[发明专利]一种利用电子束固化技术制备复合材料Z‑pin的设备及方法

说明书

技术领域

本发明涉及复合材料加工技术领域，具体为一种利用电子束固化技术制备复合材料Z-pin的设备及方法。

背景技术

复合材料Z-pin技术是指将细杆针状Z-pin复合材料植入到铺迭好的预浸料中形成三维增强，经共固化形成的整体结构。Z-pin能显著增强复合材料层合板的层间韧性、损伤容限以及胶连强度等性能，并具有操作简单，可设计性强及易于整体成型的特点，应用前景广泛。目前复合材料Z-pin多采用拉挤技术成型，即将玻璃纤维、碳纤维等增强材料通过浸胶后在模具中凝胶定型，然后通过烘道固化的一种连续生产复合材料针状型材的技术。在传统Z-pin制造过程中，一般采用电阻加热的方法实现树脂的凝胶定型及固化，且拉挤过程中存在拉挤速度慢，能源消耗高，生产效率较低，且拉挤前需提前升温等不足。因此将电子束固化技术运用于拉挤设备。

树脂基复合材料的电子束固化与复合材料的热固化成型工艺相比较具有许多独特的优点，可以实现室温或者低温固化（可避免由于升温而导致的树脂流失），利于制件的尺寸控制，并减小了固化复合材料的残余应力；固化速率快，成型周期短，适于制造大型复合材料制件；可选择区域固化；减小了对环境和人体的危害；固化工艺便于实现连续化操作；改善了材料的工艺操作性；不需加热，不用热压罐，能耗大大降低。

发明内容

本发明的技术目的是针对现有技术存在的问题，提供一种利用电子束固化技术快速拉挤制备复合材料Z-pin的设备，以克服现有技术的弊端。

为实现上述技术目的，本发明公开的技术方案为：

一种利用电子束固化技术制备复合材料Z-pin的设备，包括依次连接的放料机构（1）、导向机构（2）、浸胶槽（3）、固化装置、牵引装置（7）以及卷收机构（8），纤维料卷在牵引装置的牵拉下自放料机构经由导向机构和浸胶槽进入固化装置，所述固化装置包括含胶量调节模具（4）、预成型模具（5）以及电子束固化成型模具（6），所述含胶量调节模具（4）、预成型模具上分别设有若干口径依次递增或递减的模腔，且所述含胶量调节模具、预成型模具（5）上的相同口径模腔分别互相对应；浸胶后的纤维材料依次穿过含胶量调节模具（4）和预成型模具上同一口径的模腔后进入电子束固化成型模具（6），所述电子束固化成型模具固化成型后的Z-pin材料被卷收到所述卷收机构上。

所述的利用电子束固化技术制备复合材料Z-pin的设备，其进一步设计在于，所述的含胶量调节模具及预成型模具均由分别设置有定位槽的上模和下模相对连接组成，所述定位槽内置有确保各自上模、下模不发生相对位移的定位块。

所述的利用电子束固化技术制备复合材料Z-pin的设备，其进一步设计在于，所述的浸胶槽、预成型模具分别设置有加热单元。

所述的利用电子束固化技术制备复合材料Z-pin的设备，其进一步设计在于，所述电子束固化成型模具中部具有固化槽道，所述固化槽道的上部具有空腔，所述空腔内放置有线型电子加速器，该电子束固化成型模具壳体外部为屏蔽罩，固化槽道两端设置有便于Z-pin材料进出的锥形孔。

利用上述的设备制备复合材料Z-pin的方法，包括以下步骤：

a）装料，将纤维料卷安装在放料机构上，并拉出起始段纤维材料蘸取酒精后进行加捻，将加捻好的纤维材料拉直铺放在所述含胶量调节模具的下模中，合上上模，通过所述定位块确保含胶量调节模具的上模、下模对齐后将两者锁紧，使得相应纤维材料位于含胶量调节模具的模腔中；此时，位于含胶量调节模具之前的纤维材料段受引导机构引导后平直穿过所述浸胶槽；继而，从调节模具牵出纤维材料并依次穿过预成型模具、电子束固化成型模具、牵引装置，最终连接到卷收机构上，并使放料机构、卷收机构之间的纤维材料保持张紧；

b）向浸胶槽中加入配置好的电子束固化专用胶液，该电子束固化专用胶液包含树脂基体和光引发剂，树脂基体为阳离子固化环氧树脂和稀释体系或者双马来酰亚胺树脂和稀释体系，常用光引发剂多为芳香族碘翁盐或硫翁盐，所述光引发剂在电子束固化专用胶液中的重量百分比为1%-3%，加热浸胶槽至30-40℃，使电子束固化专用胶液粘度降低；

c）加热预成型模具至预成型温度，该预成型温度不大于所述电子束固化专用胶液的起始固化温度，使得Z-pin在预成型模具中凝胶定形；

d）根据电子束固化专用胶液胶液的固化温度及固化时间设定牵引装置的拉挤速度和电子加速器的电子束辐射剂量，继而打开电子加速器；