CN105437446A - 树脂基复合材料模内发泡工艺及模内发泡系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及材料领域。树脂基复合材料模内发泡工艺，包括如下步骤：1)将未受热膨胀的发泡材料原体加入到浸渍液原液中，然后混合，形成待发泡浸渍液；2)将预成型纤维增强材料坯放入模具中，打开真空系统，将待发泡浸渍液注入模具中；3)将模具加热至发泡材料原体发泡膨胀，树脂在引发剂作用下交联固化，生成成型产品。模内发泡系统，包括一注入机主体、一模具、一真空系统，包括一混合系统，温度控制系统。
Description
技术领域
本发明涉及材料领域，具体涉及复合材料生产工艺。
背景技术
树脂传递模塑(Resintransfermolding，简称RTM)是将树脂注入到闭合的模具中，浸渍纤维增强材料，并固化的成型方法。是一类技术较为成熟且应用较为广泛的成型工艺。RTM工艺将成为21世纪符合材料产业主要的成型工艺之一。
现在用RTM工艺生产的制品，比重较大,一般为1.7-2；生产中，树脂在模具内流动时，局部易出现死角，影响产品质量。
为了减小制品比重，在树脂基复合材料的生产工艺中，如SMC，BMC等方法往往会在掺入比重很小的中空微珠等轻体材料。但传统的RTM却无法加入中空微珠等轻体材料，因加入中空微珠等轻体材料后，树脂黏度增大，纤维增强材料难于浸渍。
发明内容
本发明的目的在于提供一种树脂基复合材料模内发泡工艺，降低制品的比重，有利于节省能源，用方法可制造低密度RTM制品。
本发明的目的还在于提供一种模内发泡系统，便于完成树脂基复合材料模内发泡工艺，有助于节省成本、提高生产效率。
本发明所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现：
树脂基复合材料模内发泡工艺，其特征在于，包括如下步骤：
1)将未受热膨胀的发泡材料原体加入到浸渍液原液中，然后混合，形成待发泡浸渍液；
2)将预成型纤维增强材料坯放入模具中，打开真空系统，将所述待发泡浸渍液注入模具中；
3)将模具加热至发泡材料原体发泡膨胀，树脂在引发剂作用下交联固化，生成成型产品。
生产过程中，所配制的待发泡浸渍液，不需要加入已经发泡的微珠材料，而是加入未发泡的有机微珠。省去了一个将发泡材料发泡的生产环节，可以节省大量成本。另外，发泡剂颗粒相对于已经发泡成型的有机微珠，体积小几十倍至数百倍以上，更加易于运输和存储，可以有效节省大体积包装费用，运输和存储费用。因为市售的已发泡材料比重轻，在浸渍液混合时，易在空中飞扬，搅拌时，还难于浸渍。再者，使用未发泡的有机微珠，由于其颗粒体积小的原因，混合速度更快，混合也更加均匀，且混合设备体积可以有所减小。
上述步骤1)中，所述发泡材料原体，可以采用发泡温度大于100度的发泡材料原体，优选发泡温度在120～130度左右的发泡材料原体。所述发泡材料原体可以采用在受热后可迅速膨胀的有机微珠，所述有机微珠可以是丙烯酸微珠、酚醛微珠、聚乙烯微珠。步骤1)中的待发泡浸渍液并没有发泡。发泡材料原体的加入量为浸渍液原液的质量的2％-18％。所述的浸渍液原液所用的树脂有不饱和聚脂树脂、乙烯基树脂、环氧树脂、双马来酰亚胺(BMI)和热塑性树脂中的至少一种。
混合发泡材料原体和浸渍液原液的同时，还可以将偶联剂一起混入，以提高在受热后可迅速膨胀的有机微珠与树脂基复合材料间连接的牢固性。
上述步骤2)中，可以通过注入机将所述待发泡浸渍液注入模具中。优选，首先模具预热50℃-60℃中，然后将预成型纤维增强材料坯放入模具中。预成型纤维增强材料坯的增强材料为玻璃纤维、碳纤维、碳化硅纤维和芳纶纤维中的至少一种。预成型纤维增强材料坯可采用手工铺层，编织，针织，热成型连续毡，预成型定向纤维毡，三维编织毡等方法制作。
上述步骤3)中，可以通过压塑机对待发泡浸渍液施加的温度，施加的温度大于或等于所述发泡材料原体的发泡温度。优选给模具加温至130℃-140℃。在加热的过程中，待发泡浸渍液迅速受热后，自行发泡，在加热过程中，热固性的树脂基复合材料液的树脂发生交联反应，从而得到低密度的RTM产品。由于浸渍液在模具内受热膨胀，可有效避免产生死角。
步骤3)后，还可以包括
步骤4)对模具进行快速冷却；
步骤5)脱模，取出产品，清理模具。
模内发泡系统，包括一注入机主体、一模具、一真空系统，其特征在于，包括用于混合发泡材料原体和浸渍液原液的混合系统，所述混合系统包括一搅拌容器，所述搅拌容器连接一搅拌动力系统，所述搅拌动力系统连接一搅拌控制系统；
