[发明专利]一种连续纤维增强热塑性树脂基复合材料的成型方法

说明书

技术领域

本发明创造涉及材料制备技术领域，涉及一种复合材料的成型方法。

背景技术

随着材料科学技术的发展，复合材料制备技术成为当今世界研究的热点之一。目前国内制备连续纤维增强热塑性树脂基复合材料的方法有拉挤成型法、辊轧法、挤出法、粉末模压法、缠绕法等，这些方法各有优缺点，然而这些方法存在的共同局限性是成型的复合材料只能是片材、带材或管材，无法成型实心棒材。

并且，现有的成型方法很难满足增强纤维与基体树脂均匀分布和基体树脂对增强纤维完全浸渍的要求，中国专利CN101259752提供的复合材料成型方法中采用纤维层置于模具腔后再加入树脂的方式来实现树脂浸润纤维，这种方式获得的复合材料中连续纤维呈层状分布，纤维层间的结合强度相对较弱，这就使得复合材料在一定载荷下，容易从纤维层间剥离破坏，使其强度大大降低。

复合材料实心棒材可应用于复合材料细长杆件、紧固件等零部件的制造，具有巨大的应用价值，因此需要一种连续纤维增强热塑性树脂基复合材料实心棒材的成型方法。

发明内容

本发明创造要解决的问题是提供一种连续纤维增强热塑性树脂基复合材料实心棒材的成型方法，且实现连续纤维在实心棒材的截面的均匀分布。

为解决上述技术问题，本发明创造采用的技术方案是：一种连续纤维增强热塑性树脂基复合材料的成型方法，包括以下步骤：

S1.预编织复合丝：将热塑性树脂单丝与连续纤维丝束的外层纤维丝编织，形成树脂单丝包裹连续纤维丝束的复合丝，然后将所述复合丝截成丝段；

S2.投放丝段入模具：根据复合材料制品所需的密度和体积，称取一定质量的所述丝段放入模压复合材料的模具腔中，所述模具包括为压制复合材料提供压力的阳模和用于成型特定横截面形状棒材的阴模，将所述丝段投放入所述阴模中，合上阳模；

S3.加热后模压：将装配后的模具置于加热套中加热至树脂熔化，树脂完全熔化后用压力机压头将所述阳模压入所述阴模；

S4.脱模：模压至所需规格尺寸后停止加热并保持模压的压力，冷却至树脂硬固后解除压力，然后脱模。

其中，S1中树脂单丝的数量根据复合材料中所需的树脂与连续纤维的比例确定。可通过调整树脂单丝和连续纤维束的编织密度来控制复合材料中树脂和连续纤维的比例。

其中，S1中所述的丝段长度与复合材料制品的尺寸成正比，即尺寸越小的制品所需的丝段长度越短，尺寸越大的制品所需的丝段长度越长。

进一步，在确定了S1中树脂和连续纤维比例的前提下，S2中所述丝段的质量等于所要生产的复合材料制品的密度乘以其体积，再加上3%～5%的挥发物、毛刺的损耗。

其中，S3中的加热温度根据所采用的热塑性树脂的固有属性来确定，对于溶化后黏度较大的热塑性树脂，最高加热温度设置为该树脂熔点以上25℃～40℃，S3中的加热温度从室温逐步上升至所述树脂熔点以上25℃～40℃，并在所述树脂熔点以上25℃～40℃保温至树脂完全熔化。

其中，在确定了成型复合材料的密度和体积规格的前提下，S3中压力机压头在2S-4S内模压复合材料至所需规格尺寸，并保压至树脂硬固。

进一步，S3中的模压为快速模压，即压力机压头在2S～4S内将阳模压入阴模，这个过程中产生的挥发性气体势必会造成复合材料制品中产生气泡、分层等缺陷，因此S2中放入丝段之前，在模具腔壁上设置排气凹槽或排气孔。

通过以上步骤，采用预先编织的方法将连续纤维丝束和树脂单丝混编为复合丝，并将截出的丝段投放入模具腔中，加热至树脂熔化，熔化后的树脂浸润其周围的连续纤维，因此可实现树脂和连续纤维较好地浸润结合，加热后的复合材料在阳模的压力下，成型为阴模模腔形状的实心棒材。

加热后模压的过程中，连续纤维的的结构和性能未发生质的变化，而树脂基体则在高温下熔化为粘流状态，在压力作用下粘裹着连续纤维流动直至填满模具腔，此过程中，树脂和连续纤维得以良好的浸润结合，且复合材料可根据模腔形状一次成型为特定横截面形状的实心棒材。

本发明创造具有的优点和积极效果是：

1.预先编织复合丝，并截取丝段放入模具腔中，之后采用先加热后模压的方式将复合丝的丝段压制成实心棒材，在此过程中树脂基体和连续纤维得以较好地浸润结合，且模具可设计出不同形状的腔型，从而能成型特定横截面形状的实心棒材。

2.在S1中可精确地控制树脂和连续纤维在复合材料中的比例。

3.树脂基体和连续纤维结合紧密，连续纤维在复合材料中均匀分布，避免了明显的纤维分层问题，所得的复合材料制品强度大大提升。