一種連續纖維增強樹脂基復合材料加工方法與流程

本發明涉及高分子材料加工方法，尤其涉及一種連續纖維增強樹脂基復合材料加工方法。

背景技術：

連續纖維增強樹脂基復合材料具有高比強度、高比模量、耐腐蝕、吸能等特性，在汽車、軌道交通、航空航天等領域具有廣泛應用。

現有連續纖維增強樹脂基復合材料成形方法如熱壓罐、預浸料、rtm等，成形工序多、時間長、效率低，無法滿足日益增長的大批量制造與應用要求，且制造成本較高，限制了連續纖維增強樹脂基復合材料的應用范圍。

因此，一種加工工藝簡單且生產效率較高的連續纖維增強樹脂基復合材料加工方法是目前高分子材料加工領域所急需的。

技術實現要素：

本發明所要解決的技術問題是提供一種連續纖維增強樹脂基復合材料加工方法，解決現有技術中連續纖維增強樹脂基復合材料加工方法加工工藝復雜、加工效率低下的問題。

技術方案

一種連續纖維增強樹脂基復合材料加工方法，步驟包括：

(1)將兩種不同固化溫度的樹脂本體a1、樹脂本體a2及樹脂本體a1對應的固化劑a1、樹脂本體a2對應的固化劑a2均勻混合，得到梯度固化樹脂本體。

(2)將梯度固化樹脂本體升溫后噴淋至多種材質的纖維布上，然后將多種材質的纖維布疊放在一起，形成濕態纖維布。

(3)將濕態纖維布置于第一固化溫度下進行第一階段固化，促使樹脂本體a1在固化劑a1作用下發生固化，然后降低至室溫，得到第一固化纖維布。a2、a2在該第一固化溫度下仍為本體，并未發生固化，所以第一固化纖維布表現為處于液態與固態之間的半固態。

(4)將第一固化纖維布裁剪成特定形狀，然后將多層特定形狀的第一固化纖維布依次疊加，形成生產需要的三維立體形狀，然后加壓促使各層第一固化纖維布之間相互粘連，形成預聚體。

(5)將預聚體在加壓狀態下加熱至第二固化溫度，使a2、a2發生第二階段固化，得到固態的產品。

進一步，步驟(2)中所述梯度固化樹脂本體在噴淋時的粘度為10～100mpa.s，所述步驟(2)中濕態纖維布上梯度固化樹脂本體的粘度為2000～5000mpa.s；步驟(3)中第一固化纖維布上樹脂及樹脂本體的共同粘度為10000～30000mpa.s；所述步驟(4)中，預聚體上的樹脂及樹脂本體的共同粘度為2000～3000mpa.s。以上所述各步驟的粘度均通過改變溫度調節，不同種類樹脂或樹脂與本體混合物，其溫度、粘度的關系由樹脂材料本身形性質決定。

進一步，所述步驟(3)中濕態纖維布置于第一固化溫度下進行第一階段固化，是指將濕態纖維布置于熱壓輥中，使多層不同材質的纖維布及梯度固化樹脂本體在熱壓輥壓力的作用下貼合為一層，同時精確控制熱壓輥溫度，使濕態纖維布處于第一固化溫度下發生第一階段固化反應，形成第一固化纖維布。

進一步，所述步驟(5)與步驟(4)合并，在步驟(4)進行加壓成形的過程中進行升溫，促使a2、a2發生固化，得到固態的產品。

進一步，所述a1與a1質量之和為(a1+a1)；所述a2與a2質量之和為(a2+a2)，(a1+a1)與(a2+a2)質量之比為0.01～0.1：1，優選為0.03～0.06：1。

進一步，步驟(2)中所述的多種材質的纖維布優選自碳纖維、玻璃纖維、芳綸纖維、植物纖維的多軸向經編布或單方向編織布。

進一步，所述a1優選為雙酚a型環氧樹脂、甘油酯型環氧樹脂中的一種或多種，a1優選為二乙烯三胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺中的一種或多種；所述a2優選為雙酚a型環氧樹脂、甘油酯型環氧樹脂中的一種或多種，a2優選為孟烷二胺、異佛爾酮二胺、n-氨乙基哌嗪中的一種或多種。

