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CN108394109A - 一种预埋件、制备方法及包含该预埋件的复合材料结构 - Google Patents

一种预埋件、制备方法及包含该预埋件的复合材料结构 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种复合材料预埋件、制备方剂及包含该预埋件的复合材料结构，该预埋件为单向或多向浸渍树脂并固化的纤维束构成的稀疏网状或片状结构；所述预埋件可预埋到纤维铺层中，使用树脂导入工艺制造复合材料及超混杂复合材料部件；所述预埋件在复合材料成型过程中为树脂流动提供流道，提高树脂的浸渍效果；成型后和复合材料形成均一的整体，不降低复合材料的性能。使用该预埋件预埋到织物中，再导入树脂，具有树脂浸润快，树脂中未排或残存的气泡极易导出，消除干斑等优势。所述预埋件还可用于其它阻碍树脂导流的预成型件与织物铺层的一次灌注成型，金属和玻璃纤维超混杂复合材料的层合成型等方面。

Description

一种预埋件、制备方法及包含该预埋件的复合材料结构
技术领域
本发明涉及复合材料预埋件及复合材料结构。
背景技术
将树脂导入预置的纤维铺层，是纤维增强聚合物基复合材料(下面简称复合材料)应用最为广泛的工艺之一，包括真空辅助树脂传递法(VARTM)、树脂传递模塑法(RTM)、真空辅助渗透法(VARI)、反应注射成型(RIM)等具体工艺方法。为了提高树脂的浸渍性，使树脂完全、快速的充满纤维铺层，使用上述工艺制造复合材料制品，特别是制造厚制品时，需要引入导流介质。
一般情况下，可以在复合材料增强层外部铺设以聚丙烯(PP)等材料制成的导流网，待树脂固化、复合材料成型完成后，再将导流网移除、丢弃。这种方法通常不影响复合材料本体的性能，但会产生很多一次性使用的废弃物，既增加材料成本，增加施工工作量，而且又不环保。
如果需要在复合材料增强层中间引入导流介质，目前主流为使用玻璃纤维或聚丙烯(PP)长纤维连续毡。长纤维连续毡最大的劣势是容易积聚树脂中残存的气泡且难以导出，导致成型的复合材料部件出现泛白的现象，影响复合材料的性能。且该织物会增加树脂含量，最终影响复合材料的性能且使得产品的重量增加、成本上升。
另外，在复合材料中，需要预埋金属件或其它嵌入件制成超混杂复合材料时，也会引起树脂浸渍不良的情况发生。
发明内容
本发明目的之一是提供一种复合材料预埋件，在不降低复合材料性能的前提下，提高树脂的浸渍性，减少复合材料中的泛白、气泡等缺陷；提高树脂的浸渍速度，提高生产效率，降低成本；提高纤维含量，提高产品性能；并提高树脂导入工艺的环保性，解决可持续发展问题。
本发明的另一个目的是提供一种包含上述预埋件的复合材料，同时提供了一种制备上述预埋件的方法。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种复合材料预埋件，预埋件为单向或多向浸渍树脂并固化的纤维束构成的有间隙的网状或片状结构；
所述预埋件可预埋到纤维铺层中，使用树脂导入工艺制造复合材料及超混杂复合材料部件；
所述预埋件在复合材料成型过程中为树脂提供流道，提高树脂的浸渍效果；
成型后和复合材料形成均一的整体，不降低复合材料的性能。
所述的树脂导入工艺指的是复合材料真空辅助树脂传递、树脂传递模塑、真空辅助渗透、反应注射成型及其组合与改进。
作为本发明所述的复合材料预埋件的一种优选方案，所述的树脂包括环氧树脂、不饱和聚酯树脂、乙烯基酯树脂、聚氨酯树脂、丙烯酸树脂、酚醛树脂及其组合与改性产物。
作为本发明所述的复合材料预埋件的一种优选方案，所述的纤维束为玻璃纤维、玄武岩纤维、芳纶纤维、碳纤维、碳化硅纤维、涤纶纤维、丙纶纤维、腈纶纤维、尼龙纤维丝束及其复合。
作为本发明所述的复合材料预埋件的一种优选方案，所述的纤维束为10～8000tex，优选地，所述的纤维束为50～800tex。