还包括一温度控制系统，所述温度控制系统包括用于测量所述模具内温度的温度传感器、用于对所述模具内加热的加热器、用于分析所述温度传感器测量信息和控制所述加热器工作状态的温控模块，所述温控模块连接所述温度传感器和所述加热器。
所述温度控制系统还包括一控制面板，所述控制面板上设有一显示屏，所述显示屏连接所述温控模块。所述控制面板上还设有一控制按钮，所述控制按钮连接所述温控模块。以通过显示屏显示所述模具内的温度，通过控制按钮控制所述加热器的开关状态。
所述温度控制系统，还包括一用于测量环境温度的环境温度测量用温度传感器，所述环境温度测量用温度传感器连接所述温控模块。可以通过显示屏显示所述模具所在环境的环境温度。
模内发泡系统便于树脂传递材料在模内实施发泡工艺，可以直观的实现模具内温度精确控制，以便提高产品质量。所生产的产品，具有表面光滑细腻、成品率高等优点。
附图说明
图1为树脂传递模塑材料模内发泡工艺的工艺流程图；
图2为模内发泡的温度控制系统的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合附图，进一步阐述本发明。
参照图1和图2，树脂基复合材料模内发泡工艺，包括如下步骤：1)将未受热膨胀的发泡材料原体加入到浸渍液原液中，然后混合，形成待发泡浸渍液；2)将预成型纤维增强材料坯放入模具中，打开真空系统，将待发泡浸渍液注入模具中；3)将模具加热至发泡材料原体发泡膨胀，树脂在引发剂作用下交联固化，生成成型产品。生产过程中，所配制的待发泡浸渍液，不需要加入已经发泡的微珠材料，而是加入未发泡的有机微珠。省去了一个将发泡材料发泡的生产环节，可以节省大量成本。另外，发泡剂颗粒相对于已经发泡成型的有机微珠，体积小几十倍至数百倍以上，更加易于运输和存储，可以有效节省大体积包装费用，运输和存储费用。因为市售的已发泡材料比重轻，在浸渍液混合时，易在空中飞扬，搅拌时，还难于浸渍。再者，使用未发泡的有机微珠，由于其颗粒体积小的原因，混合速度更快，混合也更加均匀，且混合设备体积可以有所减小。
上述步骤1)中，发泡材料原体，可以采用发泡温度大于100度的发泡材料原体，优选发泡温度在120～130度左右的发泡材料原体。发泡材料原体可以采用在受热后可迅速膨胀的有机微珠，有机微珠可以是丙烯酸微珠、酚醛微珠、聚乙烯微珠。步骤1)中的待发泡浸渍液并没有发泡。发泡材料原体的加入量为浸渍液原液的质量的2％-18％。的浸渍液原液所用的树脂有不饱和聚脂树脂、乙烯基树脂、环氧树脂、双马来酰亚胺(BMI)和热塑性树脂中的至少一种。混合发泡材料原体和浸渍液原液的同时，还可以将偶联剂一起混入，以提高在受热后可迅速膨胀的有机微珠与树脂基复合材料间连接的牢固性。
上述步骤2)中，可以通过注入机将待发泡浸渍液注入模具中。优选，首先模具预热50℃-60℃中，然后将预成型纤维增强材料坯放入模具中。预成型纤维增强材料坯的增强材料为玻璃纤维、碳纤维、碳化硅纤维和芳纶纤维中的至少一种。预成型纤维增强材料坯可采用手工铺层，编织，针织，热成型连续毡，预成型定向纤维毡，三维编织毡等方法制作。为了提高发泡效果，可以在将待发泡浸渍液注入模具的过程中对待发泡浸渍液进行预加热。可以通过下办法实现预加热，注入机的出料口与模具之间设有一注入待发泡浸渍液用管道，注入待发泡浸渍液用管道内设有电加热元件，电加热元件优选陶瓷电加热元件或者电热丝。以通过电加热元件对待发泡浸渍液进行预加热。
上述步骤3)中，可以通过压塑机对待发泡浸渍液施加的温度，施加的温度大于或等于发泡材料原体的发泡温度。优选给模具加温至130℃-140℃。在加热的过程中，待发泡浸渍液迅速受热后，自行发泡，在加热过程中，热固性的树脂基复合材料液的树脂发生交联反应，从而得到低密度的RTM产品。由于浸渍液在模具内受热膨胀，可有效避免产生死角。还可以通过使预成型纤维增强材料坯震动，改善待发泡浸渍液的渗透情况和发泡材料原体的发泡情况。优选通过超声波发生装置向模具处发出超声波来使待发泡浸渍液震动。为防止待发泡浸渍液内发泡材料原体发泡后，体积变大，对模具造成过大压力，模具的上端设有一单向止流阀。过大的浸渍液通过在压力的作用下冲击单向止流阀，由单向止流阀处溢出。
步骤3)后，还可以包括步骤4)对模具进行快速冷却；步骤5)脱模，取出产品，清理模具。
模内发泡系统，包括一注入机主体、一模具、一真空系统，包括一混合系统，混合系统包括一搅拌容器，搅拌容器连接一搅拌动力系统，搅拌动力系统连接一搅拌控制系统，搅拌容器设有一用于加入浸渍液原液的浸渍液原液进料口，还设有一用于加入发泡材料原体的进料口；还包括一温度控制系统，温度控制系统包括用于测量模具内温度的温度传感器4、用于对模具内加热的加热器5、用于分析温度传感器测量信息和控制加热器工作状态的温控模块，温控模块3连接温度传感器4和加热器5。
