本發(fā)明涉及一種樹脂-纖維復合材料及其真空袋壓成型的方法。

背景技術：

真空袋壓成型的方法是復合材料成型工藝中通常采用的方法之一，現(xiàn)有的真空袋壓成型的方法通常是將形成復合材料的預浸料放置于由模具和真空袋組合而成的成型空間中，并在該預浸料層上鋪上如透氣膜、吸膠氈等材料層，通過對由模具和真空袋組合而成的成型空間抽真空，使得預浸料層能夠在真空環(huán)境下，借助負壓抽吸，使得預浸料中的樹脂能夠均勻地滲入到纖維等增強體材料中，從而獲得均勻地滲透有樹脂的復合材料。

但是現(xiàn)有的真空袋壓成型的方法制得的復合材料往往存在較多表面缺陷，例如缺膠、針眼等。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有的真空袋壓成型的方法難以制得的表面質(zhì)量良好的復合材料的缺陷，提供了一種能夠獲得表面質(zhì)量良好的預浸料真空袋壓成型的方法。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種樹脂-纖維復合材料的真空袋壓成型的方法，該方法在真空袋壓成型裝置中進行，所述真空袋壓成型裝置包括真空袋和模具，其中，所述真空袋和模具圍成空間a，該方法包括：

(1)將含有樹脂和纖維的預浸料層設置于空間a中且設置于模具的表面上，在所述真空袋外圍設置空間b，在使得空間a的真空度為-0.02MPa以下且空間a的真空度小于空間b的真空度的條件下，對預浸料層進行第一階 段的加熱固化；

(2)在使得空間a的真空度為-0.02MPa以下且空間a的真空度小于空間b的真空度的條件下，對預浸料層進行第二階段的加熱固化；

其中，定義步驟(1)中空間b與空間a的絕對壓差為n，定義步驟(2)中空間b與空間a的絕對壓差為m，則n＜m。

本發(fā)明還提供了由上述方法制得的樹脂-纖維復合材料。

通過采用本發(fā)明的方法，能夠較為更為簡單、方便地制得表面質(zhì)量良好的樹脂-纖維復合材料。

本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點將在隨后的具體實施方式部分予以詳細說明。

附圖說明

附圖是用來提供對本發(fā)明的進一步理解，并且構成說明書的一部分，與下面的具體實施方式一起用于解釋本發(fā)明，但并不構成對本發(fā)明的限制。在附圖中：

圖1是根據(jù)本發(fā)明的一種優(yōu)選的實施方式的將真空袋壓成型裝置置于罩殼下的示意圖。

圖2是真空袋壓成型裝置示意圖。

圖3是實施例1所得的樹脂-纖維復合材料的照片。

圖4是實施例2所得的噴漆后的樹脂-纖維復合材料的照片。

圖5是實施例3所得的樹脂-纖維復合材料的照片。

圖6是實施例4所得的樹脂-纖維復合材料與模具貼合的面的照片。

圖7是實施例4所得的樹脂-纖維復合材料與模具相對的面的部分區(qū)域的照片。

圖8是對比例1所得的樹脂-纖維復合材料的照片。

附圖標記說明

1——模具；2——抽真空管；3——預浸料；5——可剝層；

6——吸膠層；7——脫模層；8——覆蓋板；

9——空氣泄放箱；10——真空袋；11——密封件；12——罩殼；

13——抽真空口；a——空間a；b——空間b

具體實施方式

以下對本發(fā)明的具體實施方式進行詳細說明。應當理解的是，此處所描述的具體實施方式僅用于說明和解釋本發(fā)明，并不用于限制本發(fā)明。

在本發(fā)明中，所述真空度指的是空間所在的絕對壓力減去大氣壓所得的差值。例如空間a的真空度即是指空間a的絕對壓力減去大氣壓后的壓力差值。

本發(fā)明提供一種樹脂-纖維復合材料的真空袋壓成型的方法，該方法在真空袋壓成型裝置中進行，所述真空袋壓成型裝置包括真空袋10和模具1，其中，所述真空袋10和模具1圍成空間a，該方法包括：

(1)將含有樹脂和纖維的預浸料層設置于空間a中且設置于模具1的表面上，在所述真空袋10外圍設置空間b，在使得空間a的真空度為-0.02MPa以下且空間a的真空度小于空間b的真空度的條件下，對預浸料層進行第一階段的加熱固化；

