專利名稱：一種用連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料制造自行車(chē)架的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制造自行車(chē)架的方法，尤其是涉及一種用連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù) 合材料制造自行車(chē)架的方法。
背景技術(shù)：
由于纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料具有高強(qiáng)、輕質(zhì)、耐腐蝕及可設(shè)計(jì)性等優(yōu)點(diǎn)，在航 空、航天、國(guó)防等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。根據(jù)聚合物基體中纖維的長(zhǎng)短，可將纖維增強(qiáng)聚合物 復(fù)合材料分為短纖維增強(qiáng)聚合物復(fù)合材料、長(zhǎng)纖維增強(qiáng)聚合物復(fù)合材料和連續(xù)纖維增強(qiáng)聚 合物復(fù)合材料。與短纖維和長(zhǎng)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料相比，由于連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料 的增強(qiáng)纖維是連續(xù)的，其力學(xué)性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于長(zhǎng)纖維增強(qiáng)的聚合物復(fù)合材料。與金屬材料相 比，連續(xù)纖維增強(qiáng)的熱塑性復(fù)合材料在強(qiáng)度和模量上并不遜色，并且更輕、具有更好的彈 性，因此已經(jīng)被廣泛用作結(jié)構(gòu)部件以減輕重量或提高耐腐蝕性。由于熱塑性聚合物分子結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，熱塑性樹(shù)脂的熔體黏度很大，難以實(shí)現(xiàn)聚合 物基體對(duì)纖維的良好浸潤(rùn)。因此需要采用特殊的浸漬工藝處理纖維增強(qiáng)材料，相應(yīng)需要高 溫、高壓的極端條件，這又進(jìn)一步增加了對(duì)工藝設(shè)備的要求、提高了成本。因此，復(fù)合材料的 低成本技術(shù)是其繼續(xù)發(fā)展的重要方向。本發(fā)明采用熱塑性復(fù)合材料的原位聚合技術(shù)來(lái)成型 連續(xù)纖維增強(qiáng)的自行車(chē)架，不僅充分利用了預(yù)聚液黏度低、易于浸潤(rùn)纖維的特點(diǎn)，而且實(shí)現(xiàn) 了自行車(chē)架的一次成型。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種操作簡(jiǎn)單、成本 較低的用連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料制造自行車(chē)架的方法。本發(fā)明的目的可以通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)一種用連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料制造自行車(chē)架的方法，其特征在于，該方法 包括以下步驟(1)預(yù)聚合制漿將單體、引發(fā)劑、增塑劑、脫模劑加入到制漿釜中，控制反應(yīng)溫度 為50-90°C，反應(yīng)至得到的漿液粘度為0. 5-100Pa · S，然后冷卻至20-30°C ；(2)灌模將經(jīng)過(guò)帶有雙鍵的偶聯(lián)劑處理過(guò)的纖維在80-120°C的烘箱中烘干 1. 5-2. 5h后縱向鋪入模具，壓實(shí)，然后將步驟(1)中得到的預(yù)聚合漿液灌入到模具中，得到 混合漿液；(3)真空脫泡將灌漿后的模具放入到真空箱中，控制溫度為0_35°C，壓力為 50-80kPa,脫泡 10_40min ；(4)固化將模具放入到50-80 °C的烘箱中，固化反應(yīng)2_15h，然后升溫至 100-130°C進(jìn)行熱處理 0. 5-1. 5h ；(5)將模具溫度冷卻至20-30°C后脫模，然后對(duì)所得制品進(jìn)行機(jī)械加工，即得最終
女口
廣PR ο
