CN102632623A - 一种硅橡胶袋闭模工艺制备碳纤维复合材料的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种硅橡胶袋闭模工艺制备碳纤维复合材料的方法，采用如下步骤：硅橡胶袋膜的制备：利用硅橡胶及网眼布在模具表面制备硅橡胶袋膜待用；碳纤维复合材料的成型：在模具上铺好增强纤维布；用硅橡胶袋膜将模具封闭；利用抽真空的方式灌注树脂材料；维持固定的压强使材料成型；待材料固化后脱模即得到制品。
Description
技术领域
本发明涉及材料成型领域，具体涉及一种硅橡胶袋闭模工艺制备碳纤维复合材料的方法。
背景技术
目前碳纤维复合材料成型工艺以真空灌注工艺为主，其原理为用塑料真空袋膜将模具密闭，形成闭模状态，通过抽真空的方式将树脂导入模具内与纤维复合并压制成型，此种工艺方法原理简单，对设备没有需求，但是辅材用量大，每次制备的真空体系所用辅材都不能重复使用，且封闭模具的过程为纯人工操作，人为影响因素较大，稳定性一般。
发明内容
本发明的目的在于提供一种硅橡胶袋闭模工艺制备碳纤维复合材料的方法，利用硅橡胶及网眼布在模具表面制备硅胶膜待用，在模具上铺好增强纤维布，用硅胶膜将模具封闭，利用抽真空的方式灌注树脂，维持固定的压强使材料成型，材料固化后脱模即得到制品。
具体技术方案如下：
一种硅橡胶袋闭模工艺制备碳纤维复合材料的方法，采用如下步骤：
硅橡胶袋膜的制备：
（1）利用硅橡胶及网眼布在模具表面制备硅橡胶袋膜待用；
碳纤维复合材料的成型：
（2）在模具上铺好增强纤维布；
（3）用硅橡胶袋膜将模具封闭；
（4）利用抽真空的方式灌注树脂材料；
（5）维持固定的压强使材料成型；
（6）待材料固化后脱模即得到制品。
进一步地，步骤（1）中进一步包括：
（1-1）模具表面处理；
（1-2）预埋注胶口及抽气口；
（1-3）利用胶枪将硅橡胶均匀的涂覆在模具表面；
（1-4）在硅橡胶表面铺网眼布；
（1-5）在网眼布表面涂覆硅橡胶，固化后将硅橡胶袋膜从模具表面脱出待用。
进一步地，步骤（1-1）中用酒精或者丙酮清除模具表面的油脂及水分，保证模具表面清洁干燥，步骤（1-2）中在模具中心部位预埋注胶口，在模具边缘部位预埋抽气口，步骤（1-3）中利用胶枪将硅橡胶均匀的涂覆在包括模具边缘部分的模具表面，抽气口及注胶口位置需要保留，所用硅橡胶为室温硫化硅橡胶，其为甲基室温硫化硅橡胶、甲基双苯室温硫化硅橡胶、甲基嵌段室温硫化硅橡胶、氟硅橡胶等中的一种，步骤（1-4）中在硅橡胶表面铺1-3层网眼布或者三明治网眼布，网眼布厚度为0.5-5mm，网眼布材料为涤纶、尼龙、棉中的一种或几种，网眼形状是三角形、菱形、六边形、圆形中的一种或者几种，步骤（1-5）中在网眼布表面涂覆硅橡胶，所用硅橡胶与步骤（1-3）中相同，硅橡胶为室温固化，固化时间为5-24h。
进一步地，步骤（2）中进一步包括：
（2-1）模具前处理：先用丙酮或乙醇将模具擦拭干净，再在模具表面打脱模蜡或者脱模剂；
（2-2）配树脂，树脂为不饱和树脂或者环氧树脂中的一种，按照质量比：树脂与纤维为1：1-3：1，不饱和树脂与固化剂为100：2-100：4，环氧树脂与固化剂为100：20-100：40；
（2-3）铺层：碳纤维布的厚度为0.3-0.6mm，编织方式为单向编织和/或双向编织。
进一步地，步骤（3）中进一步包括：
（3-1）在铺设好的纤维布表面铺一层导流网；
（3-2）将抽气管在模具边缘一圈固定住；
（3-3）将制作好的硅橡胶膜铺设在模具表面；
（3-4）在注胶口连接注胶管；
（3-5）将硅胶模预留抽气口内部接口与抽气管连接，外部接口通过管路与树脂收集器连接，树脂收集器与真空泵连接；
（3-6）用密封胶带将硅胶膜周围一圈封闭。
进一步地，步骤（4）中进一步包括：打开真空泵抽气，真空度保持在-0.05--0.1Mpa，使模具内气体排出，再从树脂导入管导入树脂，待树脂完全与纤维布浸润后停止抽真空。