上述预埋件中，所述的有间隙的网状或片状结构指的是纤维束之间留有间隙，间隙率为10％-90％，优选地为30％-70％，此处及本文中的空隙率指的是预埋件中空隙的体积占预埋件总体积的比率。
本发明同时公开了一种复合材料结构，该材料由多层结构形成，至少预埋有一层结构为上述预埋件，通过树脂导入工艺制备上述复合材料。
本发明同时公开了预埋件的制备方法，其中一种为将未浸渍树脂的纤维束排列、编织、缝编制成稀疏网状或片状结构，然后浸渍树脂并固化制成。
另一种方法为先将纤维束浸润树脂，然后将浸润了树脂后的纤维束排列、编织、缝编或粘接成稀疏网状或片状结构，最后使树脂固化。或者先将纤维束浸润树脂，然后进行固化，固化后再排列、编织、缝编或粘接成稀疏网状或片状结构。
附图说明
图1为一种较佳的使用±45°纤维束构成的预埋件；
图2为一种较佳的使用0°/90°纤维束构成的预埋件；
图3为一种较佳的使用0°(单向)纤维束构成的预埋件；
图4为实施例2所述预埋了预埋件的立体结构示意图；
图5为实施例3预埋了1层预埋件及阻碍导流结构的立体结构示意图；
图6为实施例4预埋了多层预埋件及阻碍导流结构的立体结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
实施例1
如图1-3所示，为三种典型结构的复合材料预埋件，其中图1是±45°纤维束构成的预埋件，包括2层纤维束层，每层纤维束由多束同方向排列的纤维束组成，纤维束之间一般采用粘接固定以形成稀疏的间隙，两层纤维束层的纤维束排布方向分别为±45°，最终的预埋件为有间隙的网状或片状，有间隙的网状或片状结构指的是纤维束之间留有间隙，间隙率为10％-90％，优选地为30％-70％。
图2是使用0°/90°纤维束构成的预埋件，包括2层纤维束层，每层纤维束由多束同方向排列的纤维束组成，纤维束之间一般采用粘接固定以形成稀疏的间隙，两层纤维束层的纤维束排布方向分别为0°/90°。
图3为使用0°(单向)纤维束构成的预埋件，包括1层纤维束层，由多束同方向排列的纤维束组成，纤维束之间一般采用纱线缝编固定以形成稀疏的间隙。
通过将预埋件预埋在纤维铺层中，在复合材料成型过程中为树脂提供流道，提高树脂的浸渍效果；待复合材料成型后又和复合材料形成均一的整体，不影响复合材料的性能。
实施例2
一种复合材料结构，结构如图4所示，由上到下依次为玻璃纤维多轴向布层01、预埋件02、玻璃纤维多轴向布层01、预埋件02。其制备过程如下：
在模具上，依次铺设玻璃纤维多轴向布层01、预埋件02、玻璃纤维多轴向布层01、预埋件02，其中玻璃纤维多轴向布层01由10层3AX(0°/±45°)1200g/m2多轴向布形成，最后铺设脱模布，真空袋，在-0.095MPa真空度下，灌注专用低粘度环氧树脂，测试灌注时间为25分钟。
待树脂固化后脱模，除去真空袋、脱模布，测试产品厚度约为17mm，产品外观透明。
实施例3
一种复合材料结构，结构如图5所示，由上到下依次为玻璃纤维多轴向布层01、预埋件02、钢板层03。其制备过程如下：
在模具上，依次铺设玻璃纤维多轴向布层01、预埋件02、钢板层03，其中玻璃纤维多轴向布层01由2层3AX(0°/±45°)1200g/m2多轴向布形成，最后铺设脱模布，真空袋，在-0.095MPa真空度下，灌注专用低粘度环氧树脂，测试灌注时间为10分钟。待树脂固化后脱模，除去真空袋、脱模布，测试产品厚度约为4.1mm。
实施例4
一种包含预埋件的复合材料，结构如图6所示，由上到下依次为玻璃纤维多轴向布层01、预埋件02、钢板层03、预埋件02、钢板层03、预埋件02、玻璃纤维多轴向布层01。其制备过程如下：
在模具上，依次铺设玻璃纤维多轴向布层01、预埋件02、钢板层03、预埋件02、钢板层03、预埋件02、玻璃纤维多轴向布层01，其中玻璃纤维多轴向布层01由2层3AX(0°/±45°)1200g/m2多轴向布形成，最后铺设脱模布，真空袋，在-0.095MPa真空度下，灌注专用低粘度环氧树脂，测试灌注时间为16分钟。