所述步驟⑴中的單體為甲基丙烯酸酯類單體，選自甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯 酸、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸己酯、甲基丙烯酸對(duì)二苯酯、甲基丙烯酸 異冰片酯或甲基丙烯酸苯酯中的一種或幾種。所述步驟(1)中的引發(fā)劑包括偶氮類引發(fā)劑或過(guò)氧化物類引發(fā)劑，所述的偶氮類 引發(fā)劑選自偶氮二異丁腈或偶氮二異庚腈中的一種或幾種，所述的過(guò)氧化物類引發(fā)劑選自 過(guò)氧化苯甲酰、過(guò)氧化十二酰或過(guò)氧化二碳酸二異丙酯中的一種或幾種。所述步驟(1)中的增塑劑選自鄰苯二甲酸二丁酯、己二酸二辛酯或磷酸三甲苯酯 中的一種或幾種。所述步驟(1)中的脫模劑選自硬脂酸或聚乙烯醇中的一種或幾種。所述步驟⑴中單體、引發(fā)劑、增塑劑、脫模劑的重量比為(88-93) (0.05-1)( 6-8) (0. 2-0. 6)。所述步驟(2)中的纖維為纖維束或纖維編織物，該纖維選自玻璃纖維、石英纖維、 碳纖維、硼纖維、芳香族聚酰胺纖維、超高分子量聚乙烯纖維中的一種或幾種。所述步驟(2)中帶有雙鍵的偶聯(lián)劑選自Y -甲基丙烯酸丙酯基硅烷、甲基丙烯酸 氯化羅鉻鹽或甲基丙烯酰氧基硅烷中的一種或幾種。所述步驟(2)中的混合漿液中纖維的體積分?jǐn)?shù)為20% -80%。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明操作簡(jiǎn)單、成本較低，采用原位聚合技術(shù)進(jìn)行連續(xù)玻纖增 強(qiáng)復(fù)合材料自行車(chē)架的生產(chǎn)，充分利用預(yù)聚合液粘度低、易于浸潤(rùn)纖維的優(yōu)點(diǎn)，從而避免了 高粘度熱塑性樹(shù)脂難以浸漬纖維的缺點(diǎn)；該方法的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是可實(shí)現(xiàn)聚合物基體與纖維 在界面的共價(jià)鍵鍵合，采用經(jīng)含雙鍵偶聯(lián)劑處理的纖維，在甲基丙烯酸酯類單體進(jìn)行自由 基聚合的過(guò)程中，纖維表面的雙鍵也參與自由基聚合反應(yīng)，這樣就使聚合物通過(guò)共價(jià)鍵接 枝到纖維表面，確保了很好地界面相互作用。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。實(shí)施例1結(jié)合連續(xù)玻纖增強(qiáng)的PMMA自行車(chē)三角支架為實(shí)例來(lái)說(shuō)明本發(fā)明的工藝和方法。(1)對(duì)所用單體利用減壓蒸餾以除去阻聚劑，然后將主單體甲基丙烯酸甲 酯(76wt% )、改性單體甲基丙烯酸異丙冰片酯(16wt% )、增塑劑鄰苯二甲酸二丁酯 (7. 5wt% )、脫模劑硬脂酸(0. 4wt% )混合后，加入偶氮二異丁腈(0. Iwt% )，然后在帶有 攪拌裝置和夾套冷卻裝置的預(yù)聚合釜中于60-80°C進(jìn)行預(yù)聚合，監(jiān)測(cè)粘度的變化，待物料粘 度增加到0. 5-10Pa · S后迅速將溫度降低至室溫。(2)將經(jīng)過(guò)偶聯(lián)劑Y -甲基丙烯酸丙酯基硅烷表面處理過(guò)的玻璃纖維在80 100°c烘箱中干燥2h后鋪設(shè)在模具內(nèi)，然后進(jìn)行灌模。(3)將灌模后的模具放入真空箱中，真空箱的溫度為20°C，在60KPa的真空度下進(jìn) 行脫泡處理20min。然后將模具放入到60-65°C的烘箱中進(jìn)行聚合反應(yīng)6h，最后在115°C進(jìn) 行熱處理lh，冷卻至20°C、卸模，進(jìn)行簡(jiǎn)單的機(jī)械修飾后即可得到成品。實(shí)施例2結(jié)合連續(xù)碳纖維增強(qiáng)的PMMA自行車(chē)三角架為實(shí)例來(lái)說(shuō)明本發(fā)明的工藝和方法。
(1)利用減壓蒸餾的方法對(duì)所用單體進(jìn)行純化以除去阻聚劑，然后將甲基丙烯酸 甲酯(80wt% )、甲基丙烯酸(12wt% )、鄰苯二甲酸二丁酯(7. 5wt% )、硬脂酸(0. 4wt% ) 混合后，加入過(guò)氧化苯甲酰(0. )，然后在帶有攪拌裝置和夾套冷卻裝置的預(yù)聚合釜 中于60-80°C進(jìn)行預(yù)聚合，監(jiān)測(cè)粘度的變化，待物料粘度增加0. 5-10Pa · S后迅速將溫度降
