本發(fā)明涉及復(fù)合材料的表面改性技術(shù)，具體為一種復(fù)合材料增韌細(xì)棒的涂層技術(shù)，該涂層技術(shù)主要用于提高復(fù)合材料增韌細(xì)棒與層合板之間界面性能。

背景技術(shù)：

傳統(tǒng)二維層合復(fù)合材料具有很好的面內(nèi)機(jī)械性能，但其各層之間沒有纖維增強(qiáng)，只是靠基體樹脂起著粘結(jié)和傳遞載荷的作用，因此垂直于鋪層方向以及鋪層之間的性能相對較弱。當(dāng)受到外部載荷作用時(shí)，該層合復(fù)合材料往往首先產(chǎn)生層間破壞，同時(shí)復(fù)合材料層間強(qiáng)度較低也導(dǎo)致了復(fù)合材料的抗損傷性能較差。為了改善層合復(fù)合材料的這些缺點(diǎn)，出現(xiàn)了很多提高復(fù)合材料層合韌性的技術(shù)。細(xì)棒增韌技術(shù)是在預(yù)浸料的厚度方向嵌入固化好的復(fù)合材料細(xì)棒，為被增韌材料提供厚度方向的僑聯(lián)力。這中方法由于成本較低，對材料的面內(nèi)性能影響較小，增韌效果較好，受到學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的廣泛關(guān)注。

增韌細(xì)棒與層合板之間載荷的傳遞是通過界面來實(shí)現(xiàn)。而科研用及工業(yè)用增韌細(xì)棒均為表面較光滑的圓柱形結(jié)構(gòu)，若對細(xì)棒表面進(jìn)行改性來提高細(xì)棒與層合板之間的界面性能，則可以進(jìn)一步提高細(xì)棒對層合板的增韌效果。復(fù)合材料表面改性技術(shù)有很多，包括物理粗糙改性、化學(xué)刻蝕、涂層等。然而，復(fù)合材料增韌細(xì)棒的截面直徑一般1.0mm以下，對于這種細(xì)度的復(fù)合材料制品，傳統(tǒng)的物理粗糙改性容易對材料造成損傷，工程實(shí)現(xiàn)上存在難度。由于增韌細(xì)棒的樹脂通常為環(huán)氧樹脂或雙馬來酰亞胺樹脂，這兩種樹脂固化后具有優(yōu)良的耐腐蝕性，若采用化學(xué)刻蝕的方法，效果并不明顯。傳統(tǒng)的涂層技術(shù)是在固化后的復(fù)合材料表面涂敷試劑，用來起到裝飾或保護(hù)的作用。若采用傳統(tǒng)涂層的方法對增韌細(xì)棒進(jìn)行改性，很難找到一種試劑，既能與固化后的細(xì)棒表面相粘結(jié)又能與未固化的層合板相粘結(jié)。因此，傳統(tǒng)的涂層方法不適用于對復(fù)合材料細(xì)棒的改性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明擬解決的技術(shù)問題是提出一種復(fù)合材料增韌細(xì)棒的涂層方法，該涂層方法與現(xiàn)有的涂層方法不同。傳統(tǒng)復(fù)合材料涂層方法是在被材料已經(jīng)固化成型后，在材料表面經(jīng)過單獨(dú)的涂層工序，使用液態(tài)的涂料涂附在材料表面，而本發(fā)明涂層方法是在材料成型的過程中實(shí)現(xiàn)的，無單獨(dú)的涂層工序，涂料采用干纖維粉粉狀物，不采用化學(xué)試劑，利用被涂層復(fù)合材料自身的粘結(jié)性能，在自身固化前將干纖維粉黏附在細(xì)棒表面。

本發(fā)明擬解決所述涂層方法技術(shù)問題的技術(shù)方案是，設(shè)計(jì)一種復(fù)合材料增韌細(xì)棒的涂層方法，該涂層方法包括以下步驟：

