一种纤维增强复合管材的制备方法

技术领域

本发明属于纤维增强复合材料制备技术领域，具体涉及一种纤维增强复合管材的制备方法。

背景技术

纤维增强热固性树脂是指纤维作为增强材料，热固性树脂(包括环氧树脂、酚醛树脂、不饱和聚酯树脂等)作为基体的纤维增强复合材料，因其比重小，比强度高等特点，广泛应用于航空、航天、汽车、船舶、电路板、风电等领域。管材应用广泛，其基本要求是较好的强度和使用稳定性。在不同场合中，还要求其具有优异的抗弯折、抗疲劳、耐高温、耐低温、防腐蚀性能等。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种纤维增强复合管材的制备方法。该方法采用经含有乙烯基和甲基丙烯酰基的硅烷偶联剂处理的不饱和聚酯树脂，大大提高了热固性树脂的力学性能；通过向树脂中加入纳米材料、填料，并控制纤维增强热固性树脂预浸料中纤维的体积，进一步提高了复合材料的力学性能；采用铺设平纹布和斜纹布和缠绕的方式，并调整缠绕方向，制备的复合管材具有优良的力学性能，拉伸强度达到600MPa以上，抗弯强度达到1000MPa以上。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种纤维增强复合管材的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、采用离子束辐照纳米材料，辐照剂量为20kGy～50kGy；所述纳米材料为纳米级Si

步骤二、在搅拌条件下将步骤一中经离子束辐照后的纳米材料加入树脂中，搅拌均匀后再加入填料，继续搅拌均匀得到纳米材料、填料和树脂的共混物；所述树脂为经含有乙烯基和甲基丙烯酰基的硅烷偶联剂处理的不饱和聚酯树脂；所述填料为硅微粉、SiO

步骤三、将步骤二中所述共混物注入浸渍池中，调节浸渍池的温度使共混物始终保持熔融状态，然后将玄武岩纤维穿过浸渍池进行浸渍处理，得到纤维增强热固性树脂预浸料；所述纤维的体积为纤维增强热固性树脂预浸料体积的60％～70％；

步骤四、在模具表面铺设1层平纹布和1层斜纹布，在铺设的斜纹布上沿模具径向缠绕一层步骤三中所述纤维增强热固性树脂预浸料；然后在缠绕的纤维增强热固性树脂预浸料上铺设1层平纹布和1层斜纹布，再在铺设的斜纹布上缠绕一层步骤三中所述纤维增强热固性树脂预浸料，缠绕方向与模具轴向夹角为45°；接着在缠绕的纤维增强热固性树脂预浸料上铺设1层平纹布和1层斜纹布，在铺设的斜纹布上缠绕一层步骤三中所述纤维增强热固性树脂预浸料，缠绕方向与第二次缠绕方向垂直；

步骤五、按照步骤四的方式重复进行铺设和缠绕，直至所需厚度，得到构件；

步骤六、将步骤五中所述构件置于固化炉中，在温度为100℃～120℃的条件下固化4h～6h，脱模后得到纤维增强复合管材。

上述的一种纤维增强复合管材的制备方法，其特征在于，步骤二中所述纳米材料的质量为树脂质量的2％～4％，填料的质量为树脂质量的8％～13％

上述的一种纤维增强复合管材的制备方法，其特征在于，步骤二中所述纳米材料的质量为树脂质量的3％，填料的质量为树脂质量的10％。

上述的一种纤维增强复合管材的制备方法，其特征在于，步骤三中所述纤维的体积为纤维增强热固性树脂预浸料体积的62％～68％。

上述的一种纤维增强复合管材的制备方法，其特征在于，所述纤维的体积为纤维增强热固性树脂预浸料体积的65％。

上述的一种纤维增强复合管材的制备方法，其特征在于，步骤二中所述不饱和聚酯树脂为二甲苯型不饱和聚酯树脂、双酚A型不饱和聚酯树脂或乙烯基型不饱和聚酯树脂。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、本发明采用经含有乙烯基和甲基丙烯酰基的硅烷偶联剂处理的不饱和聚酯树脂，大大提高了热固性树脂的力学性能；通过向树脂中加入纳米材料、填料，并控制纤维增强热固性树脂预浸料中纤维的体积，进一步提高了复合材料的力学性能。

2、本发明采用铺设平纹布和斜纹布和缠绕的方式，并调整缠绕方向，制备的复合管材具有优良的力学性能，拉伸强度达到600MPa以上，抗弯强度达到1000MPa以上。

下面结合实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

具体实施方式

实施例1

本实施例的纤维增强复合管材的制备方法的制备方法为：

步骤一、采用离子束辐照纳米材料，辐照剂量为20kGy；所述纳米材料为纳米级Si

步骤二、在搅拌条件下将步骤一中经离子束辐照后的纳米材料加入树脂中，搅拌均匀后再加入填料，继续搅拌均匀得到纳米材料、填料和树脂的共混物；所述树脂为经含有乙烯基和甲基丙烯酰基的硅烷偶联剂处理的不饱和聚酯树脂，其中不饱和聚酯树脂为二甲苯型不饱和聚酯树脂；所述填料为硅微粉；纳米材料的质量为树脂质量的1％，填料的质量为树脂质量的5％；

