[发明专利]原位聚合碳纤维增强聚甲基丙烯酸甲酯复合材料成型方法

说明书

本发明是一种原位聚合碳纤维增强聚甲基丙烯酸甲酯复合材料成型方法，该方法以树脂传递模塑工艺为基础，该方法的工艺过程包括：将树脂单体注入模具中并浸渍模具中铺覆的碳纤维布，升高温度后使模腔中的树脂聚合，与碳纤维形成整体复合材料制件，该方法中的树指单体为甲基丙烯酸甲酯，引发体系为氧化‑还原体系，该氧化‑还原体系是由引发剂和催化剂组成，其特征在于：在树脂单体注入模具前，将氧化‑还原体系中的一种组分喷洒在碳纤维布上，将另一种组分混合于树脂单体中。本发明解决了甲基丙烯酸甲酯树脂收缩率大的问题，制备了质量合格的复合材料。本发明制备复合材料的成型方法简便，制备前操作窗口大，适合制备充模时间较长的较大尺寸的复合材料制件。

技术领域

本发明是一种原位聚合碳纤维增强聚甲基丙烯酸甲酯复合材料成型方法，属树脂基复合材料成型技术领域。

背景技术

目前，在树脂基复合材料制备方面，液体成型工艺是常用的工艺之一。这一工艺方法是将纤维置于一定尺寸的钢模中，设置流动通路，在一定温度下注入树脂，使树脂浸渍纤维。之后升高温度，使模腔中的树脂聚合，与纤维形成整体复合材料制件。这一工艺能够制备双面表面质量平整度高的复合材料制件，同时制件力学性能较高。

甲基丙烯酸甲酯树脂放热量较大，按照传统制备有机玻璃的方法难以成型热塑性复合材料。选择一种制备的树脂体系为，甲基丙烯酸甲酯(树脂单体)、过氧化二苯甲酰(引发剂)、叔胺(催化剂)。这一反应是在叔胺的存在下，由过氧化苯甲酰亚胺引发的。这一氧化还原引发体系活性较高，能使甲基丙烯酸甲酯树脂在室温进行聚合反应，同时后处理后复合材料板材质量合格。使用这一体系能有效避免树脂聚合放热过快，使得模腔中温度过高导致的暴聚。这一引发体系反应活性高，树脂三组分混合之后，在室温下反应就开始进行，工艺时间大幅减少。由于此树脂固化收缩率较高，现有树脂传递模塑工艺对于树脂收缩不能较好的解决。

发明内容

本发明正是针对上述现有技术中存在的不足而设计提供了一种原位聚合碳纤维增强聚甲基丙烯酸甲酯复合材料成型方法，其目的是制备质量合格的纤维增强的聚甲基丙烯酸甲酯热塑性树脂基复合材料制件。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

本发明所述原位聚合碳纤维增强聚甲基丙烯酸甲酯复合材料成型方法是以树脂传递模塑工艺为基础，该方法的工艺过程包括：将树脂单体注入模具中并浸渍模具中铺覆的碳纤维布，升高温度后使模腔中的树脂聚合，与碳纤维形成整体复合材料制件，该方法中的树指单体为甲基丙烯酸甲酯，引发体系为氧化-还原体系，该氧化-还原体系是由引发剂和催化剂组成，其特征在于：在树脂单体注入模具前，将氧化-还原体系中的一种组分喷洒在碳纤维布上，将另一种组分混合于树脂单体中。

在一种实施中，所述氧化-还原体系中的引发剂为过氧化二苯甲酰，催化剂为叔胺。

在一种实施中，其特征在于：氧化-还原体系中的催化剂为叔胺，并将其均匀喷洒在每层碳纤维布上，氧化-还原体系中的引发剂为过氧化二苯甲酰，并将其与树脂单体混合，以控制树脂注入模腔的粘度，接触纤维后在碳纤维表面进行原位聚合，在注射前始终保持粘度较低的状态。这一操作避免了树脂在注射前反应温度升高难以排出，导致粘度升高难以浸渍纤维，为工艺准备操作留出了充足的时间。

在一种实施中，在将树脂单体注入模具时，在注胶口内预留出部分未填充碳纤维的空模腔，将该空模腔注入树脂单体后，将模具倒置，使模具上的注胶口朝上，之后给注胶口通入气压，使空模腔内的树脂单体向下流动以补充碳纤维上反应的树脂收缩所缺失的量，该项措施能够解决甲基丙烯酸甲酯树脂收缩率高的问题，在模腔中加入富余量的树脂，并使用气泵对富余树脂进行加压，使纤维中的树脂在聚合反应收缩的同时获得补充，注胶结束后，接入气压将树脂全部压入模腔，由空腔中富余的树脂补充纤维聚合所需，这一方法能降低收缩率，减少了收缩带来的质量问题。具体操作是在合模之前，将碳纤维布裁剪为尺寸略小于模具模腔的尺寸，留出一部分模腔用以保存富余树脂。这一做法同时避免了升温时，管路升温快于模具导致管路中树脂先行聚合，压力不能传递至模腔中的问题。