熱塑性樹脂基編織復(fù)合材料沖壓注射一體化成型方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及編織復(fù)合材料成型方法，特別涉及一種熱塑性樹脂基編織復(fù)合材料沖壓注射一體化成型方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著能源危機和環(huán)境危機的日益突出，汽車輕量化已經(jīng)成為了汽車工業(yè)發(fā)展的必然選擇。纖維增強復(fù)合材料具有比強度比模量高、耐高溫、抗疲勞性好、可設(shè)計性強等優(yōu)點，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于航天航空領(lǐng)域。目前，落后的成型工藝和不成熟的結(jié)構(gòu)設(shè)計技術(shù)成為了先進纖維增強復(fù)合材料在汽車工業(yè)中大規(guī)模應(yīng)用的瓶頸。
[0003]在現(xiàn)有技術(shù)中，常規(guī)的纖維增強復(fù)合材料成型方法主要有手糊成型、纏繞成型、拉擠成型、模壓成型、袋壓成型、注射成型和樹脂傳遞模塑成型(RTM)等。
[0004]然而，這些成型方法具有各自的局限性:例如手糊成型效率低，只適合于小批量生產(chǎn)，且尺寸穩(wěn)定性不易控制。纏繞成型和拉擠成型受限于成型零件形狀和尺寸，只適合成型特定形狀的零件。模壓成型和袋壓成型設(shè)備投資高，產(chǎn)品尺寸受設(shè)備限制。注射成型主要成型短纖維增強復(fù)合材料，不能成型長纖維增強復(fù)合材料。樹脂傳遞模塑成型(RTM)將預(yù)成型和注射樹脂分開進行，不便于自動化和連續(xù)性生產(chǎn)，影響生產(chǎn)和管理效率。同時，這些成型方法主要是針對熱固性的環(huán)氧樹脂，而且生產(chǎn)效率低，成型周期長。
[0005]環(huán)氧樹脂基纖維增強復(fù)合材料廢品不利于回收利用，有悖于可持續(xù)發(fā)展的要求，而熱塑性樹脂基復(fù)合材料可以很好的解決這一難題。熱塑性樹脂復(fù)合材料具有很多的優(yōu)異性能，但是由于熱塑性樹脂的分子量大，粘度高，流動性差，浸潤性差，利用現(xiàn)有的成型技術(shù)質(zhì)量穩(wěn)定性差，生產(chǎn)周期長，生產(chǎn)效率低，勞動強度大，產(chǎn)品尺寸受限，產(chǎn)品表面質(zhì)量只能做到單面光。因此，有必要發(fā)展一種更適合于熱塑性樹脂基復(fù)合材料的成型方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是為了克服現(xiàn)有技術(shù)中纖維增強復(fù)合材料成型方法的生產(chǎn)效率低，且成型周期長的缺陷，提供一種熱塑性樹脂基編織復(fù)合材料沖壓注射一體化成型方法。
[0007]本發(fā)明是通過下述技術(shù)方案來解決上述技術(shù)問題的:一種熱塑性樹脂基編織復(fù)合材料沖壓注射一體化成型方法，其特點在于，所述方法包括以下步驟:
[0008]剪裁編織布:根據(jù)成型零件的幾何形狀和尺寸剪裁編織布；
[0009]模具準(zhǔn)備:將模具上面殘留的污垢打磨掉，進行酸化處理，去除鐵銹；
[0010]鋪層設(shè)計:根據(jù)零件的性能要求，將處理過的編織布按不同的角度鋪設(shè)在準(zhǔn)備好的所述模具上，并施加壓邊力；
[0011]沖壓合模:啟動壓機，使凸模下行，成型編織布預(yù)制件；
[0012]注射樹脂:在合模狀態(tài)下，將配制好的熔融狀態(tài)的樹脂注射進模腔浸潤編織布預(yù)制件；
[0013]保壓固化:保持合模狀態(tài)進行塑化；
[0014]脫模取件:將溫度降低到60°C以下，所述凸模上行，從所述模具中取出制件；
[0015]后處理:在玻璃化溫度和粘流溫度之間進行退火處理，消除殘余應(yīng)力；
[0016]檢驗:通過目測和探傷設(shè)備對制件進行檢驗，檢查孔隙率和氣孔等缺陷，將廢品進行回收利用。
[0017]較佳地，所述剪裁編織布的步驟中還包括以下步驟:
[0018]將剪裁的編織布涂上偶粘劑進行表面處理，增加與樹脂的浸潤性；然后在皂液或者有機溶液中進行清洗，除去偶粘劑的殘留物；最后在80 °C溫度下預(yù)烘3min，在140°C _160°C條件下烘焙7min-15min，進而除去水分。
[0019]較佳地，所述模具準(zhǔn)備步驟中還包括以下步驟:
