拉擠成型制備光固化復(fù)合材料、其制備方法及應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于紫外光固化快速成型方法的技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及到一種利用拉擠成型 的方法制備光固化復(fù)合材料及其應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002] 復(fù)合材料是應(yīng)現(xiàn)代科學技術(shù)發(fā)展涌現(xiàn)出的具有極大生命力的材料，它由兩種或兩 種以上性質(zhì)不同的材料，通過各種工藝手段組合而成。復(fù)合材料的各個組成材料在性能上 起協(xié)同作用，得到單一材料無法比擬的優(yōu)越的綜合性能，它已成為當代一種新型的工程材 料。復(fù)合材料具有剛度大、強度高、重量輕的優(yōu)點，而且可根據(jù)使用條件的要求進行設(shè)計和 制造，以滿足各種特殊用途，從而極大的提高工程結(jié)構(gòu)的效能。
[0003] 樹脂基復(fù)合材料以其輕質(zhì)、高強度、力學性能可設(shè)計等優(yōu)點而被廣泛應(yīng)用于航空 航天、化工、造船、機械、建材等領(lǐng)域的結(jié)構(gòu)材料中，特別是碳纖維復(fù)合材料，由于碳纖維的 力學性能是目前所有纖維材料中最好的，遠遠高于玻璃纖維，與相關(guān)基材復(fù)合，可以大幅度 提高復(fù)合材料的綜合機械性能，受到了廣泛的關(guān)注。但是，現(xiàn)有的復(fù)合材料成型工藝存在著 生產(chǎn)周期長、生產(chǎn)效率低等缺陷，同時還存在嚴重的污染，因此工業(yè)上需要一種綠色環(huán)保的 快速成型樹脂基復(fù)合材料的技術(shù)。
[0004] 拉擠成型是復(fù)合材料成型工藝中的一種特殊工藝，其優(yōu)點是：①生產(chǎn)過程完全實 現(xiàn)自動化控制，生產(chǎn)效率高；②拉擠成型制品中纖維含量可高達80 %，浸膠在張力下進行， 能充分發(fā)揮增強材料的作用，產(chǎn)品強度高；③制品縱、橫向強度可任意調(diào)整，可以滿足不同 力學性能制品的使用要求；④生產(chǎn)過程中無邊角廢料，產(chǎn)品不需后加工，故較其它工藝省 工，省原料，省能耗；⑤制品質(zhì)量穩(wěn)定，重復(fù)性好，長度可任意切斷。
[0005] 光固化技術(shù)的特點主要是節(jié)能環(huán)保和固化速度快。但是利用光固化技術(shù)制備復(fù)合 材料也存在一定的局限性，特別是光固化技術(shù)需要在光照條件下固化成型，因此要求成型 模具透明，也限制了增強材料的種類和尺寸，因此現(xiàn)有的光固化技術(shù)只能成型很薄的（3mm 左右）玻璃纖維復(fù)合材料，幾乎不能夠成型碳纖維復(fù)合材料，這使光固化技術(shù)在復(fù)合材料 領(lǐng)域的應(yīng)用受到了很大的限制。
[0006] 本發(fā)明采用光固化技術(shù)與拉擠成型相結(jié)合，即基于光固化機理與技術(shù)，但光照過 程與成型過程完全分開，在成型過程中對模具和增強材料是否透光沒有要求；整個過程可 以在室溫條件下完成，節(jié)能環(huán)保；光固化技術(shù)的固化速度快，可以顯著的提高拉擠成型的成 型速率，成型速度更快；整個過程不需要經(jīng)過膠槽，體系需要的樹脂經(jīng)過計量噴涂，不但可 以有效的緩解樹脂由于重力引起的下流問題，而且整個過程幾乎不會有廢膠產(chǎn)生。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的目的是提供一種光固化復(fù)合材料，其制備方法及應(yīng)用，此技術(shù)制備工藝 簡單，固化速率快，生產(chǎn)效率高，可以替代傳統(tǒng)的復(fù)合材料生產(chǎn)技術(shù)。