进一步地，步骤（5）中进一步包括：将树脂导入管及抽真空管封闭保压等待固化，不饱和树脂固化时间为常温2-10h，环氧树脂固化温度为60-180℃，时间为8-24h。
进一步地，步骤（6）中进一步包括：打开硅胶膜将制品取出，修剪边部的毛刺，在制品表面喷涂清漆。
进一步地，硅橡胶膜重复使用。
进一步地，应用于汽车、船舶领域。
与目前现有技术相比，本发明可以简化工艺过程，降低生产成本，提高产品质量，硅橡胶膜代替塑料真空袋，可以重复使用，大大降低辅材浪费，硅橡胶膜可以制成各种与模具表面相同的结构，利于产品成型在封闭模具时操作简单，简化工艺步骤，提高产品质量及稳定性
具体实施方式
下面对本发明进行详细描述，其为本发明多种实施方式中的一种优选实施例。
一、硅橡胶袋膜的制备
1、模具表面处理，用酒精或者丙酮清除模具表面的油脂及水分，保证模具表面清洁干燥；
2、预埋注胶口及抽气口，在模具中心部位预埋注胶口，在模具边缘部位预埋抽气口。
3、利用胶枪将硅橡胶均匀的涂覆在模具表面，包括模具边缘部分，注意抽气口及注胶口位置需要保留，所用硅橡胶为室温硫化硅橡胶，可以是甲基室温硫化硅橡胶、甲基双苯室温硫化硅橡胶、甲基嵌段室温硫化硅橡胶、氟硅橡胶等中的一种。
4、在硅橡胶表面铺1——3层网眼布或者三明治网眼布，网眼布厚度为0.5——5mm，网眼布材料为涤纶、尼龙、棉中的一种或几种，网眼形状可以是三角形、菱形、六边形、圆形中的一种或者几种，网眼布的作用是增加硅胶袋膜的强度及韧性。
5、在网眼布表面涂覆硅橡胶，所用硅橡胶与步骤3中相同，硅橡胶为室温固化，固化时间为5——24h，固化后将硅橡胶袋膜从模具表面脱出待用。
二、碳纤维复合材料成型
1、模具前处理，先用丙酮或乙醇将模具擦拭干净，再在模具表面打脱模蜡或者脱模剂，脱模蜡或者脱模剂涂2——4次，每次涂后干燥3——10min，再进行下一次的操作；
2、配树脂，树脂可以是不饱和树脂或者环氧树脂中的一种，树脂与纤维的质量比为1：1——3：1，不饱和树脂与固化剂的比例为100：2——100：4，环氧树脂与固化剂的比例是100：20——100：40；
3、铺层，碳纤维布的厚度可以选择0.3——0.6mm，编织方式可以是单向编织、双向编织，铺设前先将纤维布放在60——80℃环境下烘烤30——100min，目的是除去水分，有利于与树脂的充分浸润复合。根据产品的厚度选择合适的纤维厚度及层数。
4、制作真空闭模工艺条件，先在铺设好的纤维布表面铺一层导流网，导流网是加快树脂流动的作用，有利于树脂与纤维布的浸润，将抽气管在模具边缘一圈固定住，将制作好的硅 橡胶膜铺设在模具表面，注意硅橡胶膜的形状要与模具的形状对应整齐，在注胶口连接注胶管，将硅胶模预留抽气口内部接口与抽气管连接，外部接口通过管路与树脂收集器连接，树脂收集器与真空泵连接；
最后用密封胶带将硅胶膜周围一圈封闭；
5、导入树脂，真空压制成型，打开真空泵抽气，真空度保持在-0.05——-0.1Mpa，使模具内气体排出，再从树脂导入管导入树脂，待树脂完全与纤维布浸润后停止抽真空，此时将树脂导入管及抽真空管封闭保压等待固化，不饱和树脂固化时间为常温2——10h，环氧树脂固化温度为60——180℃，时间为8——24h；
6、脱模，表面处理，打开硅胶膜将制品取出，修剪边部的毛刺，在制品表面喷涂清漆。
硅橡胶膜可以重复使用。
以上工艺方法可以应用于汽车、船舶等领域。
实例1：
一、硅橡胶袋膜的制备
1、模具表面处理，用酒精清除模具表面的油脂及水分，保证模具表面清洁干燥；
2、预埋注胶口及抽气口，在模具中心部位预埋注胶口，在模具边缘部位预埋抽气口。
3、利用胶枪将硅橡胶均匀的涂覆在模具表面，包括模具边缘部分，注意抽气口及注胶口位置需要保留，所用硅橡胶为甲基室温硫化硅橡胶。
4、在硅橡胶表面铺1层网眼布，网眼布厚度为1mm，网眼布材料为涤纶，网眼形状为圆形，网眼布的作用是增加硅胶袋膜的强度及韧性。
