CN103434144A

CN103434144A - 真空压力浸渍纤维增强树脂复合材料一次成型的制备方法

Info

Publication number: CN103434144A
Application number: CN201310293940XA
Authority: CN
Inventors: 王峰
Original assignee: WUJIANG GOODE EIS SHARE Co Ltd
Current assignee: WUJIANG GOODE EIS SHARE Co Ltd
Priority date: 2013-07-15
Filing date: 2013-07-15
Publication date: 2013-12-11

Abstract

本发明提供真空压力浸渍纤维增强树脂复合材料一次成型的制备方法，包括以下几步：步骤1：在洁净的模具的成型面均匀涂覆脱模剂，放置经预加热的增强纤维，并抽真空；步骤2：根据配比将树脂混合，添加固化促进剂形成浸渍树脂，并抽真空出去水分和气体，备用；步骤3：加热模具至80℃，在真空条件下注入步骤2中制得的浸渍树脂，所述浸渍树脂注满模具，继续加热使树脂固化，然后一边施加压力一边向模具中不断输入浸渍树脂填充树脂固化后体积收缩的空间，并保温；步骤4：自然冷却到室温，脱模得到纤维增强树脂复合材料。本发明在加压条件下热固化树脂的同时，不断补充树脂以填充因固化后体积收缩产生的间隙，从而有效达到了提高制品致密度增强产品性能的目的。

Description

真空压力浸渍纤维增强树脂复合材料一次成型的制备方法

技术领域

本发明涉及复合材料，具体而言，涉及一种真空压力浸渍纤维增强树脂复合材料一次成型的制备方法。

背景技术

纤维增强树脂复合材料，在民用和各个工程领域已被广泛应用。根据不同的应用条件，可以选用不同的材质和生产工艺，从而得到最佳的产品，应用的可靠性和经济性。在电工领域，一般均采用树脂加热固化的方法，如先将纤维增强材料浸渍树脂，加热干燥制成预浸料，再用层压，模压，捲压的方式，将预浸料加热固化成板，棒和管（筒）成品。此后又发展用纤维和织带并采用引拔和缠绕的（加热）连续成型的工艺制造棒、管和一些异形制品。由于这些制造方法是在大气条件下生产，受环境的影响较大，每种生产方法都需要专用的设备来生产特定外形的制品，而且制品表面光洁度不高，需要二次机加工和涂漆。

随着输配电电压的不断升高和城市内供电的安全要求不断升高，电力***对开关，断路器提出了大容量，小型化和高可靠性的要求，当电器设备中的油绝缘改为SF6气体绝缘后，提高了可靠性，不燃不爆，延长了维修周期。断路器的体积已可缩小到原来的六分之一，但传统的“基材浸胶热压工艺” 成型的制品，尤其是管（筒）形状的制品则因其中残存的低分子物，材质的不均一性、气隙、水份而影响了产品的耐压和机械性能。

发明内容

本发明解决了现有技术中的不足，提供一种真空压力浸渍纤维增强树脂复合材料一次成型的制备方法。

本发明的技术方案为：真空压力浸渍纤维增强树脂复合材料一次成型的制备方法，其特包括以下几步：

步骤1：在洁净的模具的成型面均匀涂覆脱模剂，放置经预加热的增强纤维，并抽真空；

步骤2：根据配比将树脂混合，添加固化促进剂形成浸渍树脂，并抽真空出去水分和气体，备用；

步骤3：加热模具至80℃，在真空条件下注入步骤2中制得的浸渍树脂，所述浸渍树脂注满模具，继续加热使树脂固化，然后一边施加压力一边向模具中不断输入浸渍树脂填充树脂固化后体积收缩的空间，并保温；

步骤四：自然冷却到室温，脱模得到纤维增强树脂复合材料。

优选地，所述浸渍树脂的配方由质量分数计包括：50～90份树脂、10～60份固化剂和0～5份固化促进剂，所述树脂为双酚A树脂和双酚F树脂中的一种或其混合物，所述固化剂为甲基六氢苯酐和六氢苯酐中的一种或其混合物，所述固化促进剂为苄基二甲胺和三（二甲氨基甲基）苯酚中的一种或其混合物。

优选地，所述增强纤维为棉纤维、涤纶纤维、丙纶纤维、芳纶纤维、碳纤维和无碱玻璃纤维中的一种或其混合物，所述增强纤维的形态为原始纤维束、纸、网状和织物状中的一种或其组合形态。

优选地，所述抽真空形成的真空度为0～-760mmHg。

优选地，步骤2中所述的浸渍树脂备用状态为温度保持在30～60℃。

优选地，步骤3中所述的压力为0～10Kg/CM²。

优选地，步骤3中所述的保温状态为在130～180℃保持温度3～8小时。

优选地，所述模具为板形、棒形、管形或SF6断路器拉杆的形状。

优选地，所述的复合材料为板材、棒材、管材或带裙边的拉杆。

本发明的解决了现有技术的缺陷，具有以下有益效果：

1、本发明是在真空压力浸渍下纤维增强树脂复合材料的一次成型方法，在生产过程能避免大气对制品的影响，有效提高制品机电性能。

2、本发明根据真空除气原理，设计了一可控的真空压力***和一种真空压力浸渍（VPI）一次成型的纤维增强树脂复合材料的新方法，该方法具有步骤简单、易操作的优点。

3、本发明的制备过程是：将增强纤维材料先行加热，并抽真空排除纤维间隙内吸附的水份和残留的气体，再在真空条件下浸渍经真空处理的树脂，然后在加压条件下热固化树脂的同时，不断补充树脂以填充因固化后体积收缩产生的间隙，从而有效达到了提高制品致密度增强产品性能的目的。