進一步，所述a1與a1的質量比為1:0.05～0.43，a2與a2的質量比為1：0.05～0.43。

進一步，當a1為雙酚a型環氧樹脂、甘油酯型環氧樹脂中的一種或多種，a1為二乙烯三胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺中的一種或多種，a2為雙酚a型環氧樹脂、甘油酯型環氧樹脂中的一種或多種，a2為孟烷二胺、異佛爾酮二胺、n-氨乙基哌嗪中的一種或多種時，步驟(2)中所述梯度固化樹脂本體在噴淋時的粘度為10～100mpa.s時，材料所對應的溫度為20～25℃，優選為25℃；所述步驟(2)中濕態纖維布上梯度固化樹脂本體的粘度為2000～5000mpa.s時，材料所對應的溫度為35～65℃；步驟(3)中第一固化纖維布上樹脂及樹脂本體的共同粘度為10000～30000mpa.s時，材料所對應的溫度為20～25℃，優選為25℃；所述步驟(5)中，第二固化溫度為80～160℃，此溫度下第二固化反應時間為1～5min。

有益效果

本發明提供一種連續纖維增強樹脂基復合材料加工方法，該方法的步驟(2)中梯度固化樹脂本體在噴淋時的粘度為10～100mpa.s，較低的噴淋粘度有助于促進液態的梯度固化樹脂本體流動，提高梯度固化樹脂本體在纖維中的浸漬，使梯度固化樹脂本體與多種材質的纖維布混合更加均勻。該方法的步驟(2)中濕態纖維布上梯度固化樹脂本體的粘度為2000～5000mpa.s，便于濕態纖維布與加工裝置中的隔離膜分離，便于加工。步驟(3)中第一固化纖維布上樹脂及樹脂本體的共同粘度為10000～30000mpa.s，較大的粘度使得第一固化纖維布更便于切割，不粘刀，且方便機器人的自動化搬運與傳輸，提高加工效率。所述步驟(5)中，第二固化溫度為80～120℃，在1～5分鐘內即可實現材料的固化成型，提高加工效率。

從整個加工工藝上看，本方法實現了不同種類樹脂與多種材質的纖維布連續化復合、生成所需要的三維產品，該方法使原來5～6小時的復合材料制備時間縮短至5分鐘內，極大地提高了成形效率，突破了連續纖維增強樹脂基復合材料在汽車等民用領域大批量應用面臨的“高成本、低效率”制約瓶頸，減少手工工序，有效提高制品的一致性，滿足大批量制造要求。

附圖說明

圖1為本發明連續纖維增強樹脂基復合材料加工流程圖；

圖2為本發明中梯度固化樹脂本體噴淋至多種材質的纖維布的示意圖；

圖3為本發明多種材質的纖維布疊放與第一階段固化工作原理示意圖；

其中：1-梯度固化樹脂本體輸入裝置，2-多種材質的纖維布放卷裝置，3-噴淋混合裝置，31-梯度固化樹脂本體混合裝置，32-第一噴淋頭，33-第二噴淋頭，34-第三噴淋頭，35-第一纖維布導向輥，36-第二纖維布導向輥，37-第三纖維布導向輥，4-多種材質的纖維布疊放與第一階段固化，41-隔離膜放卷，42-第一復合熱壓輥，43-隔離膜收卷，44-第二復合熱壓輥，5-第一固化纖維布裁剪裝置，6-第一固化纖維布的堆疊裝置，7-第二階段固化與加壓裝置，8-成型件的抓取與疊放裝置。

具體實施方式

下面結合具體實施例和附圖，進一步闡述本發明。

實施例1

利用附圖1～3所示的裝置示意圖，使復合材料防撞梁濕態模壓成形：

配制梯度固化樹脂本體，包括雙酚a二縮水甘油醚環氧樹脂3.0kg，二乙烯三胺0.75kg，四氫鄰苯二甲酸二縮水甘油酯環氧樹脂97.0kg，孟烷二胺29.1kg。該梯度固化樹脂本體在25攝氏度下粘度為10mpa.s。該梯度固化樹脂本體中環氧樹脂和二乙烯三胺在50℃發生第一階段固化，環氧樹脂和孟烷二胺在120℃發生第二階段固化。