温度控制系统还包括一控制面板，控制面板上设有一显示屏2，显示屏2连接温控模块3。控制面板上还设有一控制按钮1，控制按钮1连接温控模块3。以通过显示屏显示模具内的温度，通过控制按钮控制加热器的开关状态。温度控制系统，还包括一用于测量环境温度的环境温度测量用温度传感器，环境温度测量用温度传感器连接温控模块。可以通过显示屏显示模具所在环境的环境温度。模内发泡系统便于树脂传递材料在模内实施发泡工艺，可以直观的实现模具内温度精确控制，以便提高产品质量。所生产的产品，具有表面光滑细腻、成品率高等优点。
模内发泡系统，还可以包括一超声波发生装置，超声波发生装置的超声波发射口朝向模具。优选超声波发生装置位于模具的下方，超声波发射口朝向模具的底部。以增加模具底部的振动，提高混合程度。注入机的出料口与模具之间设有一注入待发泡浸渍液用管道，注入待发泡浸渍液用管道内可以设有电加热元件，电加热元件优选陶瓷电加热元件或者电热丝，电热丝优选呈螺旋状的电热丝。以通过电加热元件对待发泡浸渍液进行预加热。为防止待发泡浸渍液内发泡材料原体发泡后，体积变大，对模具造成过大压力，模具的上端设有一单向止流阀。过大的浸渍液通过在压力的作用下冲击单向止流阀，由单向止流阀处溢出。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征以及本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (12)
1.树脂基复合材料模内发泡工艺，其特征在于，包括如下步骤：
1)将未受热膨胀的发泡材料原体加入到浸渍液原液中，然后混合，形成待发泡浸渍液；
2)将预成型纤维增强材料坯放入模具中，打开真空系统，将所述待发泡浸渍液注入模具中；
3)将模具加热至发泡材料原体发泡膨胀，树脂在引发剂作用下交联固化，生成成型产品。
2.根据权利要求1所述的树脂基复合材料模内发泡工艺，其特征在于：步骤1)中，所述发泡材料原体，采用发泡温度大于100度的发泡材料原体。
3.根据权利要求2所述的树脂基复合材料模内发泡工艺，其特征在于：所述发泡材料原体，采用发泡温度在120～130度左右的发泡材料原体。
4.根据权利要求2所述的树脂基复合材料模内发泡工艺，其特征在于：所述发泡材料原体采用在受热后可迅速膨胀的有机微珠，所述有机微珠是丙烯酸微珠、酚醛微珠或聚乙烯微珠。
5.根据权利要求1、2、3或4所述的树脂基复合材料模内发泡工艺，其特征在于：发泡材料原体的加入量为浸渍液原液的质量的2％-18％。
6.根据权利要求1所述的树脂基复合材料模内发泡工艺，其特征在于：步骤2)中，首先将模具预热到50℃-60℃，然后将预成型纤维增强材料坯放入模具中。
7.根据权利要求1所述的树脂基复合材料模内发泡工艺，其特征在于：步骤3)中，通过压塑机对待发泡浸渍液施加的温度，施加的温度大于或等于所述发泡材料原体的发泡温度。
8.根据权利要求7所述的树脂基复合材料模内发泡工艺，其特征在于：给模具加温至130℃-140℃。
9.根据权利要求1-4、6-8中任意一项所述的树脂基复合材料模内发泡工艺，其特征在于：步骤3)后，还包括步骤4)对模具进行快速冷却；步骤5)脱模，取出产品，清理模具。
10.模内发泡系统，包括一注入机主体、一模具、一真空系统，其特征在于，包括用于混合发泡材料原体和浸渍液原液的混合系统，所述混合系统包括一搅拌容器，所述搅拌容器连接一搅拌动力系统，所述搅拌动力系统连接一搅拌控制系统；
还包括一温度控制系统，所述温度控制系统包括用于测量所述模具内温度的温度传感器、用于对所述模具内加热的加热器、用于分析所述温度传感器测量信息和控制所述加热器工作状态的温控模块，所述温控模块连接所述温度传感器和所述加热器。
11.根据权利要求10所述的模内发泡系统，其特征在于：所述温度控制系统还包括一控制面板，所述控制面板上设有一显示屏，所述显示屏连接所述温控模块；
所述控制面板上还设有一控制按钮，所述控制按钮连接所述温控模块。
12.根据权利要求10所述的模内发泡系统，其特征在于：所述温度控制系统，还包括一用于测量环境温度的环境温度测量用温度传感器，所述环境温度测量用温度传感器连接所述温控模块。
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