4、本发明利用真空压力浸渍（VPI）工艺一次成型的纤维增强树脂复合材料在制品的生产过程中不使用有机溶剂，与传统的上胶预浸体加热压工艺相比，不需要重复加热，不污染环境，有益于环境保护和节约能源。

附图说明

图1是本发明实施例中的真空压力控制***流程图。

图2是不同工艺制备的复合材料制品在高电压下的放电量的对比图。

图3是本发明制备复合材料板材、棒材、管材的截面图。

图4是本发明中带有裙边增加爬电距离的拉杆结构示意图。

图5是本发明的一次成型带螺纹的拉杆的结构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明，并使本发明的上述优点能够更加明显易懂，下面结合具体实施例对本发明作进一步详细的说明。

实施例1：

步骤1：先将外模的内腔，芯轴的外圆和端封法兰做清理并涂上脱模剂，然后将棉纤维布平整地卷在芯轴上，当卷至外模的内腔尺寸时，裁断玻布；将包绕玻布的芯轴放入外模的内腔，密封面垫密封垫片后，用螺栓将端封法兰与外模紧固密封，将模具1加热并抽真空至0 mmHg。

步骤2：根据表1中对应的配比将树脂混合，添加固化促进剂形成浸渍树脂，并抽真空出去水分和气体，保温在30℃下备用。

步骤3：加热模具至80℃，在真空条件下注入步骤2中制得的浸渍树脂，所述浸渍树脂注满模具，继续加热使树脂固化，然后一边施加压力一边向模具中不断输入浸渍树脂填充树脂固化后体积收缩的空间，并在130℃下保温3小时。

实施例2

步骤1：先将外模的内腔，芯轴的外圆和端封法兰做清理并涂上脱模剂，然后将涤纶纤维布平整地卷在芯轴上，当卷至外模的内腔尺寸时，裁断玻布；将包绕玻布的芯轴放入外模的内腔，密封面垫密封垫片后，用螺栓将端封法兰与外模紧固密封，将模具1加热并抽真空至-380mmHg。

步骤2：根据表1中对应的配比将树脂混合，添加固化促进剂形成浸渍树脂，并抽真空出去水分和气体，保温在40℃下备用。

步骤3：加热模具至80℃，在真空条件下注入步骤2中制得的浸渍树脂，所述浸渍树脂注满模具，继续加热使树脂固化，然后一边施加压力一边向模具中不断输入浸渍树脂填充树脂固化后体积收缩的空间，并在150℃下保温5小时。

步骤4：自然冷却到室温，脱模得到纤维增强树脂复合材料。

实施例3

步骤1：先将外模的内腔，芯轴的外圆和端封法兰做清理并涂上脱模剂，然后将碳纤维布平整地卷在芯轴上，当卷至外模的内腔尺寸时，裁断玻布；将包绕玻布的芯轴放入外模的内腔，密封面垫密封垫片后，用螺栓将端封法兰与外模紧固密封，将模具1加热并抽真空至-760mmHg。

步骤2：根据表1中对应的配比将树脂混合，添加固化促进剂形成浸渍树脂，并抽真空出去水分和气体，保温在60℃下备用。

步骤3：加热模具至80℃，在真空条件下注入步骤2中制得的浸渍树脂，所述浸渍树脂注满模具，继续加热使树脂固化，然后一边施加压力一边向模具中不断输入浸渍树脂填充树脂固化后体积收缩的空间，并在180℃下保温8小时。

实施例4

步骤1：先将外模的内腔，芯轴的外圆和端封法兰做清理并涂上脱模剂，然后将无碱玻璃纤维布平整地卷在芯轴上，当卷至外模的内腔尺寸时，裁断玻布；将包绕玻布的芯轴放入外模的内腔，密封面垫密封垫片后，用螺栓将端封法兰与外模紧固密封，将模具1加热并抽真空至-760mmHg。

表1：浸渍树脂配方表单位（%）

如图1所示，在本发明的实施例中应用到一个包括带有模具1、真空泵2、空气压缩机3、树脂处理装置4和电气控制台5的可控真空压力***。上述模具1以管道连接有真空泵2、空气压缩机3和树脂处理装置4；树脂处理装置4也以管道连接真空泵2和空气压缩机3，上述电气控制台5电连接树脂处理装置4、真空泵2、空气压缩机3和模具1以显示和调整树脂处理装置4和模具1的温度，两者的温度能在室温至100℃和室温至200℃间可控调节。在该真空压力***中，控制台5可以自如开关真空泵2和空气压缩机3；真空泵2和空气压缩机3中的排气阀门，可以方便地在0-760mmHg和0-10Kg/cm2的范围内调节***的真空度和气压。