5、在网眼布表面涂覆硅橡胶，所用硅橡胶与步骤3中相同，硅橡胶为室温固化，固化时间为8h，固化后将硅橡胶袋膜从模具表面脱出待用。
二、碳纤维复合材料成型
1、模具前处理，先用乙醇将模具擦拭干净，再在模具表面打脱模蜡2次，每次涂后干燥3min，再进行下一次的操作；
2、配树脂，选择不饱和聚酯树脂，树脂与纤维的质量比为1：1，不饱和树脂与固化剂的比例为100：2；
3、铺层，碳纤维布的厚度为0.6mm，编织方式为单向编织，铺设前先将纤维布放在70℃环境下烘烤30min，目的是除去水分，有利于与树脂的充分浸润复合。根据产品的厚度选择合适的纤维厚度及层数。
4、制作真空闭模工艺条件，先在铺设好的纤维布表面铺一层导流网，导流网是加快树脂流动的作用，有利于树脂与纤维布的浸润，将抽气管在模具边缘一圈固定住，将制作好的硅橡胶膜铺设在模具表面，注意硅橡胶膜的形状要与模具的形状对应整齐，在注胶口连接注胶管，将硅胶模预留抽气口内部接口与抽气管连接，外部接口通过管路与树脂收集器连接，树脂收集器与真空泵连接；
最后用密封胶带将硅胶膜周围一圈封闭；
5、导入树脂，真空压制成型，打开真空泵抽气，真空度保持在-0.05Mpa，使模具内气体排出，再从树脂导入管导入树脂，待树脂完全与纤维布浸润后停止抽真空，此时将树脂导入管及抽真空管封闭保压等待固化，不饱和树脂固化时间为常温5h；
6、脱模，表面处理，打开硅胶膜将制品取出，修剪边部的毛刺，在制品表面喷涂清漆。
硅橡胶膜可以重复使用。
实例2：
一、硅橡胶袋膜的制备
1、模具表面处理，用丙酮清除模具表面的油脂及水分，保证模具表面清洁干燥；
2、预埋注胶口及抽气口，在模具中心部位预埋注胶口，在模具边缘部位预埋抽气口。
3、利用胶枪将硅橡胶均匀的涂覆在模具表面，包括模具边缘部分，注意抽气口及注胶口位置需要保留，所用硅橡胶为甲基双苯室温硫化硅橡胶。
4、在硅橡胶表面铺2层网眼布，网眼布厚度为0.5mm和2mm，网眼布材料分别为棉及尼龙，网眼形状为六边形，网眼布的作用是增加硅胶袋膜的强度及韧性。
5、在网眼布表面涂覆硅橡胶，所用硅橡胶与步骤3中相同，硅橡胶为室温固化，固化时间为18h，固化后将硅橡胶袋膜从模具表面脱出待用。
二、碳纤维复合材料成型
1、模具前处理，先用乙醇将模具擦拭干净，再在模具表面打脱模剂3次，每次涂后干燥5min，再进行下一次的操作；
2、配树脂，选择环氧树脂，树脂与纤维的质量比为2：1，树脂与固化剂的比例为100：30；
3、铺层，碳纤维布的厚度为0.35mm，编织方式为双向编织，铺设前先将纤维布放在90℃环境下烘烤20min，目的是除去水分，有利于与树脂的充分浸润复合。根据产品的厚度选择合适的纤维厚度及层数。
4、制作真空闭模工艺条件，先在铺设好的纤维布表面铺一层导流网，导流网是加快树脂流动的作用，有利于树脂与纤维布的浸润，将抽气管在模具边缘一圈固定住，将制作好的硅橡胶膜铺设在模具表面，注意硅橡胶膜的形状要与模具的形状对应整齐，在注胶口连接注胶管，将硅胶模预留抽气口内部接口与抽气管连接，外部接口通过管路与树脂收集器连接，树脂收集器与真空泵连接；
最后用密封胶带将硅胶膜周围一圈封闭；
5、导入树脂，真空压制成型，打开真空泵抽气，真空度保持在-0.075Mpa，使模具内气体排出，再从树脂导入管导入树脂，待树脂完全与纤维布浸润后停止抽真空，此时将树脂导入管及抽真空管封闭保压等待固化，环氧树脂固化温度为100℃，时间为8.5h；
6、脱模，表面处理，打开硅胶膜将制品取出，修剪边部的毛刺，在制品表面喷涂清漆。
硅橡胶膜可以重复使用。
上面对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种改进，或未经改进直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种硅橡胶袋闭模工艺制备碳纤维复合材料的方法，其特征在于，采用如下步骤：