首先，浸潤樹脂的纖維束穿過小孔初成型模具，形成圓形的截面形狀(初成型模具模腔直徑大小應(yīng)滿足纖維束在等截面的模腔內(nèi)纖維體積含量在30％至70％之間；

然后，穿過內(nèi)部存有碳纖維粉涂料的貯存室(簡稱涂層室)，涂層室為管狀腔體結(jié)構(gòu)，涂層室沿長度方向中軸具有孔洞，細(xì)棒從涂層室孔洞穿過，涂層室內(nèi)腔由3至10個(gè)邊的等邊多邊形面板拼接而成，每個(gè)邊的邊長大于10mm，內(nèi)腔長度為0.05至0.5米之間，涂層室每個(gè)面板均為導(dǎo)電材質(zhì)，均可連接靜電場和接地，兩個(gè)相鄰的面板之間不發(fā)生導(dǎo)電，當(dāng)細(xì)棒在經(jīng)過涂層室的過程中，每一時(shí)刻有一個(gè)面板連接靜電場，其余面板接地，每隔0.5至5秒，靜電場切換連接至上一時(shí)刻連接面板相對或斜對的面，其余面接地，則涂料將從上一時(shí)刻連接靜電場的面向此時(shí)連接靜電場的面運(yùn)動。不斷循環(huán)切換靜電場及接地的端子，涂料不斷被吸附至靜電場連接的面，涂料在涂層室內(nèi)將圍繞細(xì)棒所在的中心位置做折現(xiàn)運(yùn)動。其中靜電場電壓控制在0.5-10kv；

第三，細(xì)棒從涂層室穿過后隨即經(jīng)過不直接接觸的吸塵裝置，表面粘結(jié)不牢固的碳纖維粉將被去除。

第四，細(xì)棒經(jīng)過預(yù)熱裝置和加熱裝置進(jìn)行預(yù)熱和凝膠。

第五，細(xì)棒經(jīng)過定型模具進(jìn)行定形，定形模具的等截面通孔直徑要比初成型模具大0.05mm至1mm；

第六，細(xì)棒經(jīng)過加熱裝置進(jìn)行固化，通過溫度和加熱裝置的長度控制使細(xì)棒的固化度應(yīng)達(dá)到70％以上。

最后，細(xì)棒經(jīng)過帶有細(xì)毛刷的吸塵器再次將細(xì)棒表面粘結(jié)不牢固的纖維粉去除。

本發(fā)明所述的涂層方法是在現(xiàn)有復(fù)合材料增韌細(xì)棒的成型技術(shù)(本專利申請人的另外一發(fā)明專利：一種復(fù)合材料增韌細(xì)棒的成型方法和裝置，專利號：201210204757.3)的基礎(chǔ)上實(shí)施的，本發(fā)明所述涂層方法可在該發(fā)明專利所述裝置的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)。

本發(fā)明所述涂料為纖維粉狀物，可以是碳纖維、玻璃纖維、石英纖維等高性能纖維粉，纖維粉狀物細(xì)度為低于1mm的短切纖維、纖維粉或碳納米管等，若纖維粉裝物細(xì)度太大，則不易黏附到z-pin表明，導(dǎo)致涂層后的細(xì)棒直徑不均勻，外觀不規(guī)整。

初成型模具直徑的大小應(yīng)滿足纖維束在等截面通孔的模腔中體積含量為30％至70％，直徑即不能太粗也不能太細(xì)。若直徑太粗，則纖維束細(xì)棒的體積含量過高，則浸潤樹脂的纖維束經(jīng)過初成型模具后，不能形成規(guī)則的圓形截面，造成成型不良；若直徑太細(xì)，則纖維束細(xì)棒的樹脂含量過低，涂料不易粘結(jié)在細(xì)棒的表面。