步骤三、将步骤二中所述共混物注入浸渍池中，所述浸渍池上位于纤维穿出的部位设置有刮胶器，调节浸渍池的温度使共混物始终保持熔融状态，然后将玄武岩纤维穿过浸渍池进行浸渍处理，得到纤维增强热固性树脂预浸料；纤维的体积为纤维增强热固性树脂预浸料体积的60％；

步骤四、在模具表面铺设1层平纹布和1层斜纹布，在铺设的斜纹布上沿模具径向缠绕一层步骤三中所述纤维增强热固性树脂预浸料；然后在缠绕的纤维增强热固性树脂预浸料上铺设1层平纹布和1层斜纹布，再在铺设的斜纹布上缠绕一层步骤三中所述纤维增强热固性树脂预浸料，缠绕方向与模具轴向夹角为45°；接着在缠绕的纤维增强热固性树脂预浸料上铺设1层平纹布和1层斜纹布，在铺设的斜纹布上缠绕一层步骤三中所述纤维增强热固性树脂预浸料，缠绕方向与第二次缠绕方向垂直；

步骤五、按照步骤四的方式重复进行铺设和缠绕，直至所需厚度，得到构件；

步骤六、将步骤五中所述构件置于固化炉中，在温度为100℃的条件下固化6h，脱模后得到纤维增强复合管材。

实施例2

本实施例的纤维增强热固性树脂预浸料的制备方法为：

步骤一、采用离子束辐照纳米材料，辐照剂量为50kGy；所述纳米材料为纳米级CaSO

步骤二、在搅拌条件下将步骤一中经离子束辐照后的纳米材料加入树脂中，搅拌均匀后再加入填料，继续搅拌均匀得到纳米材料、填料和树脂的共混物；所述树脂为经含有乙烯基和甲基丙烯酰基的硅烷偶联剂处理的不饱和聚酯树脂，其中不饱和聚酯树脂为双酚A型不饱和聚酯树脂；所述填料为六钛酸钾晶须；纳米材料的质量为树脂质量的5％，填料的质量为树脂质量的15％；

步骤三、将步骤二中所述共混物注入浸渍池中，调节浸渍池的温度使共混物始终保持熔融状态，然后将玄武岩纤维穿过浸渍池进行浸渍处理，得到纤维增强热固性树脂预浸料；所述浸渍池上位于纤维穿出的部位设置有刮胶器；纤维的体积为纤维增强热固性树脂预浸料体积的70％；

步骤四、在模具表面铺设1层平纹布和1层斜纹布，在铺设的斜纹布上沿模具径向缠绕一层步骤三中所述纤维增强热固性树脂预浸料；然后在缠绕的纤维增强热固性树脂预浸料上铺设1层平纹布和1层斜纹布，再在铺设的斜纹布上缠绕一层步骤三中所述纤维增强热固性树脂预浸料，缠绕方向与模具轴向夹角为45°；接着在缠绕的纤维增强热固性树脂预浸料上铺设1层平纹布和1层斜纹布，在铺设的斜纹布上缠绕一层步骤三中所述纤维增强热固性树脂预浸料，缠绕方向与第二次缠绕方向垂直；

步骤五、按照步骤四的方式重复进行铺设和缠绕，直至所需厚度，得到构件；

步骤六、将步骤五中所述构件置于固化炉中，在温度为120℃的条件下固化4h，脱模后得到纤维增强复合管材。

实施例3

本实施例的纤维增强热固性树脂预浸料的制备方法为：

步骤一、采用离子束辐照纳米材料，辐照剂量为24kGy；所述纳米材料为纳米级SiC、纳米级TiO

步骤二、在搅拌条件下将步骤一中经离子束辐照后的纳米材料加入树脂中，搅拌均匀后再加入填料，继续搅拌均匀得到纳米材料、填料和树脂的共混物；所述树脂为经含有乙烯基和甲基丙烯酰基的硅烷偶联剂处理的不饱和聚酯树脂，其中不饱和聚酯树脂为乙烯基型不饱和聚酯树脂；所述填料为SiO

步骤三、将步骤二中所述共混物注入浸渍池中，调节浸渍池的温度使共混物始终保持熔融状态，然后将玄武岩纤维穿过浸渍池进行浸渍处理，得到纤维增强热固性树脂预浸料；所述浸渍池上位于纤维穿出的部位设置有刮胶器；纤维的体积为纤维增强热固性树脂预浸料体积的65％；

