碳纤维增强树脂型面拉延模具材料的研究

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1、吉林大学化学系硕士学位论文提要本文对树Aa型醚矍旦料的组成和性能进行了研究。这种材料及模具对于汽车及航空工业非常重要，但在国内还没有得到开发和应用。本文的目的是以环氧树脂为树脂基制造复合材料，通过对环氧树脂的增强和增韧来提高其强度以达到使用的要求，同时对组成和性能之间的关系进行了讨论，发现环氧树脂的含量在低于30%或高于55%时力学性能趋于降低，用于增强的碳纤维的最佳含量为1%左右，且经过表面处理的碳纤维增强效果较好。最后通过一系列实验得到了一些规律和最佳组成配方。吉林大学化学系硕士学位论文第一章绪论一、材脂型面拉延模具型面材脂材料的研究树脂型面快速成型拉延模具的型面树脂材料是一种树脂基复合材

2、料，由粘结树脂及增强、增韧的有机和无机填料而构成。该材料分成两个组分既树脂组份和固化剂组份，两组份混合后在室温下可固化。固化后的材料应有很好的机械力学强度和尺寸稳定性。这种材料主要用于制造轿车覆盖件及其它的薄板冷拉延加工的快速成型模具。这种模具和传统的钢模具相比有以下优点:1、制造周期短;2、制造成本较低;3、精度较高;4、所用的机械加工工时少。这对加快我国汽车工业产品的更新换代速度具有重大意义，特别是九十年代以来汽车工业正在向多品种、小批量、宽系列的方向发展，需要以更快的速度制造出试制模具，树脂型面模具正是为了适应这种需求而产生的。吉林大学化学系硕士学位论文种、小批量、宽系列的方向发展，需要

3、以更快的速度制造出试制模具，树脂型面模具正是为了适应这种需求而产生的。国外的一些大公司在八十年代就研制出了这种模具的型面树脂材料，并在许多汽车制造公司应用且取得了很好效果:缩短了试制周期，提高了覆盖件的制造精度，为新车定型和生产准备提供了可靠的依据。特别是在开发概念车及试制车方面这种模具及型面树脂材具有很大优势。在国内这种材料还没得到开发应用，国内汽车厂家要制造这种模具就要使用国外的材料，而国外的材料价格昂贵且供货不及时限制了国内汽车厂家对这项模具技术及材料的应用。根据这种情况我们和一汽集团模具中心合作从九五年开始研制这种材料并在九六年末取得了小试成功，在分析和借鉴国外同类产品的基础上，我们制

4、定了研制方案。该项目的技术关键在于对于树脂基材的增强，增韧，使其达到所要求的技术指标，另外还有混合工艺及消泡工艺。就以上的研究内容我们做了以下几项工作;吉林大学化学系硕士学位论文1、选择树脂对于构成该材料的树脂基材，我们试用了几种材料，如聚氨脂，环氧树脂等。最后选定了ES，环氧树脂及酚醛环氧树脂做基材，因为这些环氧树脂相对较便宜且使用方便，固化后性能较好。2、合成大分子固化剂在选定树脂基材以后我们合成了大分子胺固化剂，此种固化剂由脂肪族环氧树脂和乙二胺构成。将脂肪族环氧树脂溶于苯中之后滴加乙二胺，反应完之后在减压的条件下蒸出苯及过量的乙二胺既得。3、选择填料该材料所须的填料分为两类，一类为无机

5、粉料用来增强树脂基材，另一类为有机液体填料用于树脂增韧。我们选用铁粉，碳纤维等做为增强填料，用脂肪族环氧树脂及邻苯二甲酸二丁脂等做增韧填料。4、探索树脂混合工艺及消泡工艺。在选定树脂和填料之后进行混合实验，首先将环氧树脂和有机液体填料在混合锅中混合均匀之后分吉林大学化学系硕士学位论文别加入无机粉料搅拌均匀后得到树脂基料组分。在混合过程中我们采用了化学消泡和机械消泡相结合的方法消除混合过程中产生的气泡，化学消泡主要是用含硅的消泡剂来消除气泡，机械消泡主要是用机械加工的方法消除气泡。固化剂的混合工艺是把大分子胺及一些有机液体填料混合搅拌均匀后得固化剂组分。5、探索树脂的固化工艺树脂基料组分及固化剂

6、组分得到后，进行树脂固化实验以探索合适的固化剂和树脂基料组分之间的比例以达到合适的固化时间，同时达到要求的性能。合适的固化时间一般为6一20小时之间，可根据需要进行调整，固化时间太短则操作时间少不利于浇注操作，固化后的材料也较脆，固化时间太长则影响模具制造速度。要达到合适的固化时间，固化剂组份和树脂基料组份的比例应为8一15c100，这里还有一定的宽松度。两组分的混合方法是将一定量树脂基料和一定量的固化剂组分放在一起搅拌均匀后倒入模具中使其固化，固化后的样吉林大学化学系硕士学位论文块做力学性能实验。6、做配方实验在以上工作的基础上调整树脂基料组分及固化剂组分的组成，以及其相互之间的比例以求得到

7、最佳的性能，经过反复实验得到以下最佳配方。A组分:B组分:环氧树脂50%大分子胺50%铁粉37.5%小分子胺29%内%j增韧剂19%碳黑g%稀释剂消泡剂2%碳纤维0.5%3、对固化后的样品进行力学性能测试课题组开发研制的模具型面树脂和进口树脂的性能比较见表1，对最佳配方固化后的材料做力学性能实验得到以下结果。吉林大学化学系硕士学位论文表1模具型面树脂的物理性能及机械性能比较检测项目汽巴图树脂一}课