(2)在使得空間a的真空度為-0.02MPa以下且空間a的真空度小于空間b的真空度的條件下，對預浸料層進行第二階段的加熱固化；

其中，定義步驟(1)中空間b與空間a的絕對壓差為n，定義步驟(2)中空間b與空間a的絕對壓差為m，則n＜m。

根據(jù)本發(fā)明，對所述預浸料層并沒有特別的限定，本發(fā)明的方法適用于本領域常規(guī)的各種預浸料層的制備樹脂-纖維復合材料的過程。所述預浸料 層是由預浸料層鋪構成。所述預浸料例如可以通過膠膜延壓兩步法進行制備。所述膠膜延壓兩步法例如可以包括：(1)熔融樹脂并將樹脂熔融液涂布成膠膜；(2)將所述膠膜滲入或部分滲入纖維材料。步驟(1)中，熔融樹脂的條件可以包括：將樹脂于50-80℃的溫度下烘烤1-3h。步驟(2)可以通過50-80℃下熱輥將制得的膠膜滲入或部分滲入所述纖維材料。

本發(fā)明對作為預浸料的主要成分之一的樹脂并無特別的限定，可以采用本領域常規(guī)的各種制備樹脂-纖維復合材料的樹脂，例如可以采用環(huán)氧樹脂、酚醛環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂、氰酸酯樹脂、雙馬來酰亞胺、聚酰亞胺等中的一種或多種。具體地，所述樹脂優(yōu)選為由30-60重量％的E20環(huán)氧樹脂、40-70重量％的E51環(huán)氧樹脂、5-15重量％的E44環(huán)氧樹脂和5-15重量％的F44環(huán)氧樹脂組成的樹脂組合物。除此之外，所述樹脂中還可以添加其他的添加劑成分，例如用于增韌作用的丁腈橡膠(用量可以是10-35重量份，相對于100重量份的樹脂組合物)，阻燃劑(用量可以是30-80重量份，相對于100重量份的樹脂組合物)，用作交聯(lián)劑的雙氰胺(用量可以是5-15重量份，相對于100重量份的樹脂組合物)，用作促進劑的改性咪唑(用量可以是1-5重量份，相對于100重量份的樹脂組合物)等中的一種或多種。

根據(jù)本發(fā)明，對預浸料中，樹脂和纖維的用量并無特別的限定，可以在較寬的范圍內(nèi)變動，例如基于纖維的總重量，所述樹脂的含量為20-63重量％(優(yōu)選為22-40重量％)。

根據(jù)本發(fā)明，所述纖維材料例如可以為天然絲、玻璃纖維和合成纖維等中的一種或多種，可以是以纖維布的形式與上述樹脂結合。

根據(jù)本發(fā)明，如圖1所示的，空間a是由真空袋10和模具1圍成的腔體空間；空間b則是所述真空袋(10)外圍設置的空間，該空間通過真空袋(10)的隔離使得空間a和b隔離開來，如圖1所示的，在真空袋(10)外部設置罩殼(12)，該罩殼(12)與模具(1)連接形成的空間將真空袋(10) 封閉其內(nèi)，所述真空袋(10)和所述罩殼(12)圍成空間b；而圖2中，罩殼撤去后，則可認為將真空袋壓成型裝置置于了大氣壓環(huán)境中，真空袋(10)的外圍即為大氣壓環(huán)境，那么大氣壓環(huán)境可認為為空間b。

根據(jù)本發(fā)明，步驟(1)將含有樹脂和纖維的預浸料層設置于空間a中且設置于模具表面上，同時，在所述真空袋(10)外圍設置空間b，在使得所述空間a的真空度為-0.02MPa以下且所述空間a的真空度小于空間b的真空度的條件下，對預浸料層進行第一階段的加熱固化，這樣可以使得真空袋10外圍的空間b也具有一定的負壓，但是該空間b的壓力大于空間a的壓力，這樣就可以使得的真空袋10能夠受到空間b給予的一定的擠壓，但是該擠壓并不如直接置于大氣壓以上的壓力強，并且此時空間b與空間a的絕對壓差為n比步驟(2)中空間b與空間a的絕對壓差要小，從而可以通過兩個加熱固化階段這種壓力的變化，來獲得表面質(zhì)量效果好的復合材料。由此，步驟(1)的第一階段的加熱固化便在這樣的受壓情況下進行。