步骤四、在模具表面铺设1层平纹布和1层斜纹布，在铺设的斜纹布上沿模具径向缠绕一层步骤三中所述纤维增强热固性树脂预浸料；然后在缠绕的纤维增强热固性树脂预浸料上铺设1层平纹布和1层斜纹布，再在铺设的斜纹布上缠绕一层步骤三中所述纤维增强热固性树脂预浸料，缠绕方向与模具轴向夹角为45°；接着在缠绕的纤维增强热固性树脂预浸料上铺设1层平纹布和1层斜纹布，在铺设的斜纹布上缠绕一层步骤三中所述纤维增强热固性树脂预浸料，缠绕方向与第二次缠绕方向垂直；

步骤五、按照步骤四的方式重复进行铺设和缠绕，直至所需厚度，得到构件；

步骤六、将步骤五中所述构件置于固化炉中，在温度为110℃的条件下固化5h，脱模后得到纤维增强复合管材。

实施例4

本实施例的纤维增强热固性树脂预浸料的制备方法为：

步骤一、采用离子束辐照纳米材料，辐照剂量为40kGy；所述纳米材料为纳米级SiC和纳米级TiO

步骤二、在搅拌条件下将步骤一中经离子束辐照后的纳米材料加入树脂中，搅拌均匀后再加入填料，继续搅拌均匀得到纳米材料、填料和树脂的共混物；所述树脂为经含有乙烯基和甲基丙烯酰基的硅烷偶联剂处理的不饱和聚酯树脂，其中不饱和聚酯树脂为乙烯基型不饱和聚酯树脂；所述填料为硅微粉、SiO

步骤三、将步骤二中所述共混物注入浸渍池中，调节浸渍池的温度使共混物始终保持熔融状态，然后将玄武岩纤维穿过浸渍池进行浸渍处理，得到纤维增强热固性树脂预浸料；所述浸渍池上位于纤维穿出的部位设置有刮胶器；纤维的体积为纤维增强热固性树脂预浸料体积的62％；

步骤四、在模具表面铺设1层平纹布和1层斜纹布，在铺设的斜纹布上沿模具径向缠绕一层步骤三中所述纤维增强热固性树脂预浸料；然后在缠绕的纤维增强热固性树脂预浸料上铺设1层平纹布和1层斜纹布，再在铺设的斜纹布上缠绕一层步骤三中所述纤维增强热固性树脂预浸料，缠绕方向与模具轴向夹角为45°；接着在缠绕的纤维增强热固性树脂预浸料上铺设1层平纹布和1层斜纹布，在铺设的斜纹布上缠绕一层步骤三中所述纤维增强热固性树脂预浸料，缠绕方向与第二次缠绕方向垂直；

步骤五、按照步骤四的方式重复进行铺设和缠绕，直至所需厚度，得到构件；

步骤六、将步骤五中所述构件置于固化炉中，在温度为100℃的条件下固化4h，脱模后得到纤维增强复合管材。

实施例5

本实施例的纤维增强热固性树脂预浸料的制备方法为：

步骤一、采用离子束辐照纳米材料，辐照剂量为30kGy；所述纳米材料为纳米级Si

步骤二、在搅拌条件下将步骤一中经离子束辐照后的纳米材料加入树脂中，搅拌均匀后再加入填料，继续搅拌均匀得到纳米材料、填料和树脂的共混物；所述树脂为经含有乙烯基和甲基丙烯酰基的硅烷偶联剂处理的不饱和聚酯树脂，其中不饱和聚酯树脂为二甲苯型不饱和聚酯树脂；所述填料为硅微粉和SiO

步骤三、将步骤二中所述共混物注入浸渍池中，调节浸渍池的温度使共混物始终保持熔融状态，然后将玄武岩纤维穿过浸渍池进行浸渍处理，得到纤维增强热固性树脂预浸料；所述浸渍池上位于纤维穿出的部位设置有刮胶器；纤维的体积为纤维增强热固性树脂预浸料体积的68％；

步骤四、在模具表面铺设1层平纹布和1层斜纹布，在铺设的斜纹布上沿模具径向缠绕一层步骤三中所述纤维增强热固性树脂预浸料；然后在缠绕的纤维增强热固性树脂预浸料上铺设1层平纹布和1层斜纹布，再在铺设的斜纹布上缠绕一层步骤三中所述纤维增强热固性树脂预浸料，缠绕方向与模具轴向夹角为45°；接着在缠绕的纤维增强热固性树脂预浸料上铺设1层平纹布和1层斜纹布，在铺设的斜纹布上缠绕一层步骤三中所述纤维增强热固性树脂预浸料，缠绕方向与第二次缠绕方向垂直；

步骤五、按照步骤四的方式重复进行铺设和缠绕，直至所需厚度，得到构件；

步骤六、将步骤五中所述构件置于固化炉中，在温度为120℃的条件下固化6h，脱模后得到纤维增强复合管材。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何限制，凡是根据发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。