[发明专利]一种制备取向短纤维增强树脂基复合材料的方法及装置

权利要求书

1.一种制备取向短纤维增强树脂基复合材料的方法，其特征是按如下步骤进行：

步骤1、备料

向搅拌装置中依次投入固化剂和液态树脂进行搅拌分散均匀，获得复合液，所述复合液中固化剂的质量为液态树脂质量的2％-20％；向搅拌装置中添加稀释剂进一步搅拌至液体粘度为0.1-20Pa.s，获得稀释后的复合液；再向搅拌装置中加入短纤维并继续搅拌10-20min，获得短纤维混合液并导入储液池，所述短纤维混合液中短纤维的添加量为稀释后的复合液质量的1-60％；

步骤2、取向

将储液池中的短纤维混合液泵送至取向装置中，由取向装置对短纤维混合液进行取向，获得取向短纤维混合液；

步骤3、成型

a)铺层设计

将所述取向短纤维混合液经导流管输送至固定在三轴移动平台Z轴上的出液喷头中，由控制器控制Z轴的移动及设置在导流管上的电磁阀的开关，使取向短纤维混合液按Z轴的移动轨迹流到位于出液喷头下方的模具中，并通过电磁阀控制出液喷头的出液，实现对取向短纤维的编织与结构分布，获得铺放成型的取向短纤维混合液；

b)预成型

将带有铺放成型的取向短纤维混合液的模具经传送带传送至控温隧道中，在温度为50-90℃的环境下加热10-40min，获得复合材料毛坯；

c)热压罐成型

将所述复合材料毛坯进行预处理后放入热压罐内，对热压罐加温加压至温度为50-200℃、压力为0.1-0.8MPa的成型条件，维持成型条件60-180min，使复合材料毛坯固化成型，获得取向短纤维增强树脂基复合材料。

2.根据权利要求1所述的制备取向短纤维增强树脂基复合材料的方法，其特征是步骤1中：

所述液态树脂为热固性树脂；

所述固化剂为双氰胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺、间苯二甲胺、乙二胺中的一种或多种；

所述稀释剂为丙酮或无水乙醇，所述纤维为碳纤维、玻璃纤维、天然纤维以及化学合成纤维的一种或多种；

所述短纤维的长度为1-200mm；

所述搅拌装置的搅拌速度为300-1000r/min；

所述储液池中设有风动振动器，用于降低短纤维混合液的含气率并保持短纤维在溶液中均匀分散，所述风动振动器的振动频率为1000-5000次/分，振幅为1-20mm。

3.根据权利要求2所述的制备取向短纤维增强树脂基复合材料的方法，其特征是：所述液态树脂为环氧树脂、不饱和聚酯树脂、乙烯酯树脂、聚酰亚胺树脂、热固性酚醛树脂的一种或多种。

4.根据权利要求1所述的制备取向短纤维增强树脂基复合材料的方法，其特征是：所述取向装置内设多个相互独立且旋向一致的螺旋流道，通过电机驱动置于所述取向装置中的光轴以100-1000r/min的转速旋转，实现对流经各螺旋流道内的短纤维混合液进行取向。

5.根据权利要求1所述的制备取向短纤维增强树脂基复合材料的方法，其特征是：

步骤a)中，所述三轴移动平台的X轴方向和Y轴方向可移动最大距离均为1500mm，Z轴方向可移动最大距离为500mm，三轴移动速度为8-15m/min；

步骤b)中，所述控温隧道的长度为1-2m，控温隧道内传送带持续运行，传送带运行速度为0.05-0.1m/min；

步骤c)中，对所述复合材料毛坯进行预处理，包括如下步骤：

ⅰ、将模具内腔上边沿四周用挡胶条挡住，在复合材料毛坯上依次铺放隔离膜与吸胶材料；

ⅱ、在模具上端设置密封胶条后铺放真空薄膜，通过密封胶条与真空薄膜对模具内的复合材料毛坯进行密封；

ⅲ、在真空薄膜上设真空嘴，打开热压罐操作系统中的真空泵对模具内抽真空至-0.1MPa；

ⅳ、将模具置于工作台上并推入热压罐内。

6.一种权利要求1所述制备取向短纤维增强树脂基复合材料的装置，其特征是：由备料单元、取向装置(5)和成型单元构成；

所述备料单元用于对短纤维和稀释后的复合液进行搅拌，获得短纤维混合液并泵送至取向装置(5)；

所述取向装置(5)用于对短纤维混合液进行取向，获得取向短纤维混合液；

所述成型单元用于接收取向短纤维混合液并依次对其进行铺层设计、预成型及热压罐(11)成型，获得取向短纤维增强树脂基复合材料。