023]进一步地，步骤3中所述的短纤维在平面内的排布角度为0
‑±
90。
[0024]本专利技术与目前已有的技术相比具有以下特点：
[0025]1)本专利技术可根据材料的性能需求调整短纤维的取向，利用挤出容器的压力使混合液中的短纤维预定向，挤出容器在平面内运动进行短纤维铺层，赋予短纤维特定的取向，实现短纤维的定向增强，有效提高复合材料的性能；
[0026]2)本专利技术可根据复合材料所需性能要求，针对目标特定受力部位调整短纤维的取向和结构分布，通过铺层设计调整每层短纤维取向角度，发挥多层不同取向短碳纤维的协同作用使短纤维在受力方向发挥最大的增强作用，提高短纤维利用率；
[0027]3)本专利技术具有制备工艺和装置简单，短纤维多取向可控，提高短纤维取向排布的可设计性，在短纤维增强树脂基复合材料领域具有广泛的推广应用价值。
附图说明
[0028]图1是实施例1中短纤维定向增强结构示意图；
[0029]图2是实施例2中短纤维定向增强结构示意图；
具体实施方式
[0030]实施例1：
[0031]一种短纤维定向增强树脂基复合材料的制备方法，包括有以下工艺步骤：
[0032]步骤1：材料准备
[0033]准确称量液态树脂、树脂稀释剂、短纤维，充分混合搅拌均匀，获得复合液，将复合液放入真空烘箱中除去气泡；再加入固化剂，缓慢搅拌均匀，获得短纤维混合液，所述短纤
维混合液中固化剂的质量为液态树脂质量的60％，树脂稀释剂的质量为液态树脂质量的15％，短纤维的质量为固化剂和液态树脂总质量的0.2％；
[0034]步骤2：短纤维预定向
[0035]将短纤维混合液导入挤出容器，所述挤出容器为无针长嘴注射器；挤出容器对短纤维混合液预定向，从挤出口处获得定向短纤维混合液；
[0036]步骤3：铺层设计
[0037]如图1所示，在模具的平面内持挤出容器沿0
°
方向往复运动，混合液中的短纤维在平面内呈竖直角度排布，获得一层定向短纤维铺层；在第一层的基础上在模具的平面内持挤出容器沿+30
°
方向往复运动，获得第二层；在模具的平面内持挤出容器沿
‑
30
°
方向往复运动，获得第三层；在模具的平面内持挤出容器沿0
°
方向往复运动，获得第四层；实现短纤维的定向结构分布和多层层叠；固化后获得铺层成型的短纤维定向增强树脂基复合材料。
[0038]步骤1中：根据目标力学性能本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种短纤维定向增强树脂基复合材料的制备方法，其特征在于，包括有以下工艺步骤：步骤1：材料准备准确称量液态树脂、树脂稀释剂、短纤维，充分混合搅拌均匀，获得复合液，将复合液放入真空烘箱中除去气泡；再加入固化剂，缓慢搅拌均匀，获得短纤维混合液，所述短纤维混合液中固化剂的质量为液态树脂质量的60％
‑
80％，树脂稀释剂的质量为液态树脂质量的10％
‑
30％，短纤维的质量为固化剂和液态树脂总质量的0.1％
‑
0.3％；步骤2：短纤维预定向将短纤维混合液导入挤出容器，所述挤出容器为无针长嘴注射器；挤出容器对短纤维混合液预定向，从挤出口处获得定向短纤维混合液；步骤3：铺层设计
①
.在模具的平面内持挤出容器沿一定角度往复运动，混合液中的短纤维在平面内呈一定角度排布，获得第一层定向短纤维铺层；
②
.在第一层的基础上重复上述
①
中的操作，直至达到目标厚度，实现短纤维的定向结构分布和多层层叠，在重复上述...

【专利技术属性】
技术研发人员：林兆华，林森，梁云虹，赵骞，刘畅，马愫倩，
申请(专利权)人：杭州尚杰装备科技有限公司，
类型：发明
国别省市：