硅橡胶袋膜的制备：
(1)利用硅橡胶及网眼布在模具表面制备硅橡胶袋膜待用；
碳纤维复合材料的成型：
(2)在模具上铺好增强纤维布；
(3)用硅橡胶袋膜将模具封闭；
(4)利用抽真空的方式灌注树脂材料；
(5)维持固定的压强使材料成型；
(6)待材料固化后脱模即得到制品。
2.如权利要求1所述的硅橡胶袋闭模工艺制备碳纤维复合材料的方法，其特征在于，步骤(1)中进一步包括：
(1-1)模具表面处理；
(1-2)预埋注胶口及抽气口；
(1-3)利用胶枪将硅橡胶均匀的涂覆在模具表面；
(1-4)在硅橡胶表面铺网眼布；
(1-5)在网眼布表面涂覆硅橡胶，固化后将硅橡胶袋膜从模具表面脱出待用。
3.如权利要求1或2所述的硅橡胶袋闭模工艺制备碳纤维复合材料的方法，其特征在于，步骤(1-1)中用酒精或者丙酮清除模具表面的油脂及水分，保证模具表面清洁干燥，步骤(1-2)中在模具中心部位预埋注胶口，在模具边缘部位预埋抽气口，步骤(1-3)中利用胶枪将硅橡胶均匀的涂覆在包括模具边缘部分的模具表面，抽气口及注胶口位置需要保留，所用硅橡胶为室温硫化硅橡胶，其为甲基室温硫化硅橡胶、甲基双苯室温硫化硅橡胶、甲基嵌段室温硫化硅橡胶、氟硅橡胶等中的一种，步骤(1-4)中在硅橡胶表面铺1-3层网眼布或者三明治网眼布，网眼布厚度为0.5-5mm，网眼布材料为涤纶、尼龙、棉中的一种或几种，网眼形状是三角形、菱形、六边形、圆形中的一种或者几种，步骤(1-5)中在网眼布表面涂覆硅橡胶，所用硅橡胶与步骤(1-3)中相同，硅橡胶为室温固化，固化时间为5-24h。
4.如权利要求1-3中任一项所述的硅橡胶袋闭模工艺制备碳纤维复合材料的方法，其特征在于，步骤(2)中进一步包括：
(2-1)模具前处理：先用丙酮或乙醇将模具擦拭干净，再在模具表面打脱模蜡或者脱模剂；
(2-2)配树脂，树脂为不饱和树脂或者环氧树脂中的一种，按照质量比：树脂与纤维为1∶1-3∶1，不饱和树脂与固化剂为100∶2-100∶4，环氧树脂与固化剂为100∶20-100∶40；
(2-3)铺层：碳纤维布的厚度为0.3-0.6mm，编织方式为单向编织和/或双向编织。
5.如权利要求1-4中任一项所述的硅橡胶袋闭模工艺制备碳纤维复合材料的方法，其特征在于，步骤(3)中进一步包括：
(3-1)在铺设好的纤维布表面铺一层导流网；
(3-2)将抽气管在模具边缘一圈固定住；
(3-3)将制作好的硅橡胶膜铺设在模具表面；
(3-4)在注胶口连接注胶管；
(3-5)将硅胶模预留抽气口内部接口与抽气管连接，外部接口通过管路与树脂收集器连接，树脂收集器与真空泵连接；
(3-6)用密封胶带将硅胶膜周围一圈封闭。
6.如权利要求1-5中任一项所述的硅橡胶袋闭模工艺制备碳纤维复合材料的方法，其特征在于，步骤(4)中进一步包括：打开真空泵抽气，真空度保持在-0.05--0.1Mpa，使模具内气体排出，再从树脂导入管导入树脂，待树脂完全与纤维布浸润后停止抽真空。
7.如权利要求1-6中任一项所述的硅橡胶袋闭模工艺制备碳纤维复合材料的方法，其特征在于，步骤(5)中进一步包括：将树脂导入管及抽真空管封闭保压等待固化，不饱和树脂固化时间为常温2-10h，环氧树脂固化温度为60-180℃，时间为8-24h。
8.如权利要求1-7中任一项所述的硅橡胶袋闭模工艺制备碳纤维复合材料的方法，其特征在于，步骤(6)中进一步包括：打开硅胶膜将制品取出，修剪边部的毛刺，在制品表面喷涂清漆。
9.如权利要求1-8中任一项所述的硅橡胶袋闭模工艺制备碳纤维复合材料的方法，其特征在于，硅橡胶膜重复使用。
10.如权利要求1-9中任一项所述的硅橡胶袋闭模工艺制备碳纤维复合材料的方法，其特征在于，应用于汽车、船舶领域。
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