以0°碳纖維布、﹢45°碳纖維布、﹣45°玻璃纖維布、90°玻璃纖維布設置在多種材質的纖維布放卷裝置2上同步放卷，將梯度固化樹脂本體輸入裝置1中的梯度固化樹脂本體經過噴淋混合裝置3噴淋到各個放卷的纖維布上，形成濕態纖維布；

然后將濕態纖維布牽引進入50℃的第一復合熱壓輥42、第二復合熱壓輥44之間，得到第一固化纖維布。濕態纖維布中的環氧樹脂和二乙烯三胺發生固化反應，而環氧樹脂和孟烷二胺未達到反應溫度，此時材料的總體粘度控制在2000mpa.s；

第一固化纖維布在冷卻輥冷卻作用下，恢復到25℃，材料總體粘度控制在10000mpa.s，然后第一固化纖維布裁剪裝置5將第一固化纖維布切割為預定形狀，并被第一固化纖維布的堆疊裝置6搬運到壓機模具中并疊放成汽車防撞梁的形狀；

堆疊成防撞梁形狀的第一固化纖維經過第二階段固化與加壓裝置7加壓，并升溫至80℃，此時樹脂粘度為2000mpa.s，此后30～60秒內，環氧樹脂和孟烷二胺發生固化反應，粘度快速升高，第一固化纖維在3分鐘內完成第二階段固化，產品固化成形；固化成形后，成型件的抓取與疊放裝置8抓取復合材料制件，完成復合材料的汽車防撞梁制造。

實施例2

利用附圖1～3所示的裝置示意圖，使復合材料汽車b柱濕態模壓成形：

配制梯度固化樹脂本體，包括雙酚a二縮水甘油醚環氧樹脂5kg，三乙烯四胺1.05kg，羥甲基雙酚a二縮水甘油醚環氧樹脂95kg，異佛爾酮二胺33.25kg。該梯度固化樹脂本體在25攝氏度下粘度為90mpa.s。該梯度固化樹脂本體中環氧樹脂e44和三乙烯四胺在50℃發生第一階段固化，環氧樹脂和異佛爾酮二胺在120℃發生第二階段固化。

以0°/±45°經編碳纖維布、﹣45°芳綸纖維布、90°玻璃纖維布同步放卷，將梯度固化樹脂本體噴淋到各個放卷的纖維布上，形成濕態纖維布；

然后將濕態纖維布牽引進入65℃的熱壓輥之間，得到第一固化纖維布。濕態纖維布中的環氧樹脂和三乙烯四胺發生固化反應，而環氧樹脂和異佛爾酮二胺未達到反應溫度，此時材料的總體粘度控制在3000mpa.s；

第一固化纖維布在冷卻輥冷卻作用下，恢復到25℃，材料總體粘度控制在13000mpa.s，然后將第一固化纖維布切割為預定形狀，并被機器人搬運到壓機模具中并疊放成汽車b柱的形狀；

堆疊成汽車b柱形狀的第一固化纖維經過加壓，并升溫至100℃，此時樹脂粘度為3000mpa.s，此后30～60秒內，環氧樹脂和異佛爾酮二胺發生固化反應，粘度快速升高，第一固化纖維在5分鐘內完成第二階段固化，產品固化成形；固化成形后，機械手抓取復合材料制件，完成復合材料的汽車b柱制造。

上述具體實施方式僅僅是為清楚地說明本發明所作的舉例，而并非對實施方式的限定。對于所屬領域的普通技術人員來說，在上述說明的基礎上還可以做出其它不同形式的變化或變動，這里無需也無法對所有的實施方式予以窮舉，而由此所引申出的顯而易見的變化或變動仍處于本發明的保護范圍中。