对比例1
不使用任何导流材料，其它制备步骤包括玻璃纤维铺层(玻璃纤维多轴向布层)、使用树脂、灌注距离、真空压力等参数和实施例2保持一致，测试灌注时间为80分钟。
待树脂固化后脱模，除去真空袋、脱模布，测试产品厚度为17.5mm，产品外观半透明。
对比例2
不使用预埋件，在脱模布外铺设1层导流网，其它制备步骤包括玻璃纤维铺层(玻璃纤维多轴向布层)、使用树脂、灌注距离、真空压力等参数和实施例2一致，测试灌注时间为40分钟。
待树脂固化后脱模，除去真空袋、脱模布、导流网，测试产品厚度为17mm，产品外观半透明。
对比例3
将实施例2中的预埋件换为玻璃纤维连续毡，其它制备步骤包括玻璃纤维铺层(玻璃纤维多轴向布层)、使用树脂、灌注距离、真空压力等参数和实施例2一致，测试灌注时间为32分钟。
待树脂固化后脱模，除去真空袋、脱模布，测试产品厚度为17.6mm，产品外观半透明。
结果分析
通过对比例1、2、3与实施例2的灌注时间对比可以看出，导流速度为实施例2>对比例3>对比例2>对比例1，使用本专利所述预埋件，导流速度不仅比未使用任何导流介质更快，而且比使用导流网和玻璃纤维连续毡导流速度更快；比较最终产品的厚度可发现，使用本专利所述预埋件的产品厚度最低，这说明其树脂含量最低；比较最终产品的外观发现，其透明度为实施例2>对比例2>对比例1>对比例3，使用本专利所述预埋件的产品透明度最好，说明其纤维浸渍最好，气泡最少。
通过将预埋件预埋在纤维铺层中，在复合材料成型过程中为树脂流动提供流道，提高树脂的浸渍效果；待复合材料成型后又和复合材料形成均一的整体，不影响复合材料的性能。
虽然说明书中对本发明的实施方式进行了说明，但这些实施方式只是作为提示，不应限定本发明的保护范围。在不脱离本发明宗旨的范围内进行各种省略、置换和变更均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种复合材料预埋件，其特征在于：预埋件为单向或多向浸渍树脂并固化的纤维束构成的有间隙的网状或片状结构；
所述预埋件可预埋到纤维铺层中，使用树脂导入工艺制造复合材料及超混杂复合材料部件；
所述预埋件在复合材料成型过程中为树脂提供流道，提高树脂的浸渍效果；
成型后和复合材料形成均一的整体。
2.根据权利要求1所述的复合材料预埋件，其特征在于：树脂导入工艺指的是复合材料真空辅助树脂传递、树脂传递模塑、真空辅助渗透、反应注射成型及其组合与改进。
3.根据权利要求1所述的复合材料预埋件，其特征在于：所述的树脂包括环氧树脂、不饱和聚酯树脂、乙烯基酯树脂、聚氨酯树脂、丙烯酸树脂、酚醛树脂及其组合与改性产物。
4.根据权利要求1所述的复合材料预埋件，其特征在于：所述的纤维束为玻璃纤维、玄武岩纤维、芳纶纤维、碳纤维、碳化硅纤维、涤纶纤维、丙纶纤维、腈纶纤维、尼龙纤维丝束及其复合。
5.根据权利要求1所述的复合材料预埋件，其特征在于：所述的纤维束的线密度为10～8000tex，优选地，所述的纤维束的线密度为50～800tex。
6.根据权利要求1所述的复合材料预埋件，其特征在于：所述的有间隙的网状或片状结构指的是纤维束之间留有间隙，间隙率为10％-90％，优选地为30％-70％。
7.一种复合材料结构，其特征在于：由多层结构形成，至少预埋有一层结构为权利要求1-6任一项所述的预埋件。
8.一种制备权利要求1-6任意一项所述预埋件的方法，其特征在于：将未浸渍树脂的纤维束制成网状或片状，然后浸渍树脂并固化制成。
9.一种制备权利要求1-6任意一项所述预埋件的方法，其特征在于：将纤维束先浸润树脂，然后将浸润了树脂后的纤维束排列、编织、缝编或粘接成稀疏的网或者片，最后使树脂固化。
10.一种制备权利要求1-6任意一项所述预埋件的方法，其特征在于：将纤维束浸润树脂，然后进行固化，固化后再排列、编织、缝编或粘接成稀疏的网或者片。
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