[0008] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案。
[0009] -種拉擠成型的光固化纖維增強復(fù)合材料的制備方法，包括如下步驟：
[0010] (1)將低聚物和陽離子光引發(fā)劑按一定比例混合均勻；在紫外光照射下攪拌，使 陽離子光引發(fā)劑光解，得到均勻液體A ;所述陽離子光引發(fā)劑的質(zhì)量分數(shù)占均勻液體A的 0.1 wt % -80wt% ；
[0011] (2)將樹脂，活性稀釋劑與助劑混合，得到均勻液體B ;活性稀釋劑液體B的質(zhì)量分 數(shù)為0_80wt %，助劑占液體B的質(zhì)量分數(shù)為O-IOwt % ;
[0012] (3)將液體A與液體B兩種物料分別經(jīng)由各自的抽料栗從料桶輸送至主機進行計 量，加壓，然后輸送至噴槍，在噴槍混合后按噴至纖維或其制品表面；液體A的質(zhì)量分數(shù)占 混合后液體的〇· 1% wt-50wt% ;
[0013] (4)調(diào)控拉擠模具的溫度在_15°C -200°C范圍內(nèi)，光固化纖維增強復(fù)合材料將在 模具中固化成型。
[0014] 上述制備方法的步驟（1)中的樹脂為聚醚多元醇類，聚二醇醚類，聚乙二醇，聚氧 丙二醇。
[0015] 上述制備方法的步驟（1)中所述的陽離子光引發(fā)劑包括碘鑰鹽，硫鑰鹽和鐵芳烴 中的一種或幾種。
[0016] 上述制備方法的步驟（2)中的樹脂包括環(huán)氧樹脂，乙烯基醚和氧雜環(huán)化合物中的 一種或幾種；環(huán)氧樹脂為雙酚A環(huán)氧樹脂，或雙酚F環(huán)氧樹脂，或酚醛環(huán)氧樹脂，或二環(huán)氧化 聚烯烴化合物，或萘系環(huán)氧樹脂，或脂肪族環(huán)氧樹脂，或脂環(huán)族環(huán)氧樹脂。
[0017] 上述制備方法的步驟（2)中的活性稀釋劑為環(huán)氧單體，乙烯基醚單體和氧雜環(huán)單 體。
[0018] 上述制備方法的步驟（2)中所述助劑占液體B的質(zhì)量分數(shù)為O-lOwt%，助劑可以 根據(jù)實際需要添加蠟，硅烷偶聯(lián)劑，顏料等。
[0019] 上述制備方法的步驟（1)中所述陽離子光引發(fā)劑占液體A的質(zhì)量分數(shù)為 0. 5wt % -80wt % 〇
[0020] 上述制備方法的步驟（4)中所述溫度條件為彡-15°c，優(yōu)選彡15°C，溫度越高，其 固化速度將會越快。
[0021] 上述制備方法的步驟（3)中所述的纖維可以是碳纖維、玻璃纖維、尼龍纖維、聚丙 烯纖維、金屬纖維等。
[0022] 上述制備方法的步驟（3)中所述的纖維及其制品的厚度彡5mm，優(yōu)選彡2mm，其厚 度較薄的情況下，更容易使樹脂均勻的浸潤纖維及其制品；控制厚度還有利于減小單位面 積的噴涂量，可以有效的緩解樹脂由于重力引起的下流問題。
[0023] 上述制備方法中，步驟（1)中所述的用紫外光照射的目的是使體系中的陽離子光 引發(fā)劑完全光解。
[0024] 本發(fā)明涉及的光聚合方法為陽離子光聚合，有后固化行為，可以通過對固化成型 的復(fù)合材料進彳丁尚溫后固化處理以提尚其性能。
[0025] 本發(fā)明的制備方法中，所述助劑的種類及用量，復(fù)合材料的形狀，成型的工藝對本 領(lǐng)域技術(shù)人員而言是容易想到的。
[0026] 本發(fā)明還公開一種光固化復(fù)合材料，是利用上述制備方法制備而成。
[0027] 本發(fā)明涉及到的上述光固化復(fù)合材料的應(yīng)用領(lǐng)域與利用傳統(tǒng)方法制備的復(fù)合材 料的應(yīng)用領(lǐng)域一致。
