一種用于制備纖維增強mc尼龍的設(shè)備的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種用于制備纖維增強MC尼龍的設(shè)備，屬于復(fù)合材料領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]增強尼龍的纖維主要以玻璃纖維和碳纖維為主。增強纖維的按長度可以分為纖維粉末、纖維短切絲、長纖維三類。纖維增強尼龍的成型方式大致分為兩種:澆鑄成型、雙螺桿擠出機成型。傳統(tǒng)的澆鑄成型的優(yōu)點是:不破壞纖維的長度，工藝簡單，可以成型形狀復(fù)雜的零部件，但是對于材料內(nèi)部的氣孔、纖維的均勻分布、干纖維區(qū)域很難控制，材料的纖維含量也很難提高。雙螺桿擠出機成型可以較好的解決纖維分布均勻的情況，同時材料內(nèi)部的氣孔，和干纖維區(qū)域得到很好的改善，但是雙螺桿擠出機成型在螺桿的運動中很多的纖維斷裂，變短，使得在使用長纖維增強的效果大大削弱。同時雙螺桿擠出機成型的工藝復(fù)雜，也不適合成型較復(fù)雜形狀的零件。
[0003]崔周平等《玻璃纖維增強MC尼龍復(fù)合材料的力學(xué)性能》(塑料工業(yè)，1998年，第26卷，第5期)中考察了玻璃纖維增強MC尼龍(GFRMCM)中玻璃纖維的表面處理及加入量對力學(xué)性能的影響。并用SEM對FGRMCN材料界面及其對力學(xué)性能的影響進行了研宄。結(jié)果表明:使用KH550作偶聯(lián)劑對GFRMCN復(fù)合材料是很有效的。當(dāng)玻纖加入40%時，拉伸強度比基體提高32.2%，伸彈性模量提高152%，彎曲強度提高74.3%，彎曲彈性模量提高了 117%，而缺口沖擊韌性提高了 162%。根據(jù)材料的制備工藝特點，玻纖的加入量以30%~40%為宜，既保證有良好的綜合力學(xué)性能，又具有很好的工藝操作性。
[0004]劉正軍等的《長玻璃纖維增強尼龍6的力學(xué)性能研宄》(工程塑料應(yīng)用，2005年，第33卷，第5期)中采用一種新的熔融浸漬工藝制備了長玻纖增強尼龍6復(fù)合材料，研宄了玻纖含量、玻纖長度分布對復(fù)合材料力學(xué)性能的影響。結(jié)果表明，在玻纖質(zhì)量分數(shù)為50%時復(fù)合材料的拉伸強度為234 MPa,彎曲強度為349 MPa,彎曲彈性模量為11.4 GPa,缺口沖擊強度為313 J /m，綜合力學(xué)性能明顯優(yōu)于短玻纖增強尼龍6復(fù)合材料。
[0005]利用玻璃纖維通過傳統(tǒng)澆鑄的工藝，很難做到纖維的均勻分布，隨著纖維含量的不斷提高，材料內(nèi)部的氣孔與干纖維區(qū)域嚴重影響試樣的質(zhì)量。利用玻璃纖維通過雙螺桿擠出機成型，纖維的長度無法保證，而且無法成型復(fù)雜零件。要使得增強效果明顯，就必須提高玻璃纖維的長度，同時保持較高的玻璃纖維含量。
【實用新型內(nèi)容】
[0006]本實用新型解決的技術(shù)問題是，在使用長纖維的情況下，保證待聚單體與纖維的浸漬效果完全，保持材料具有較高的纖維含量，同時消除材料內(nèi)部氣孔、干纖維區(qū)域，增強了尼龍的機械性能。
[0007]本實用新型的技術(shù)方案是，提供一種用于制備纖維增強MC尼龍的設(shè)備，包括澆鑄裝置、浸漬裝置和真空裝置，所述浸漬裝置包括浸漬模具和設(shè)在浸漬模具內(nèi)且與壓桿連接的活塞以及澆鑄通道，澆鑄通道的一端為與所述澆鑄裝置連接的注入口，另一端為流出口，所述流出口設(shè)在浸漬模具的內(nèi)腔下端，浸漬模具的內(nèi)側(cè)壁設(shè)泄氣槽，在浸漬模具的上端設(shè)與所述真空裝置連接的抽氣口。
[0008]進一步地，所述浸漬模具為圓柱形。
[0009]進一步地，所述澆鑄通道設(shè)在浸漬模具的側(cè)壁內(nèi)。
[0010]進一步地，所述浸漬模具的側(cè)壁內(nèi)設(shè)與溫度反饋控制系統(tǒng)連接的熱電偶。