[0020]利用10%氨水和皂液刷洗去除多余的鹽酸和油污等雜質(zhì)，在模具表面涂上脫模劑，并將模具放入烘箱預(yù)熱，預(yù)熱溫度區(qū)間為(Tg_50) V -(Tg-10) °C，其中Tg表示樹脂玻璃化轉(zhuǎn)變溫度。
[0021]較佳地，所述鋪層設(shè)計步驟中施加壓邊力的大小根據(jù)所述零件形狀和鋪層數(shù)量設(shè)置。
[0022]較佳地，所述沖壓合模步驟中的合模時間為l_2s。
[0023]較佳地，所述注射樹脂步驟中注射溫度T為:Tf〈T〈Td，其中Tf和T d分別為樹脂的粘流溫度和熱分解溫度；注射壓力為40MPa-130MPa ;注射時間為10s-30s。
[0024]較佳地，所述注射樹脂步驟中還包括以下步驟:
[0025]所述樹脂為熱塑性樹脂，將樹脂顆粒在(Tg_60) V -(T-80) °C溫度區(qū)間內(nèi)進行烘焙干燥lh_2h，其中Tg表示樹脂玻璃化轉(zhuǎn)變溫度；
[0026]將干燥過后的樹脂、固化劑和添加劑按一定的配比進行配制；
[0027]將配比好的樹脂加熱到粘流溫度和熱分解溫度區(qū)間內(nèi)進行熔融，并對熔體進行除氣和除雜處理，在通過注塑機注射進模具型腔，浸潤編織布預(yù)制件。
[0028]較佳地，所述保壓固化步驟中采用的塑化壓力為6MPa_20MPa，保溫時間為3min-5min。
[0029]較佳地，所述后處理步驟中的退火時間為lh_2h，且將邊角溢料飛邊切除，并對制件表面進行打磨拋光。
[0030]較佳地，所述剪裁編織布步驟中采用纖維編織布，所述纖維編織布的剪裁尺寸根據(jù)零件的具體幾何尺寸和形狀匹配。
[0031]本發(fā)明的積極進步效果在于:本發(fā)明熱塑性樹脂基編織復(fù)合材料沖壓注射一體化成型方法集成了沖壓成型工藝和注射成型工藝，可以根據(jù)成型零件的受力特點對編織布進行合理的鋪層設(shè)計，編織布柔軟成型性能好，可以成型復(fù)雜型面零件。通過在一定壓力和溫度下注射成型，保證熱塑性樹脂充分浸潤于編織材料的縫隙中。其還可以在沒有預(yù)浸料的情況下完成熱塑性樹脂基編織復(fù)合材料的沖壓注塑一體化成型，便于連續(xù)操作，能夠大大提高生產(chǎn)效率，縮短生產(chǎn)周期，可以推廣應(yīng)用。
【附圖說明】
[0032]本發(fā)明上述的以及其他的特征、性質(zhì)和優(yōu)勢將通過下面結(jié)合附圖和實施例的描述而變的更加明顯，在附圖中相同的附圖標(biāo)記始終表示相同的特征，其中:
[0033]圖1為本發(fā)明熱塑性樹脂基編織復(fù)合材料沖壓注射一體化成型方法的工藝流程圖。
[0034]圖2為本發(fā)明熱塑性樹脂基編織復(fù)合材料沖壓注射一體化成型方法的成型示意圖。
【具體實施方式】
[0035]為讓本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能更明顯易懂，以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實施方式】作詳細(xì)說明。
[0036]在下面的描述中闡述了很多具體細(xì)節(jié)以便于充分理解本發(fā)明，但是本發(fā)明還可以采用其它不同于在此描述的其它方式來實施，因此本發(fā)明不受下面公開的具體實施例的限制。
[0037]圖1為本發(fā)明熱塑性樹脂基編織復(fù)合材料沖壓注射一體化成型方法的工藝流程圖。圖2為本發(fā)明熱塑性樹脂基編織復(fù)合材料沖壓注射一體化成型方法的成型示意圖。
[0038]如圖1和圖2所示，本發(fā)明的一個實施例中公開了一種熱塑性樹脂基編織復(fù)合材料沖壓注射一體化成型方法，本實施例以成型一個方形盒件為例，熱塑性樹脂選擇聚丙烯(PP)、編織布選擇平紋碳纖維T700-3K。所述熱塑性樹脂基編織復(fù)合材料沖壓注射一體化成型方法包括以下步驟:
[0039]步驟一、剪裁編織布:根據(jù)成型零件的幾何形狀和尺寸剪裁編織布。
[0040]所述剪裁編織布步驟中采用纖維編織布，所述纖維編織布的剪裁尺寸根據(jù)零件的具體幾何尺寸和形狀匹配。
[0041]具體地，將剪裁的編織布涂上偶粘劑進行表面處理，增加與樹脂的浸潤性。例如根據(jù)成型零件的幾何形狀和尺寸將碳纖維編織布T700-3K剪裁成方形，并對其進行表面處理。然后在皂液或者有機溶液中進行清洗，除去偶粘劑(RC00Cr2(0H)C14)的殘留物。最后在80°C溫度下預(yù)烘3min，在140°C _160°C條件下烘焙7min_15min，優(yōu)選地在150°C下烘焙lOmin，進而除去水分。
[0042]步驟二、模具準(zhǔn)備:將模具上面殘留的污垢打磨掉，進行酸化