CN101508176A

CN101508176A - 采用烘道辅助后固化的复合材料拉挤成型方法

Info

Publication number: CN101508176A
Application number: CNA2009100246496A
Authority: CN
Inventors: 李勇; 肖军; 谭永刚; 程培忠; 孙涛
Original assignee: Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
Current assignee: Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
Priority date: 2009-02-25
Filing date: 2009-02-25
Publication date: 2009-08-19

Abstract

一种采用烘道辅助后固化的复合材料拉挤成型方法，属于复合材料成型技术领域。其特征在于过程如下：(1)增强纤维通过放纱装置放纱经导向装置进入浸胶槽；(2)浸渍树脂的纤维通过加热的模具固化至凝胶状态；(3)出模的达到凝胶状态的复合材料制品通过加热烘道完成固化；(4)在牵引装置的牵引下经收卷装置收卷。本发明法能解决传统方法中拉挤模具固化区摩擦阻力过大容易引起死模的难题，特别适用于比表面积较大的拉挤产品。

Description

采用烘道辅助后固化的复合材料拉挤成型方法

技术领域

本发明涉及一种采用烘道辅助后固化的复合材料拉挤成型方法，属于复合材料成型技术领域。

背景技术

拉挤工艺是复合材料成型方法中自动化程度最高、生产效率最高的成型工艺，适用于具有固定截面形状的连续复合材料制品的生产。如《玻璃钢光缆增强芯快速拉挤工艺研制》(沈惠平，裴虹，高旭东等.玻璃纤维，2004，(1)：18-19.)...介绍了一种典型的复合材料拉挤工艺过程：纤维放纱进入浸胶槽浸渍树脂，经预成型后进入加热的模具固化，固化的复合材料制品经牵引装置牵引出模连续收卷或分切。该技术存在一定的缺陷：树脂在模具内固化时需要较高的温度，同时树脂固化放出大量的热，这导致已经固化的复合材料制品热膨胀从而在树脂固化区产生很大的摩擦阻力，容易磨损昂贵的模具、损伤制品力学性能，造成死模降低拉挤生产效率。尤其当产品具有较大的比表面积，在模具固化区产生的摩擦阻力甚至可以超过产品的极限破坏载荷，导致产品无法采用拉挤工艺生产。为完成复合材料制品特别是具有较大比表面积制品的连续拉挤，一种能有效降低固化区摩擦阻力的方法亟待发明。

发明内容

本发明的目的，是提供一种采用烘道辅助后固化的复合材料拉挤成型方法，以解决拉挤模具固化区摩擦阻力过大容易引起死模的难题，特别是解决具有较大比表面积产品难以实现拉挤生产的困难。

一种采用烘道辅助后固化的复合材料拉挤成型方法，其特征在于过程如下：

1)、增强纤维通过放纱装置放纱经导向装置进入浸胶槽；

2)、浸渍树脂的纤维经预成型通过加热的模具固化至凝胶状态；

3)、出模的达到凝胶状态的复合材料制品通过加热烘道完成固化；

4)、在牵引装置的牵引下经收卷装置收卷。

上述方法中浸胶槽温度控制在适当范围内，使树脂粘度可以在0.5Pa.s～2Pa.s之间维持3个小时以上。模具采用较典型拉挤成型方法低的加热温度，同时根据模具温度调节拉挤速度，使出模时树脂达到凝胶状态，可以具备稳定的形状。烘道采用较高的温度，使凝胶的复合材料制品迅速固化。同时烘道两端不封口，采用两端温度较低中间温度较高的温度梯度形式。对于烘道入口，该温度梯度可以使复合材料制品的固化度逐渐提高，避免处于凝胶状态的制品突然温度升高，导致形状改变；对于烘道出口，该温度梯度可以使复合材料制品逐渐冷却，避免过快冷却造成很大的内应力影响制品性能。本发明具有对拉挤设备改装成本低、拉挤工艺参数调节简单的优点。

对于比表面积较大的拉挤制品，即制品与模腔接触的面积与制品横截面积的比值A₁/A₂较大，在热膨胀应变ε_heat相同的条件下，会产生更大的模腔压力P，因而产生更大的摩擦阻力f。在制品的材料强度σ_b一定的条件下，制品比表面积A₁/A₂越大，f/F_max越大，当f/F_max≥1时，该制品在模腔内的摩擦阻力足以使制品断裂，无法通过拉挤工艺生产。本发明可以有效降低制品在模具固化区的热膨胀应变ε_heat，特别适用于具有较大比表面积制品的拉挤成型。

f＝μ×P (1)

P＝σ_heat×A₁ (2)

σ_heat＝E×ε_heat (3)

F_max＝σ_b×A₂ (4)

\frac{f}{F_{\max}} = \frac{μE}{σ_{b}} \times \frac{A_{1}}{A_{2}} \times ϵ_{heat} - - - (5)

上式中：f——拉挤摩擦阻力；μ——模腔与制品间摩擦系数；P——模腔压力；σ_heat——制品热膨胀应力；A₁——制品与模腔接触面积；E——制品弹性模量；ε_heat——热膨胀应变；F_max——制品可承受极限载荷；σ_b——制品拉伸强度；A₂——制品横截面积。

附图说明

图1为本发明设备结构示意图。

图2为本发明烘道温度分布示意图。

图1中标号名称：1.放纱装置；2.导向装置；3.浸胶槽；4.预成型装置5.模具；6.烘道；7.牵引装置；8.收卷装置。

具体实施方式

采用FW-77高温固化体系环氧树脂和T300碳纤维拉挤直径0.3mm的复合材料圆棒。

1、浸胶槽温度的确定

根据粘温试验确定浸胶槽在35℃±2℃范围内可以使树脂保持粘度0.5Pa.s～2Pa.s3个小时，设定浸胶槽温度35℃。

2、模具温度的确定

经过试验，选取模具温度为140℃，既不使模具产生较大的拉挤阻力又可使树脂短时间内快速凝胶，提高拉挤速率。

3、拉挤速率的确定

在模具温度140℃下，选择0.75m/min的拉挤速率，可控制树脂出模具后达到凝胶状态。

4、烘道温度的确定

在上述拉挤速度下，采用175℃的烘道温度可以使树脂在烘道内完全固化。

Claims

1、一种采用烘道辅助后固化的复合材料拉挤成型方法，其特征在于过程如下：

(1)、增强纤维通过放纱装置放纱经导向装置进入浸胶槽；

(2)、浸渍树脂的纤维经预成型通过加热的模具固化至凝胶状态；

(3)、出模的达到凝胶状态的复合材料制品通过加热烘道完成固化；

(4)、在牵引装置的牵引下经收卷装置收卷。

2、根据权利要求1所述的采用烘道辅助后固化的复合材料拉挤成型方法，其特征在于：第(3)步所述烘道，其温度采用两端低中间高的温度梯度形式。