[0011]本實用新型通過真空高壓鑄造的方法制備長玻璃纖維增強MC尼龍。優(yōu)先采用長玻璃纖維，纖維長徑比大，增強效果顯著。在纖維的底部澆鑄，使得液體從纖維的底部開始浸漬，浸漬的同時，采取對浸漬模具內(nèi)抽真空排出氣體，增加液體對纖維的浸漬，此時負壓是用來克服氣體在密實的纖維中流動的阻力，因此真空度壓力要根據(jù)纖維的厚度、鑄件形狀及密實程度而定，浸漬模具腔內(nèi)的真空壓力值在300mmHg以上，可以較容易排出纖維中的殘留氣體；真空壓力低于300mmHg時，氣體很難克服在密實纖維中流動的阻力而排出，從而使尼龍鑄件中殘留較多氣孔，影響尼龍鑄件的強度。纖維的鋪成采取分散交錯的分布，使得材料的纖維均勻分布，同時材料的力學(xué)性能顯示成各向同性。最后加壓成型得到纖維增強MC尼龍鑄件。加壓可以排除鑄件中殘留的氣體，提高鑄件的致密度，使鑄件內(nèi)纖維浸漬完全，強度得到提高，為使強度提高明顯，加壓的壓力應(yīng)不低于4MPa。其中，真空壓力是指大氣壓力減去絕對壓力。
[0012]本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下特點:第一，使得液體對纖維浸漬非常完全，材料內(nèi)部沒有干纖維區(qū)域；第二，高壓使得材料在成型收縮過程中產(chǎn)生的氣孔受到壓縮，消除了氣孔對材料力學(xué)性能的影響。第三提高了材料的纖維含量，使得材料擁有很高的強度與力學(xué)性能。
[0013]本實用新型通過采用真空高壓澆鑄成型的方法，利用長玻璃纖維增強MC尼龍的材料，纖維含量可以達到60%?70%，而且均勻，同時材料試樣內(nèi)部的氣孔完全消除，全部的纖維被待聚單體浸漬完全，沒有干纖維區(qū)域的存在。試樣零件在高壓下聚合，成品的收縮率極低，不超過0.27%，同時試樣的熱變形溫度提升45°C。
[0014]本實用新型的有益效果是，待聚單體從下至上浸漬纖維，浸漬的同時還抽真空，待聚單體與纖維初步浸漬；然后依靠增加浸漬模具腔內(nèi)壓力，使得纖維被待聚單體充分浸漬，之后待聚單體在壓力下聚合，同時增加纖維在材料中的含量?？纱蟠蟮靥岣吣猃埖膹姸?；該工藝簡單，可成型復(fù)雜薄壁零件，適合大批量生產(chǎn)。
【附圖說明】
[0015]圖1表示本實用新型提供的浸漬模具的俯視圖。
[0016]圖2表示本實用新型提供的浸漬模具的沿圖1中A-A面的剖視圖。
【具體實施方式】
[0017]下面結(jié)合附圖和實施例對本實用新型作進一步說明。
[0018]實施例1
[0019]本實施例提供的一種用于制備纖維增強MC尼龍的設(shè)備，該設(shè)備如圖1和圖2所示，包括澆鑄裝置、浸漬裝置和真空裝置，浸漬裝置包括圓柱形的浸漬模具I和設(shè)在浸漬模具I內(nèi)的活塞2，在浸漬模具I的側(cè)壁內(nèi)設(shè)澆鑄通道3，澆鑄通道3的一端為與所述澆鑄裝置連接的注入口 31，另一端為流出口 32，所述流出口 32設(shè)在加壓浸漬模具I的下端，加壓浸漬模具I的內(nèi)側(cè)壁設(shè)泄氣槽4，在加壓浸漬模具I的上端設(shè)與所述真空裝置連接的抽氣口5，圖2中標號6代表纖維。浸漬模具I的側(cè)壁內(nèi)設(shè)與溫度反饋控制系統(tǒng)連接的熱電偶，方便監(jiān)控溫度。
[0020]實施例2
[0021]本實施例提供的一種玻璃纖維增強MC尼龍的工藝，該工藝的具體步驟如下:將長度約為50mm玻璃纖維放入1%的KH550 (硅烷偶聯(lián)劑)溶液，45min后，取出晾干，在烘箱100°C烘干；將烘干的玻璃纖維分散交錯的平鋪在浸漬模具底部，再將浸漬模具放入設(shè)定溫度為180°C的烘箱中，加熱，保溫，使浸漬模具與纖維預(yù)熱；在溫度為120?140°C，真空壓力為725?740mmHg的情況下，將己內(nèi)酰胺脫水干凈，加入0.41%質(zhì)量份的NaOH開環(huán)，再次脫水干凈，加入0.5%的固化劑TDI (甲苯二異氰酸酯)后制得待聚單體，連接澆鑄裝置與澆鑄通道注入口的上端，利用澆鑄裝置將待聚單體通過澆鑄通道迅速注入到浸漬模具底部，待聚單體通過澆鑄通道下端的流出口流出對玻璃纖維從下至上浸漬，同時對浸漬模具抽真空，真空壓力約為400mmHg，液體注入完成后，拆下澆鑄裝置與澆鑄通道注入口的連接，用螺栓擰緊堵住澆鑄通道上端，迅速下壓活塞，壓強加到6MPa，保溫30min ;冷卻，得到長玻璃纖維增強MC尼龍鑄件。