優(yōu)選情況下，步驟(1)中，空間b的真空度為-0.01MPa以下，更優(yōu)選為-0.09MPa以上且-0.05MPa以下。

優(yōu)選情況下，步驟(1)中，所述空間a的真空度為-0.09MPa以下且-0.1MPa以上。

其中，如圖1所示的，空間a的負壓可以通過口真空管2來獲得，而空間b的負壓可以通過罩殼12上設置的抽真空口13獲得。

根據(jù)本發(fā)明，為了能夠獲得表面質(zhì)量更為良好的復合材料，所述預浸料層上還可以設置有本領域常規(guī)采用的各種層，例如步驟(1)的預浸料層上依次設置有可剝層5、吸膠層6、脫模層7和覆蓋板8，并且它們都設置在空間a中。

其中，所述可剝層5通常為多孔的可剝層，通過該層可以使得多余的樹脂透過該層能被吸膠層和脫膜層等吸收，例如可以采用PE、PET、尼龍等材 料的來作為這里的可剝層。

其中，所述吸膠層6具有吸收多余樹脂的作用，例如可以采用尼龍、聚酯等材料的來作為這里的吸膠層。

其中，所述脫模層7通常為編織布狀態(tài)的無孔的脫膜層，該層具有一定的強度，能將多余的、已固化的樹脂與復合材料制品分離，例如可以采用尼龍、PET等材料的來作為這里的脫膜層。

其中，所述覆蓋板8具有均衡壓力的作用，例如可以采用鋼材、鋁材、復合材料等高強度材料(耐1atm壓強)材料的來作為這里的覆蓋板。

根據(jù)本發(fā)明，通過所述真空袋壓成型裝置中還可以包括空氣泄放箱9，如圖1和2中所示的，該空氣泄放箱9設置于覆蓋板8和真空袋10之間。

根據(jù)本發(fā)明，為了能夠將真空袋10密封，可以采用密封件11(例如可以采用密封膠泥)對真空袋10的邊緣進行密封。

優(yōu)選情況下，步驟(1)中，第一階段的加熱固化的條件包括：溫度為50-80℃，時間為20-120min。優(yōu)選地，步驟(1)中，第一階段的加熱固化的條件包括：溫度為60-75℃，時間為30-60min。更優(yōu)選地，優(yōu)選地，步驟(1)中，第一階段的加熱固化的條件包括：溫度為60-70℃，時間為30-40min。

根據(jù)本發(fā)明，步驟(2)在保持空間a負壓下，且使得空間a的真空度小于空間b的真空度的條件下，并且使得步驟(2)中空間b與空間a的絕對壓差m大于步驟(1)中空間b與空間a的絕對壓差n，對預浸料層進行第二階段的加熱固化。這樣，步驟(2)中，便可使得真空袋10比步驟(1)的情況下更為貼合模具，在這樣的情況下，進行步驟(2)的第二階段的加熱固化。

優(yōu)選情況下，步驟(2)中，空間b的真空度大于-0.01MPa，更優(yōu)選為大于-0.01MPa且0MPa以下。

優(yōu)選情況下，步驟(2)中，所述空間a的真空度為-0.09MPa以下且-0.1MPa 以上。

其中，使得空間b的壓力升至大于-0.01MPa的方式可以是通過罩殼12上設置的抽真空口13通過氣體的方式，也可以是直接撤去罩殼12，使得真空袋壓成型裝置直接暴露于大氣壓環(huán)境中的方式，方便起見，優(yōu)選采用后者。

更優(yōu)選地，m-n為0.01-0.09MPa(優(yōu)選為0.02-0.08MPa，更優(yōu)選為0.05-0.08MPa，更進一步優(yōu)選為0.07-0.08MPa)，也即步驟(1)中空間b與空間a的絕對壓差n要比步驟(2)中空間b與空間a的絕對壓差m小0.01-0.09MPa(優(yōu)選為0.02-0.08MPa，更優(yōu)選為0.05-0.08MPa，更進一步優(yōu)選為0.07-0.08MPa)。在滿足該壓差情況下，優(yōu)選地，n為0.005-0.05MPa，更優(yōu)選為0.01-0.03MPa。優(yōu)選地，m為0.06-0.095MPa，更優(yōu)選為0.08-0.095MPa，更一步優(yōu)選為0.09-0.095MPa。這里的絕對壓差是指，空間b的絕對壓力減去空間a的絕對壓力的壓力值。這里的絕對壓差為正，表明空間b的壓力大于空間a的壓力。也可認為，抽真空的程度使得空間a的負壓比空間b的負壓情況更強。

優(yōu)選情況下，步驟(2)中，第二階段的加熱固化的條件包括：溫度為80-150℃，時間為0.2-10h。更優(yōu)選地，步驟(2)中，第二階段的加熱固化的條件包括：溫度為100-130℃，時間為0.5-2h。更優(yōu)選地，步驟(2)中，第二階段的加熱固化的條件包括：溫度為100-120℃，時間為1-1.5h。

