[发明专利]纤维增强PBT复合材料的真空辅助树脂扩散成型方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种纤维增强树脂复合材料的成型方法，适用于生产高纤维含量的大型热塑性复合材料构件。

背景技术

近年来，连续纤维增强热塑性树脂基复合材料的研究受到了航空航天工业，汽车制造业的高度重视。与热固性树脂基体复合材料相比，热塑性复合材料具有很多重要的优点，例如具有较好的韧性和抗冲击性能，成型周期短，制造成本低，废料可以回收利用等。但是热塑性复合材料由于分子结构的特点，室温下，热塑性塑料呈固态；加热熔融状态下，树脂熔体黏度大（＞1000Pa.s），熔体流动困难，使树脂难以完全浸润纤维。由于热塑性树脂黏度较高，其熔融黏度远远的高于热固性树脂的黏度，因此热塑性复合材料制备主要采用缠绕成型、辊压成型、拉挤成型、热压成型、真空模压成型等成型工艺。这些成型工艺成型温度和成型压力较高，能耗较大，对模具设备的要求较苛刻，因此生产成本较高，尤其是在大型构件的规模化制造中受到限制。

环状对苯二甲酸丁二醇酯（CBT）功能聚合物具有大环寡聚酯结构，是不同低分子量环状齐聚物的混合物，其熔体黏度极低，约在190℃，就变为象水一样的液体（相同条件下，PBT的粘度大约是它的5000倍）。在锡类或钛类催化剂的作用下，CBT可以发生开环聚合反应，得到热塑性工程塑料聚环状对苯二甲酸丁二醇酯（PBT）。CBT加工过程中无气体释放，绿色环保，并可使成品获得很好的表面。PBT性能的优越性使纤维增强PBT复合材料具有较高的强度、抗冲击性和可回收利用性，在热塑性复合材料领域具有极大的应用潜力。

发明内容

本发明的目的在于提供一种工艺简单、成本低廉、安全环保、能耗低、效率高的纤维增强PBT复合材料的真空辅助树脂扩散成型方法。

本发明的目的是这样实现的：

1）将催化剂附在纤维布上；

2）以一定厚度的附有催化剂的纤维布为纤维增强材料，将纤维增强材料置于贴好高温脱模布、埋有高温密封条的模具内；所述模具上连接带有阀门的树脂注入管路和抽真空管路；

3）用电阻丝加热，使模具升温至180～220℃，用聚四氟乙烯加热管给树脂注入管路加热至180～220℃，CBT树脂用油浴加热至180～220℃；

4）将树脂注入管管口没入融化后的CBT树脂中，打开注入管路阀门，CBT树脂在真空作用下吸入模具中，待抽真空管路中有树脂流出时，关闭注入管路阀门；

5）将模具在180～220℃保温30min～1h，使CBT树脂对纤维增强材料进行充分浸润，同时CBT树脂开环聚合结晶为高分子量的PBT，进行退火处理后，脱模得到纤维增强PBT复合材料。

本发明还可以包括：

1、所述将催化剂附在纤维布上的具体操作为：将催化剂倒入异丙醇溶液中，利用磁力搅拌器在80℃下搅拌10min，使催化剂完全溶解，把溶液均匀的催化剂溶液刷在纤维布上或者是将纤维布浸泡在溶液均匀的催化剂溶液中再取出，在130℃温度下烘干30min，中途把纤维布翻面。

2、所述的纤维布是玻璃纤维布、玄武岩纤维布或碳纤维布中的一种或者其中至少两种的复合。

3、所述的催化剂为锡类催化剂，为二羟基丁基氯化锡。

4、所述的CBT树脂的结构式为：

所述CBT树脂在使用前先在105℃温度下烘干10h以上。

5、所述退火处理的具体操作为：加热至230～250℃，恒温30min后停止加热，自然冷却至室温。

利用本发明成型方法得到的纤维增强PBT复合材料，经检验测试，其中，纤维体积含量可达到70%以上。

通过采用上述技术方案，本发明具有如下优点：1）与现有技术相比，本发明把只适用于热固性复合材料的真空辅助树脂扩散成型工艺应用于热塑性复合材料的生产，避免了较高的成型温度和成型压力，有效的降低了成本，减小了能耗。2）将催化剂事先附在纤维布上，而不是直接加入CBT树脂中，把催化剂和CBT树脂在空间上进行了隔离，CBT树脂在纤维布上发生原位聚合。这就大大的降低了树脂的注入黏度，增强了树脂对纤维的浸润。3）该成型方法工艺简单，容易操作，成本低廉，安全环保，生产效率高。由于树脂黏度很低，此方法可用于纤维增强热塑性复合材料薄壁制品和大尺寸纤维增强热塑性复合材料构件的成型，有利于推广应用。4）该成型工艺生产出的纤维增强PBT复合材料制件纤维体积含量高，制件力学性能好。