[发明专利]一种制备聚合物基复合材料的液体模塑成型工艺

说明书

技术领域

本发明涉及一种复合材料的制备工艺，尤其涉及一种聚合物基复合材料的液体模塑成型工艺。

背景技术

聚合物基复合材料的发展进步对于航空航天技术的发展具有重要意义，复合材料液体模塑(Liquid Composite Molding，LCM)成型工艺制备航空航天用聚合物基复合材料具有广阔的应用前景。LCM工艺是利用液相树脂体系(包括树脂、固化剂、促进剂及其他助剂等)的流动性，在模具中浸渍增强材料，并借助模具对复合材料构件进行赋形，最后液相树脂体系固化脱模制得聚合物基复合材料构件。这一类成型工艺需要借助外力使液相树脂体系对铺敷在闭合模腔中的增强材料进行浸渍充模，液相树脂体系需在纤维预成型体中流动。

树脂与固化剂、促进剂等混合后组成树脂体系，为了有效降低树脂体系在流动充模过程中产生的气体和浸渍不良等缺陷，提高成型构件质量，需要对诸如注射温度、注射压力、注射时间等工艺参数进行优化配置和控制，而设置这些工艺参数的基础和依据就是树脂体系的粘度。

树脂体系粘度随固化反应时间而变化，属于反应性流体。树脂体系的粘度受加热传导方式和固化反应条件等外在工艺因素的影响，又受树脂体系的固化反应程度(固化度)等分子结构变化因素的影响，所以作为反应性流体的树脂体系粘度的准确测量就比较困难。

现有树脂体系的粘度测量方法主要有旋转粘度计测量法和旋转流变仪测量法。旋转粘度计测量法简单易行，但测试样品用量较多，树脂体系在固化过程中不可避免产生热效应，因而旋转粘度计法测量的树脂体系的粘度受到容器形状、液面高度和外界环境温度的影响，粘度测量值的准确性很难保证。而旋转流变仪测量树脂体系粘度的方法，忽略了反应性树脂体系本身的固化放热对体系粘度的影响，仅考虑体系粘度随固化度或温度的变化，从而使得树脂体系的粘度测量值小于实际操作过程中相应条件下的树脂体系粘度值。

已有的测量方法很难将温度和固化度共同影响下的粘度变化准确测量出来，从而给诸如注射压力、注射温度等工艺参数的设置和控制带来困难，进而影响到成型制品的孔隙率和性能。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种能快速、高效、准确地确定出注射成型用的工艺参数、大大提高注射浸渍效率，避免注射材料的浪费、能充分保证注射成型产品质量的制备聚合物基复合材料的液体模塑成型工艺。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为一种制备聚合物基复合材料的液体模塑成型工艺，包括以下步骤：

(1)测定粘度-时间关系：置备用于成型所述聚合物基复合材料的液相树脂体系，利用旋转流变仪分别测试该液相树脂体系在不同等温温度T下(例如T₁、T₂、T₃、T₄……)的粘度η随时间t的变化关系，得到粘度-时间变化关系曲线，拟合后得到不同等温温度下粘度-时间变化关系式lnη(T)-t；

(2)测定总放热量：利用差示扫描量热仪对所述液相树脂体系的放热情况进行动态监测，得到该液相树脂体系在不同升温速率下的差示扫描量热曲线，对各条差示扫描量热曲线进行分析处理后得到该液相树脂体系在不同升温速率下的固化放热量，再取各固化放热量的平均值作为该液相树脂体系的总放热量Q_R；

(3)测定固化度-时间关系：再利用差示扫描量热仪对所述液相树脂体系进行等温差示扫描量热测试，并将不同等温温度下测得的等温差示扫描量热曲线进行面积积分处理，得到不同等温温度T下的固化度α随时间t的变化关系，拟合得到不同等温温度下固化度-时间变化关系式α(T)-t；所述α＝Q_t/Q_R，其中Q_t为所述液相树脂体系在t时刻的部分固化放热量(一般是在等温DSC-时间曲线右端最为平滑处取一点，做一条经过该点与时间t轴平行的基线，DSC曲线与该基线围成的面积被基线上任意时刻t分成左右两部分，其中左部分的面积即为t时刻等温DSC测试所得的部分固化放热量Q_t)；

(4)建立粘度-固化度关系：根据上述步骤(1)得到的粘度-时间变化关系式lnη(T)-t和上述步骤(3)得到的固化度-时间变化关系式α(T)-t，通过消除时间t后建立起在不同等温温度T下的粘度-固化度变化关系式lnη(T)-α；

(5)建立粘度-温度变化关系：将上述步骤(4)建立的不同等温温度T下的粘度-固化度变化关系式lnη(T)-α转化成不同固化度α下的粘度-温度变化关系式lnη(α)-T；