根據(jù)本發(fā)明，為了能夠獲得性能更為優(yōu)良的樹脂-纖維復合材料，優(yōu)選情況下，該方法還包括：步驟(2)中，在所述第二階段的加熱固化之前，在低于第二階段的加熱固化的溫度下進行保溫處理。更優(yōu)選地，所述保溫處理的條件包括：溫度為50-80℃，時間為20-120min。更進一步優(yōu)選地，所述保溫處理的條件包括：溫度為60-80℃，時間為30-60min。本領域技術人員應當理解的是，該保溫處理也是在步驟(2)的使得所述空間a的真空度為-0.02MPa以下且所述空間b的真空度大于-0.01MPa的條件下進行的。

本發(fā)明還提供了上述方法制得的樹脂-纖維復合材料。

通過本發(fā)明的方法制得的樹脂-纖維復合材料，其表面光整，沒有缺膠、針眼的現(xiàn)象，表面質(zhì)量好，能夠獲得很好的噴漆效果。

以下將通過實施例對本發(fā)明進行詳細描述。

以下實施例中，

采用圖1所示的裝置進行樹脂-纖維復合材料的制備，其中，該裝置由真空袋壓成型裝置和罩在其外的罩殼12構成；真空袋壓成型裝置主要包括真空袋10和模具1圍成的裝置，該裝置中，由模具1向上以此設置有預浸料層3、可剝層5(多孔的可剝層，購自深圳科拉斯復合材料公司W(wǎng)L3900R P3牌號的PE材質(zhì)的可剝層)、吸膠層6(購自深圳科拉斯復合材料公司Airweave N10牌號的吸膠麻布)、脫模層7(購自深圳科拉斯復合材料公司Peel Ply SC01牌號的無孔脫模層)和覆蓋板8，并且它們上面還覆蓋有空氣泄放箱9(該泄放箱將整個層結構都罩住，其外再罩上真空袋)，真空袋10由密封件11對其邊緣進行密封，模具1下方還設置有抽真空管2并與空間a連通。在該真空袋壓成型裝置外的罩殼12上設置有抽真空口13，以便對空間b的壓力進行控制。該罩殼12是可撤離的，以便在步驟(2)的操作。

制備例1

(1)將55重量份E20環(huán)氧樹脂(購自昆山南亞(臺塑基團)NPES901牌號)、30重量份E51環(huán)氧樹脂(購自南亞塑膠工業(yè)股份有限公司128牌號)、10重量份E44環(huán)氧樹脂(購自巴陵石油化工有限責任公司6101牌號)、5重量份F44環(huán)氧樹脂(購自廣州億琿盛化工有限公司F44牌號)于100℃熔融混合30min，然后加入15重量份丁腈橡膠(購自CVC公司端羧基丁腈橡膠1300*13牌號)，分散1h后加入70重量份無機阻燃粉體(購自深圳市成企鑫 科技有限公司的氫氧化鋁(純度99.6％))，繼續(xù)分散3h；分散均勻后停止加熱，待漿料冷卻至60℃時，加入6重量份雙氰胺和2重量份改性咪唑(購自常熟佳發(fā)化學有限責任公司咪唑促進劑)，最后分散1h，出料即得到預浸料用樹脂；將該樹脂在60℃下烘烤2h，然后涂覆成所需膠膜；

(2)通過采用60℃下、4m/min速度的熱輥將步驟(1)所得膠膜滲入800重量份的斜紋玻璃纖維布(購自重慶國際復合材料有限公司EWR800牌號)，從而制備成半含浸狀態(tài)的預浸料層。

實施例1

本實施例用于說明本發(fā)明的樹脂-纖維復合材料及其真空袋壓成型的方法。

(1)如圖1所示，將兩層預浸料層(總厚度約1.5mm)設置于模具上，并在其上設置預浸料層3(周邊還設置有邊塊4)、可剝層5、吸膠層6、脫模層7、覆蓋板8和空氣泄放箱9，抽真空，并進行第一階段的加熱固化，第一階段的加熱固化的條件包括：溫度為60℃，時間為30min，空間a的真空度為-0.095MPa，空間b的真空度為-0.07MPa；

