[发明专利]一种纤维缠绕壳体成型用水溶性芯模材料及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种纤维缠绕壳体成型用水溶性芯模，具体涉及一种纤维缠绕壳体成型用水溶性芯模材料及制备方法。

背景技术

在树脂基复合材料制造过程中，通常选用金属作为模具材料，因为金属具有高的热导率和良好的刚度，而且金属可以加工出良好的表面粗糙度，这样制造出的复合材料也具有较好的表面粗糙度。但是，金属作为模具材料也存在一些缺点。例如，对于大尺寸构件而言，模具重量太大难以操作；此外，加工一件大型金属模具要求的加工条件较高，耗时长，而且造价也较高。在整体树脂基复合材料缠绕工艺中，传统金属模具已经无法满足其整体成型脱模、高强度等要求，因此急需开发新的芯模材料以适应树脂基复合材料成型工艺的发展。

水溶性高分子是具有亲水基的高分子化合物，在水中能溶解或溶胀而形成溶液或分散液。水溶性高分子的亲水性，来自于分子中含有的亲水基团，常见的亲水基团有羟基、羧基、酰胺基、胺基、醚基等。采用水溶性高分子作粘结剂制成的水溶性芯模，由于具有遇水溃散的特性、良好的耐热特性，在复合材料制造领域正逐步被应用。

目前，树脂基复合材料成型芯模常用的水溶性粘结剂有聚乙烯醇和聚乙烯吡咯烷酮。虽然使用聚乙烯醇粘结剂制作芯模易于成型，但该水溶性高分子玻璃化转变温度较低，热稳定性较差，芯模随树脂基复合材料二次固化后(温度超过150℃)，聚乙烯醇粘结剂有发黄、烧结等现象，使芯模材料水溶溃散性变差或不具备水溶溃散性，增加了芯模的整体脱模难度。聚乙烯吡咯烷酮与聚乙烯醇相比，具有玻璃化转变温度高(可达190℃)、水溶性好的特点。例如，申请号为200910308993.8的中国专利申请就公开了一种聚乙烯吡咯烷酮作为水溶性粘结剂的树脂基复合材料用水溶性模具材料及制作水溶性模具方法。由于构成聚乙烯吡咯烷酮的分子链刚性较大，单独采用聚乙烯吡咯烷酮粘结剂制作大型、轻质纤维缠绕壳体成型芯模时，芯模韧性较差，在成型、机加、运输过程中很容易损坏芯模。因此，制备一种兼备优异水溶溃散性与断裂韧性的水溶性芯模在纤维缠绕壳体成型工艺中具有重大应用价值。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术中存在的水溶性芯模水溶溃散性差，玻璃化转变温度低，脆性大，不满足整体成型、脱模要求的问题，提供一种水溶溃散性好，玻璃化转变温度高，断裂韧性好，且适用于纤维缠绕壳体成型用水溶性芯模材料及制备方法。

本发明所提供一种纤维缠绕壳体成型用水溶性芯模材料，包括水溶性高分子聚合物粘结剂水溶液和芯模填料。水溶性高分子聚合物粘结剂水溶液是包括聚乙烯吡咯烷酮粘结剂水溶液和聚乙烯醇粘结剂水溶液的复合粘结剂水溶液，其中聚乙烯吡咯烷酮粘结剂水溶液的浓度为10～50Wt.％，聚乙烯醇粘结剂水溶液的浓度为5～20Wt.％。复合粘结剂水溶液按聚乙烯吡咯烷酮粘结剂水溶液占总质量的20～80Wt.％混合配制。并且，水溶性高分子聚合物粘结剂水溶液的加入量为芯模填料重量的0.05～0.5倍。

芯模填料是将45～150目的石英砂与50～200目的空心玻璃微珠按石英砂占总质量的10～90Wt.％混合制得。

本发明还提供一种纤维缠绕壳体成型用水溶性芯模的制备方法，包括以下步骤：

(1)配制聚乙烯吡咯烷酮粘结剂水溶液：在水中加入10～50Wt.％的聚乙烯吡咯烷酮粉末，充分搅拌，并使其完全溶解，制得聚乙烯吡咯烷酮粘结剂的水溶液；

(2)配制聚乙烯醇粘结剂水溶液：在水中加入5～20Wt.％的聚乙烯醇粉末，充分搅拌，并使其完全溶解，制得聚乙烯醇粘结剂的水溶液；

(3)配制复合粘结剂水溶液：将经步骤(1)配制好的聚乙烯吡咯烷酮粘结剂水溶液与经步骤(2)配制好的聚乙烯醇粘结剂水溶液按聚乙烯吡咯烷酮粘结剂水溶液占总质量的20～80Wt.％混合，充分搅拌，并使其混合均匀，制得复合粘结剂的水溶液；

(4)配制填料：将45～150目的石英砂与50～200目的空心玻璃微珠按石英砂占总质量的10～90Wt.％混合，充分搅拌，并使其混合均匀，制得芯模填料；(5)混料：将经步骤(3)配制好的复合粘结剂水溶液加入到经步骤(4)配制好的芯模填料中，复合粘结剂水溶液的加入量为填料重量的0.05～0.5倍，使用搅拌机或其它混料装置将得到的混合料进行充分混合，制得芯模浆料，混料时间为10～30min；

(6)装填成型：将经步骤(5)混合好的芯模浆料装填到模具中并用压机压实，芯模浆料在压实过程中的压力为1～5MPa，保压时间为2～10min；