當(dāng)細(xì)棒在經(jīng)過涂層室的過程中，靜電場及接地線不斷切換所連接的面板的位置，每一時(shí)刻有一個(gè)面板連接靜電場，其余面板接地。靜電場在各個(gè)面板連接的時(shí)間是相同的，在0.5至5秒之間。每個(gè)面板均連接靜電場一次為一循環(huán)，不斷循環(huán)切換靜電場及接地的端子，涂料不斷被吸附至靜電場連接的面板，不斷切換靜電場至相對或斜對的面板，則涂料在涂層室內(nèi)將圍繞細(xì)棒所在的中心位置做折現(xiàn)運(yùn)動。由于細(xì)棒表面樹脂具有黏附作用，若涂料在運(yùn)動的過程中與其接觸，就會被黏附在細(xì)棒表面。

細(xì)棒在涂層室中，由于樹脂未固化并且涂層室具有一定的加熱功能，且涂層室室內(nèi)溫度保證樹脂具有較低的粘度，因此，細(xì)棒表面樹脂具有較好黏附作用，涂料在運(yùn)動的過程中與細(xì)棒接觸，則被粘結(jié)到了細(xì)棒表面。

涂層室可為單個(gè)獨(dú)立的涂層室，也可將涂層室沿細(xì)棒路徑方向排列，分成若干個(gè)小涂層室組合拼接而成，這樣可使沿細(xì)棒長度方向上的涂層粉較均勻的涂敷在細(xì)棒表面。涂層室各個(gè)面連接靜電場與接地的連接或切換為現(xiàn)有技術(shù)，可通過可編程控制器等自動控制儀器或設(shè)備實(shí)現(xiàn)。

涂層室沿長度方向中軸具有孔洞，細(xì)棒從涂層室孔洞穿過，需要調(diào)整細(xì)棒拉拔方向，使細(xì)棒不與孔洞邊或壁接觸，這是由于此時(shí)穿過涂層室的細(xì)棒未固化，若與設(shè)備接觸會導(dǎo)致細(xì)棒變形。由于涂層室需要開孔，為防止涂料從涂層室中溢出污染環(huán)境，涂層室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)考慮防涂料溢出功能，防涂料溢出結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法為現(xiàn)有技術(shù)。

涂層室連接靜電場的電壓應(yīng)控制在0.5-10kv之間。若電壓太大太大，則中間穿越運(yùn)動的細(xì)棒將會受到靜電場的吸引，若電源壓太小，則不能較好的吸引纖維粉體涂料。靜電場具體值應(yīng)根據(jù)具體涂料的細(xì)度及細(xì)棒的細(xì)度來確定。

由于細(xì)棒經(jīng)涂層后，細(xì)度變粗，定型模具直徑應(yīng)比初成型模具大0.05至1.0mm。

之所以兩次通過吸塵器是要及時(shí)去除粘結(jié)不牢固的涂料，盡可能減少涂料彌散，防止對環(huán)境造成污染。第一次通過吸塵器，對粘結(jié)不牢固的涂料進(jìn)行清潔，吸塵器口端不能直接接觸細(xì)棒，以免未固化的細(xì)棒發(fā)生變形，第二次吸塵器的毛刷直接接觸細(xì)棒表面涂料，細(xì)棒已經(jīng)固化，細(xì)棒固化度已達(dá)到70％，不易發(fā)生變形，這樣可以進(jìn)一步將夾雜的涂料去除。由于細(xì)棒從固化管道中拉出，具有較高的余溫，需要吸塵器的毛刷采用耐高溫的材質(zhì)。