(2)撤去罩殼12，如圖2所示，并進行保溫處理，保溫處理的條件包括：溫度為70℃，時間為30min，空間a的真空度為-0.095MPa，空間b為大氣壓(即真空度為0MPa)；然后進行第二階段的加熱固化，其條件包括：溫度為120℃，時間為1h，空間a的真空度為-0.095MPa，空間b為大氣壓(即真空度為0MPa)。

隨后冷卻即可制得樹脂-纖維復合材料，如圖3所示，該樹脂-纖維復合材料具有非常好的表面質(zhì)量，沒有缺膠、針眼缺陷，將該樹脂-纖維復合材料進行噴漆后，該樹脂-纖維復合材料能夠獲得表面噴漆效果很好的復合材料。

實施例2

本實施例用于說明本發(fā)明的樹脂-纖維復合材料及其真空袋壓成型的方法。

根據(jù)實施例1所述的方法，不同的是，第一階段的加熱固化控制空間b的真空度為-0.08MPa，從而制得樹脂-纖維復合材料，該樹脂-纖維復合材料具有非常好的表面質(zhì)量，沒有缺膠、針眼缺陷，將該樹脂-纖維復合材料進行噴漆后，得到圖4所示的材料，可見，該樹脂-纖維復合材料能夠獲得表面噴漆效果很好的復合材料。

實施例3

本實施例用于說明本發(fā)明的樹脂-纖維復合材料及其真空袋壓成型的方法。

根據(jù)實施例1所述的方法，不同的是：

第一階段的加熱固化的條件包括：溫度為70℃，時間為40min，空間a的真空度為-0.09MPa，空間b的真空度為-0.07MPa；

保溫處理的條件包括：溫度為70℃，時間為40min，空間a的真空度為-0.09MPa，空間b為大氣壓(即真空度為0MPa)；

第二階段的加熱固化的條件包括：溫度為100℃，時間為1.5h，空間a的真空度為-0.09MPa，空間b為大氣壓(即真空度為0MPa)；

從而制得樹脂-纖維復合材料，如圖5所示，該樹脂-纖維復合材料具有非常好的表面質(zhì)量，沒有缺膠、針眼缺陷，將該樹脂-纖維復合材料進行噴漆后，該樹脂-纖維復合材料能夠獲得表面噴漆效果很好的復合材料。

實施例4

本實施例用于說明本發(fā)明的樹脂-纖維復合材料及其真空袋壓成型的方 法。

根據(jù)實施例1所述的方法，不同的是，不進行保溫處理，而僅進行第一階段和第二階段的固化加熱，從而制得樹脂-纖維復合材料，該樹脂-纖維復合材料具有較好的表面質(zhì)量，但是該材料與模具貼合的面有少量針眼(如圖6所示)，與模具相對的面的部分區(qū)域有出現(xiàn)“裸露纖維”的缺陷(如圖7所示)，將該樹脂-纖維復合材料進行噴漆后，能夠獲得表面噴漆效果較好的復合材料。

對比例1

根據(jù)實施例1所述的方法，不同的是，步驟(1)在未設置罩殼12的真空袋壓成型裝置中進行，即第一階段的加熱固化的空間b為大氣壓環(huán)境(真空度約為0MPa)。從而制得樹脂-纖維復合材料，如圖8所示，該樹脂-纖維復合材料具有較差的表面質(zhì)量，具有一定的缺膠、針眼缺陷，將該樹脂-纖維復合材料進行噴漆后，獲得了表面噴漆效果較差的復合材料。

對比例2

根據(jù)實施例1所述的方法，不同的是，第一階段的加熱固化的空間b的真空度為-0.098MPa，即控制空間b的真空度比空間a的小。從而制得樹脂-纖維復合材料，該材料與模具貼合的面不平整，且該樹脂-纖維復合材料具有較差的表面質(zhì)量，具有一定的缺膠、針眼缺陷，將該樹脂-纖維復合材料進行噴漆后，獲得了表面噴漆效果較差的復合材料。

以上詳細描述了本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，但是，本發(fā)明并不限于上述實施方式中的具體細節(jié)，在本發(fā)明的技術構思范圍內(nèi)，可以對本發(fā)明的技術方案進行多種簡單變型，這些簡單變型均屬于本發(fā)明的保護范圍。

另外需要說明的是，在上述具體實施方式中所描述的各個具體技術特征，在不矛盾的情況下，可以通過任何合適的方式進行組合，為了避免不必要的重復，本發(fā)明對各種可能的組合方式不再另行說明。

此外，本發(fā)明的各種不同的實施方式之間也可以進行任意組合，只要其不違背本發(fā)明的思想，其同樣應當視為本發(fā)明所公開的內(nèi)容。