低至室溫。(2)將經(jīng)過(guò)偶聯(lián)劑甲基丙烯酸氯化羅鉻鹽處理過(guò)的碳纖維束或碳纖維織物在 120°C烘箱中干燥2h，鋪設(shè)在模具內(nèi)，然后進(jìn)行灌模。 (3)將灌模后的模具放入真空箱中，真空箱的溫度低于30°C，在60KPa的真空度下 進(jìn)行脫泡處理20min。然后將模具放入到60-65°C的烘箱中進(jìn)行聚合反應(yīng)5h，最后在120°C 進(jìn)行熱處理0. 5h，冷卻至20°C、卸模，進(jìn)行簡(jiǎn)單的機(jī)械修飾后即可得到成品。實(shí)施例3一種用連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料制造自行車(chē)架的方法，該方法包括以下步 驟(1)預(yù)聚合制漿將88kg單體甲基丙烯酸對(duì)二苯酯、0. 05kg引發(fā)劑偶氮二異丁腈、 8kg增塑劑鄰苯二甲酸二丁酯、0. 2kg脫模劑聚乙烯醇加入到制漿釜中，控制反應(yīng)溫度為 50°C，反應(yīng)至得到的漿液粘度為20-50Pa · S，然后冷卻至30°C ；(2)灌模將超高分子量聚乙烯纖維束經(jīng)甲基丙烯酰氧基硅烷處理后，纖維束表 面含有可參加自由基聚合反應(yīng)的雙鍵，將纖維束置于80°C的烘箱中烘干2. 5h后縱向鋪入 模具，壓實(shí)，然后將上述漿液灌入到模具中，得到混合漿液，該混合漿液中纖維束的體積分 數(shù)為20% ；(3)真空脫泡將灌漿后的模具放入到真空箱中，控制溫度為0°C，壓力為80kPa， 脫泡IOmin ；(4)固化將模具放入到80°C的烘箱中，反應(yīng)2h，然后升溫至100°C進(jìn)行熱處理 1. 5h ；(5)將模具溫度冷卻至20°C后脫模，然后對(duì)所得制品進(jìn)行簡(jiǎn)單的機(jī)械加工，即得 最終廣品。實(shí)施例4一種用連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料制造自行車(chē)架的方法，該方法包括以下步 驟(1)預(yù)聚合制漿將70kg甲基丙烯酸乙酯及23kg甲基丙烯酸苯酯作為單體、 0. 5kg過(guò)氧化苯甲酰及0. 5kg過(guò)氧化十二酰作為引發(fā)劑、6kg增塑劑磷酸三甲苯酯、 0. 6kg脫模劑硬脂酸加入到制漿釜中，控制反應(yīng)溫度為90°C，反應(yīng)至得到的漿液粘度為 80-100Pa · S，然后冷卻至 200C ；(2)灌模將芳香族聚酰胺纖維束經(jīng)Y -甲基丙烯酸丙酯基硅烷處理后，纖維束表 面含有可參加自由基聚合反應(yīng)的雙鍵，將纖維束置于120°C的烘箱中烘干1.5h后縱向鋪入 模具，壓實(shí)，然后將上述漿液灌入到模具中，得到混合漿液，該混合漿液中纖維束的體積分 數(shù)為80% ；(3)真空脫泡將灌漿后的模具放入到真空箱中，控制溫度為30°C，壓力為50kPa， 脫泡40min ；
(4)固化將模具放入到50°C的烘箱中，反應(yīng)15h，然后升溫至130°C進(jìn)行熱處理 0. 5h ；(5)將模具溫度冷卻至30°C后脫模，然后對(duì)所得制品進(jìn)行簡(jiǎn)單的機(jī)械加工，即得 最終廣品。實(shí)施例5一種用連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料制造自行車(chē)架的方法，該方法包括以下步 驟(1)預(yù)聚合制漿將73kg甲基丙烯酸己酯及17kg甲基丙烯酸對(duì)二苯酯作為單體、 0. Ikg引發(fā)劑偶氮二異庚腈、7kg增塑劑己二酸二辛酯、0. 5kg脫模劑聚乙烯醇加入到制漿 釜中，控制反應(yīng)溫度為80°C，反應(yīng)至得到的漿液粘度為20-30Pa · S，然后冷卻至25°C ；(2)灌模將石英纖維編織物經(jīng)甲基丙烯酸氯化羅鉻鹽處理后，纖維束表面含有 可參加自由基聚合反應(yīng)的雙鍵，將纖維束置于110°C的烘箱中烘干2h后縱向鋪入模具， 壓實(shí)，然后將上述漿液灌入到模具中，得到混合漿液，該混合漿液中纖維束的體積分?jǐn)?shù)為 55% ；(3)真空脫泡將灌漿后的模具放入到真空箱中，控制溫度為10°C，壓力為70kPa， 脫泡30min ；(4)固化將模具放入到60°C的烘箱中，反應(yīng)10h，然后升溫至110°C進(jìn)行熱處理 lh；(5)將模具溫度冷卻至25°C后脫模，然后對(duì)所得制品進(jìn)行簡(jiǎn)單的機(jī)械加工，即得
最終廣品。
權(quán)利要求