在真空压力浸渍下一次成型方法制备的纤维增强树脂复合材料为板材、棒材、管材（见图3）其内外表面有涤纶材质保护层可用于SF6断路器，带有裙边增加爬电距离的拉杆（见图4）。对于管制品两端的连接螺纹（见图5）可一次成型。在实施例中为防止SF6气体在电弧作用下对硅元素的腐蚀，制品中与SF6接触的部分还可添加涤纶材料作保护层10（图3）。

此外，可以根据实际不同的应用要求，优选不同的纤维，如棉纤维制品的良好加工性，涤纶纤维的耐电性，丙纶纤维的耐化学性，芳纶纤维和碳纤维的比强度，无碱玻璃纤维的耐热性、抗拉强度等特性，采用单一的或者组合不同的纤维作为增强材料，增强纤维也还可以是原始的纤维束、或加工成纸、网状和织物状（含各种纺织编织结构，以增加制品的强度）。

同样，根据产品的使用要求、机械强度要求、耐热性要求、电气性能要求或者耐化学性能要求可选用不同的浸渍树脂，如：树脂、聚脂树脂、有机硅树脂及其各种树脂的改性树脂。不同增强纤维材料和不同的树脂进行组合、可以充分的使制品获得多种不同的性能、制成不同的形状，应用于不同的场合。

同时，采用VPI工艺（真空压力浸渍工艺），还可以通过改变模具形状满足不同的应用需求。例如：在高压电器中为防止材料的沿面放电，通常需要在电极间距较小，电压又很高的场合，如电极间的拉杆表面设置裙边增加沿面爬电距离。这时可制成带有裙边的拉杆状模具，采用本发明工艺，即可制得优质的复合材料制品。

本发明也可以应用在SF6断路器拉杆制作中，一次成型带螺纹的拉杆（图5）避免了金属切削螺纹加工损失的拉力，提高了拉杆的运行可靠性。可见，采用VPI工艺除生产常规的管、棒、板外，还可以制造异型的、有法兰边的或者有金属嵌件的复合材料制品。

性能检测

对实施例中制得的纤维增强树脂进行性能测试，由于制品浸渍良好，树脂固化时体积缩小的气隙得以填充，故所得制品内部材料致密，表面光洁，垂直管壁的击穿强度达到25-30KV/mm。

图2是比较不同工艺的复合材料制品在高电压下的放电量的比较，可见含气泡较多的3640管材b的放电量为VPI管材a的10倍，所以VPI制品更适合用作高压电器的绝缘构件。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求所界定的保护范围为准。

Claims

1.一种真空压力浸渍纤维增强树脂复合材料一次成型的制备方法，其特征在于，包括以下几步：

步骤4：自然冷却到室温，脱模得到纤维增强树脂复合材料。

2.根据权利要求1所述的真空压力浸渍纤维增强树脂复合材料一次成型的制备方法，其特征在于，所述浸渍树脂的配方由质量分数计包括：50～90份树脂、10～60份固化剂和0～5份固化促进剂，所述树脂为双酚A树脂和双酚F树脂中的一种或其混合物，所述固化剂为甲基六氢苯酐和六氢苯酐中的一种或其混合物，所述固化促进剂为苄基二甲胺和三（二甲氨基甲基）苯酚中的一种或其混合物。

3.根据权利要求2所述的真空压力浸渍纤维增强树脂复合材料一次成型的制备方法，其特征在于，所述增强纤维为棉纤维、涤纶纤维、丙纶纤维、芳纶纤维、碳纤维和无碱玻璃纤维中的一种或其混合物，所述增强纤维的形态为原始纤维束、纸、网状和织物状中的一种或其组合形态。

4.根据权利要求1所述的真空压力浸渍纤维增强树脂复合材料一次成型的制备方法，其特征在于，所述抽真空形成的真空度为0～-760mmHg。

5.根据权利要求1所述的真空压力浸渍纤维增强树脂复合材料一次成型的制备方法，其特征在于，步骤2中所述的浸渍树脂备用状态为温度保持在30～60℃。

6.根据权利要求1所述的真空压力浸渍纤维增强树脂复合材料一次成型的制备方法，其特征在于，步骤3中所述的压力为0～10Kg/CM²。

7.根据权利要求6所述的真空压力浸渍纤维增强树脂复合材料一次成型的制备方法，其特征在于，步骤3中所述的保温状态为在130～180℃保持温度3～8小时。

8.根据权利要求1所述的真空压力浸渍纤维增强树脂复合材料一次成型的制备方法，其特征在于，所述模具为板形、棒形、管形或SF6断路器拉杆的形状。

9.根据权利要求1-8所述的真空压力浸渍纤维增强树脂复合材料一次成型的制备方法制备的纤维增强树脂复合材料，其特征在于，所述的复合材料为板材、棒材、管材或带裙边的拉杆。