[0028] 本發(fā)明的工藝原理是：本發(fā)明將陽離子光引發(fā)劑與聚醚多元醇類等不易揮發(fā)的低 聚物混合，以攪拌光照的形式使其光解（得到光引發(fā)劑體系PI);光解后生成的活性基團均 勻的分散在液體中，聚醚多元醇類等低聚物在體系中充當鏈轉(zhuǎn)移劑，使生成的陽離子基團 的活性一直穩(wěn)定存在；解決了不利于長期儲存的問題。
[0029] 陽離子光引發(fā)劑與聚醚多元醇類等不易揮發(fā)的低聚物混合后，整體與陽離子光固 化樹脂的溶解性會提高，更容易快速混合均勻，解決了其溶解性的問題。
[0030] 活性基團均勻分散到了聚醚多元醇類等低聚物中，降低了活性基團的濃度，從而 光引發(fā)劑體系PI在與光固化樹脂混合過程中，有較長的誘導期，不會瞬間出現(xiàn)凝膠團，同 時可以通過控制體系溫度來控制整個體系的反應(yīng)速度和誘導期，在誘導期階段完成光固化 樹脂對纖維增強材料的浸潤，并排除體系中可能存在的氣泡；誘導期結(jié)束后，整個體系將會 快速反應(yīng)，得到需要的復(fù)合材料。同時，聚醚多元醇類等低聚物中含有羥基，最終會與環(huán)氧 基團結(jié)合，因此整個過程中不會有溶劑揮發(fā)；誘導期結(jié)束后，其反應(yīng)速度與光固化成型的速 度相似，最終制備得到的復(fù)合材料性能與傳統(tǒng)固化方法固化得到的復(fù)合材料性能相似甚至 更加優(yōu)異。
[0031 ] 通過將液體A和液體B分別經(jīng)由各自的抽料栗從料桶輸送至主機進行計量，加壓， 輸送至噴槍，在噴槍混合后噴出，整個過程通過嚴格的計量控制，可以設(shè)計復(fù)合材料中樹脂 的含量，不但可以有效的緩解樹脂由于重力引起的下流問題，而且避免了廢膠的產(chǎn)生，既提 高了復(fù)合材料的性能，又節(jié)約原料。
[0032] 利用該技術(shù)制備樹脂基復(fù)合材料既保證了復(fù)合材料的性能，同時也具有光固化技 術(shù)快速，節(jié)能，環(huán)保等優(yōu)點，進一步縮短了樹脂基復(fù)合材料的生產(chǎn)周期，提高了生產(chǎn)效率，工 藝簡單，可替代傳統(tǒng)的復(fù)合材料成型工藝。
【附圖說明】：
[0033] 圖1是本發(fā)明中拉擠成型工藝流程圖；
[0034] 圖中：1、紗輪；2、纖維束、纖維布、針織氈等；3、穿紗板；4、噴頭；5、拉擠模具。
【具體實施方式】
[0035] 下面通過優(yōu)選實施例對本發(fā)明的技術(shù)方案做進一步說明，以下實施例有助于本領(lǐng) 域的技術(shù)人員進一步理解本發(fā)明，但不應(yīng)將其理解為對本發(fā)明保護范圍的限制。應(yīng)當指出 的是，對本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改 進。這些都屬于本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
[0036] 實施例1 :
[0037] 步驟1、在聚乙二醇（Mn = 200)中加入質(zhì)量分數(shù)為5wt% (質(zhì)量分數(shù)是占液體A 的質(zhì)量分數(shù)）的三芳基六氟銻酸硫鑰鹽，一邊攪拌一邊用高壓汞燈以lOOmw/cm2的光強持 續(xù)照射30min，攪拌光照結(jié)束后得到均勻液體A ;
[0038] 步驟2、將雙酚A環(huán)氧樹脂和氧雜環(huán)丁烷按質(zhì)量比4:1的比例混合均勾，得到均勻 液體B ;
[0039] 步驟3、在牽引機的拉力下，將酸性處理過的玻璃纖維束從紗架的紗軸中抽出，控 制纖維束的厚度為0. 1mm，寬度為20cm，牽伸速率為lm/min ;
[0040] 步驟4、用抽料栗將A，B按1:9的質(zhì)量比例分別從料桶輸送至主機，加壓，在噴頭 中混合均勻，按18. 5g/min的速率將混合樹脂均勻的噴