1.一種用連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料制造自行車(chē)架的方法，其特征在于，該方法包 括以下步驟(1)預(yù)聚合制漿將單體、引發(fā)劑、增塑劑、脫模劑加入到制漿釜中，控制反應(yīng)溫度為 50-90°C，反應(yīng)至得到的漿液粘度為0. 5-100Pa · S，然后冷卻至20_30°C ；(2)灌模將經(jīng)過(guò)帶有雙鍵的偶聯(lián)劑處理過(guò)的纖維在80-120°C的烘箱中烘干1.5-2. 5h 后縱向鋪入模具，壓實(shí)，然后將步驟(1)中得到的預(yù)聚合漿液灌入到模具中，得到混合漿 液；(3)真空脫泡將灌漿后的模具放入到真空箱中，控制溫度為0-35°C，壓力為 50-80kPa,脫泡 10_40min ；(4)固化將模具放入到50-80°C的烘箱中，固化反應(yīng)2-15h，然后升溫至100-130°C進(jìn) 行熱處理0. 5-1. 5h ；(5)將模具溫度冷卻至20-30°C后脫模，然后對(duì)所得制品進(jìn)行機(jī)械加工，即得最終產(chǎn)品。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料制造自行車(chē)架的方法， 其特征在于，所述步驟(1)中的單體為甲基丙烯酸酯類單體，選自甲基丙烯酸甲酯、甲基丙 烯酸、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸己酯、甲基丙烯酸對(duì)二苯酯、甲基丙烯 酸異冰片酯或甲基丙烯酸苯酯中的一種或幾種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料制造自行車(chē)架的方法， 其特征在于，所述步驟(1)中的引發(fā)劑包括偶氮類引發(fā)劑或過(guò)氧化物類引發(fā)劑，所述的偶 氮類引發(fā)劑選自偶氮二異丁腈或偶氮二異庚腈中的一種或幾種，所述的過(guò)氧化物類引發(fā)劑 選自過(guò)氧化苯甲酰、過(guò)氧化十二?；蜻^(guò)氧化二碳酸二異丙酯中的一種或幾種。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料制造自行車(chē)架的方法， 其特征在于，所述步驟(1)中的增塑劑選自鄰苯二甲酸二丁酯、己二酸二辛酯或磷酸三甲 苯酯中的一種或幾種。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料制造自行車(chē)架的方法， 其特征在于，所述步驟(1)中的脫模劑選自硬脂酸或聚乙烯醇中的一種或幾種。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料制造自行車(chē)架的方法， 其特征在于，所述步驟(1)中單體、引發(fā)劑、增塑劑、脫模劑的重量比為(88-93) (0.05-1)(6-8) (0. 2-0. 6)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料制造自行車(chē)架的方法， 其特征在于，所述步驟(2)中的纖維為纖維束或纖維編織物，該纖維選自玻璃纖維、石英纖 維、碳纖維、硼纖維、芳香族聚酰胺纖維、超高分子量聚乙烯纖維中的一種或幾種。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料制造自行車(chē)架的方法， 其特征在于，所述步驟(2)中帶有雙鍵的偶聯(lián)劑選自Y-甲基丙烯酸丙酯基硅烷、甲基丙烯 酸氯化羅鉻鹽或甲基丙烯酰氧基硅烷中的一種或幾種。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料制造自行車(chē)架的方法， 其特征在于，所述步驟(2)中的混合漿液中纖維的體積分?jǐn)?shù)為20% -80%。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料制造自行車(chē)架的方法，該方法包括以下步驟將干燥后的纖維束或編織物縱向鋪設(shè)在三角形自行車(chē)架模具中，然后將甲基丙烯酸酯類單體的預(yù)聚合漿液倒入到模具中，在真空箱中于適當(dāng)?shù)恼婵斩认旅撆莺?，放入?0-80℃的烘箱中進(jìn)行固化，再升溫到100-130℃進(jìn)行熱處理，然后冷卻至室溫脫模即可得到產(chǎn)品。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明無(wú)需焊接，連續(xù)纖維增強(qiáng)的熱塑性塑料復(fù)合材料自行車(chē)車(chē)架具有重量輕，強(qiáng)度高，抗沖性能好，成本低等特點(diǎn)。
文檔編號(hào)B29B13/06GK102107534SQ200910247459
公開(kāi)日2011年6月29日 申請(qǐng)日期2009年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月29日
發(fā)明者李蘭杰, 楊桂生 申請(qǐng)人:合肥杰事杰新材料有限公司