[0022]當(dāng)玻璃纖維含量達到47%時，拉伸強度達到了 231MPa，彎曲強度為321MPa，彎曲彈性模量為12.9GPa，缺口沖擊強度51KJ/m2。
[0023]實施例3
[0024]本實施例提供的一種碳纖維增強MC尼龍的工藝，該工藝的具體步驟如下:將長度約為50mm碳纖維放入熱處理爐膛中，設(shè)定溫度450°C，加熱，保溫I小時；將烘干的碳纖維分散交錯的平鋪在浸漬模具底部，再將浸漬模具放入設(shè)定溫度為180°C的烘箱中，加熱，保溫，使浸漬模具與纖維預(yù)熱；在溫度為120?140°C，真空壓力為725?740mmHg的情況下，將己內(nèi)酰胺脫水干凈，加入0.41%質(zhì)量份的NaOH開環(huán)，再次脫水干凈；加入0.5%的固化劑TDI(甲苯二異氰酸酯)后制得待聚單體，連接澆鑄裝置與澆鑄通道注入口上端，利用澆鑄裝置將待聚單體通過澆鑄通道迅速注入到浸漬模具底部，待聚單體通過下端的流出口流出對玻璃纖維從下至上浸漬，同時對浸漬模具抽真空，真空壓力約為350mmHg，液體注入完成后，拆下澆鑄裝置與澆鑄通道注入口上端的連接，用螺栓擰緊堵住澆鑄通道上端的注入口，迅速下壓活塞，壓強加到6MPa，保溫30min ;冷卻，得到長碳纖維增強MC尼龍鑄件。
[0025]當(dāng)碳纖維含量達到41%時，拉伸強度達到了 291MPa，彎曲強度為401MPa，彎曲彈性模量為15.lGPa，缺口沖擊強度64KJ/m2。
【主權(quán)項】
1.一種用于制備纖維增強MC尼龍的設(shè)備，其特征在于，包括澆鑄裝置、浸漬裝置和真空裝置，所述浸漬裝置包括浸漬模具(I)和設(shè)在浸漬模具(I)內(nèi)且與壓桿連接的活塞(2)以及澆鑄通道(3)，澆鑄通道(3)的一端為與所述澆鑄裝置連接的注入口(31)，另一端為流出口(32)，所述流出口(32)設(shè)在浸漬模具⑴的內(nèi)腔底部，浸漬模具⑴的內(nèi)側(cè)壁設(shè)泄氣槽(4)，在浸漬模具(I)的上端設(shè)與所述真空裝置連接的抽氣口(5)。2.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述浸漬模具(I)為圓柱形。3.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述澆鑄通道(3)設(shè)在浸漬模具(I)的側(cè)壁內(nèi)。4.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述浸漬模具(I)的側(cè)壁內(nèi)設(shè)與溫度反饋控制系統(tǒng)連接的熱電偶。
【專利摘要】本實用新型公開了一種用于制備纖維增強MC尼龍的設(shè)備。該設(shè)備包括澆鑄裝置、浸漬裝置和真空裝置，所述浸漬裝置包括浸漬模具和設(shè)在浸漬模具內(nèi)且與壓桿連接的活塞以及澆鑄通道，澆鑄通道的一端為與所述澆鑄裝置連接的注入口，另一端為流出口，所述流出口設(shè)在浸漬模具的內(nèi)腔下端，浸漬模具的內(nèi)側(cè)壁設(shè)泄氣槽，在浸漬模具的上端設(shè)與所述真空裝置連接的抽氣口。本實用新型在浸漬模具內(nèi)使待聚單體從下至上進行真空浸漬，增加浸漬腔內(nèi)壓力使得纖維被完全浸漬，可大大地提高尼龍的強度；該設(shè)備簡單，可成型復(fù)雜薄壁零件，適合大批量生產(chǎn)。
【IPC分類】B29C70/44
【公開號】CN204712478
【申請?zhí)枴緾N201520366148
【發(fā)明人】陶友瑞, 張建平, 韓旭
【申請人】陶友瑞, 張建平, 韓旭
【公開日】2015年10月21日
【申請日】2015年6月1日