[发明专利]纤维增强玻璃轧制成型工艺方法

说明书

本发明属于新型复合材料生产方法的技术领域。

目前复合材料使用的基体材料分为树脂基、金属基和陶瓷基三种。其中树脂基是现有工业中使用最广的复合材料，这种材料使用温度低，耐腐蚀性差，成型工艺复杂且成本高;金属基复合材料成型则更为困难，成本远高于树脂基复合材料;陶瓷基复合材料是为了满足发动机和航天器的高温工作部件而发展起来的复合材料。但其成型方法复杂，材料尺寸稳定性差，因此陶瓷基复合材料与金属基复合材料均处于发展研究阶段。上述复合材料的成型方法多为间歇性生产，成本高，质量不稳定，效率较低。

为了克服上述不足，本发明的目的是设计一种新的工艺方法，生产一种新型的复合材料，解决成本高、成型复杂、耐温性和耐腐蚀差的缺点，并使之达到连续化生产的目的。

众所周知玻璃是一种性能优良的材料，玻璃使用温度高，耐腐蚀性好，成本低，材料来源广，特别是具有良好的工艺性能，如加热到软化温度后，可成型各种所需形状，因此本发明选用玻璃为复合材料中的基体材料，选用碳纤维或陶瓷纤维为增强材料，采用轧制或挤出成型的生产工艺方法，创造一种生产新型复合材料的工艺方法，即纤维增强玻璃轧制成型工艺方法。

本发明的工艺方法是：首先选择碳纤维或陶瓷纤维切成短丝做为复合材料中的增强材料，然后选择有碱玻璃或其它玻璃的纤维做为复合材料中的基体材料，并将基体材料玻璃纤维磨成玻璃粉，然后把碳纤维或陶瓷纤维与玻璃粉加水在容器中进行混合，同时使用超声波发生器进行振动式搅拌，混合后滤掉水份并将混合料烘干或晾干，干燥后的混合料成为团状预混料，将预混料团由加热炉进料口（9）置入加热炉（3）中加热到高于玻璃软化温度，然后出炉经进料螺杆（8）送入初轧轧辊（2）轧制成料片，将料片再送入加热炉（3）中进行加热软化后经进料螺杆（5）送入成型轧辊（6）进行成型轧制，经轧制后便制成成品型材，若制管材可由挤出成型料口（4）挤出成型。

实现本工艺的步骤是：

一、首先备料：准备基体材料有碱玻璃或其它玻璃纤维丝束，准备增强材料型号为T300的碳纤维或陶瓷纤维丝束，碳纤维单丝直径为8μ左右。

二、短切：将增强材料碳纤维或陶瓷纤维丝束用切丝机切成长度为10mm～20mm的短切纤维待用。

三、研磨：将基体材料玻璃纤维加热至700℃后再冷却至室温温度，此时玻璃纤维脆化，再用研磨机将基体材料玻璃纤维研磨成玻璃粉，其粉粒粒度为8-12μ，磨好的玻璃粉待用。

四、混合：将体积分数为30%～70%的增强材料碳短纤维放入容器中加水并使用超声波振动使短纤维束振动松散，然后将体积分数为30%～70%的玻璃粉置入容器中进行混合，水的加入量是玻璃粉与短碳纤维总重量的50倍～100倍，加好后进行振动混合，混合程度为目测表观均匀即可。两种材料的体积比也可以是1∶1。

五、滤水、烘干：将混合料置入过滤网中将水滤掉，然后将滤去水的混合料置入温度为100℃的烘箱内烘烤10～20分钟，或自然干燥也可以，干燥后的混合料成为团状预混料。

六、加热：由于团状预混料中有空隙且松散，因此要进行加热处理，将团状预混料经加热炉（3）的进料口（9）送入加热炉（3）内，将炉温升至720℃～800℃达到温度后，待团状预混料温度高于玻璃软化温度时则可经进料螺杆（8）出炉送入初轧轧辊（2）进行轧制。

七、初轧：当预混料在加热炉（3）中达到玻璃软化温度时可出炉经进料螺杆（8）送入初轧轧辊（2）进行初轧，此时初轧辊（2）的表面温度应达到550℃～650℃，如果初轧轧辊（2）的温度太低会造成预混料粘辊不好轧制。初轧轧辊（2）的温度可采用加热炉（3）为初轧轧辊升温，也可以采用膜状加温方式对初轧轧辊（2）表面进行加温。轧压机两初轧轧辊（2）之间的间距应调到0.1～1毫米左右，加热后的预混料经初轧后轧成0.1～1毫米左右厚的料片，料片结构密实无空隙，玻璃粉与短碳纤维成为一体。送入轧辊的料量由加热炉（3）的出料口和进料螺杆（8）控制，进料螺杆（8）和（6）由电机（1）和（2）控制转动。

八、加热、成型轧制：料片经初轧轧辊（2）后又进入加热炉（3）炉温仍为720℃～850℃再次加热，待料片达到玻璃软化温度时则可经进料螺杆（5）出炉，出炉后立即送成型轧辊（6）轧制，更换轧制不同形状的型材轧辊，则可轧制出所要求形状的型材，如可轧制成板材、角型材、槽型材等异型材。如轧制管型材可由挤出成型口（4）挤出管材。到此整个工艺过程完成。但由于玻璃成型性好，因此可以进行二次成型，如取一块板材加热到玻璃软化温度时可制成任意形状的零件。