本發(fā)明專利所述方法存在以下創(chuàng)新點(diǎn)：第一，涂料采用纖維粉狀物，使細(xì)棒與層合材料之間在無化學(xué)殘留的情況下，具有很好的界面性能；第二，涂層步驟在細(xì)棒固化前實(shí)施，利用了樹脂固有的粘結(jié)性能，方法簡單，且不會引起細(xì)棒變形；第三，巧妙地運(yùn)用了靜電場的作用，使除涂料外無其他固體物質(zhì)與細(xì)棒接觸，靜電力使涂料具有一定的沖量，提供了與細(xì)棒粘結(jié)的壓力。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明復(fù)合材料增韌細(xì)棒的涂層方法可在細(xì)棒生產(chǎn)過程中實(shí)現(xiàn)，無單獨(dú)的涂層工序，方法簡單，效率高，只是將纖維粉狀物黏附在細(xì)棒表面，無化學(xué)殘留，細(xì)棒植入到層合板后，干纖維一部分粘于增韌細(xì)棒表面的樹脂，另一部分將與層板的樹脂相粘，與傳統(tǒng)涂層技術(shù)相比提高了細(xì)棒與層合板之間載荷傳遞的面積，進(jìn)而可大大提高細(xì)棒與層合板之間的界面性能，提高細(xì)棒的增韌效率。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實(shí)施例復(fù)合材料增韌細(xì)棒的涂層方法流程示意圖。

圖2是本發(fā)明實(shí)施例初成型模具截面結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是本發(fā)明實(shí)施例涂層室長度方向截面結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4是本發(fā)明實(shí)施例涂層室橫截面結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5是本發(fā)明實(shí)施例涂料運(yùn)動軌跡示意圖。

圖6是本發(fā)明實(shí)施例定型模具截面結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例及其附圖進(jìn)一步敘述本發(fā)明：

下面給出采用本發(fā)明所述的涂層方法制備直徑為0.55mm，400目碳纖維粉的涂層細(xì)棒的涂層過程：

細(xì)棒涂層過程，如圖1所示。一束T300-3k碳纖維進(jìn)入樹脂槽2中浸潤樹脂，隨后進(jìn)入初成型模具3，初成型模具3，如圖2所示，具有長度為7mm，直徑為0.50mm的等截面圓形通孔模腔301。

細(xì)棒10從模具3被拉出后隨即進(jìn)入盛有400目碳纖維粉的涂層室4中，涂層室4內(nèi)未固化細(xì)棒的總行程(內(nèi)腔長度)為300mm，細(xì)棒10的拉拔速度為1m/min。涂層室4長度方向通過隔斷將涂層室4分為三個(gè)腔體，如圖3所示，每個(gè)腔體長度100mm。灌注涂料時(shí)，每個(gè)腔體沿注料口401均放入g涂料，隔斷將限制每個(gè)腔體的涂料沿長度方向上過大的位移，使涂料沿長度方向較均勻的分開，涂層室外側(cè)均勻纏有加熱帶403及保溫層404，涂層室4內(nèi)部溫度與樹脂槽溫度均為45℃，使樹脂具有較低的粘度。

整個(gè)涂層室4長度方向的中心位置具有直徑10mm的孔405，細(xì)棒10在孔405中穿過，細(xì)棒10在穿過涂層室4的過程中不與涂層室的壁面接觸，防止未固化的細(xì)棒10發(fā)生變形。在涂層室4的入口側(cè)和出口側(cè)均存在兩個(gè)長度為30mm的空腔405，作用是隔離從涂層室腔內(nèi)外溢的涂料，防止涂料溢出污染環(huán)境。涂層室長度方向的隔斷板及端蓋板均為不導(dǎo)電的聚氯乙烯板。

涂層室4從橫截面上看為五邊形，如圖4所示，即涂層室4最內(nèi)側(cè)與涂層接觸的內(nèi)壁由五片面板411接合而成。相鄰兩片面板的拼接處為絕緣的硅橡膠條412，相鄰兩塊面板間不發(fā)生導(dǎo)電。每片面板均有一接線端子，每個(gè)端子都可連接靜電場或接地。注料口401位置置于兩塊面板411之間，在絕緣條412所在直線處，這樣可以避免在面板上打孔。涂層室面板411連接靜電場的電壓為2kv。

未固化細(xì)棒10經(jīng)過涂層室的過程中，起初，421號端子連接靜電場，其余四個(gè)端子接地；3秒后，端子423由接地切換成連接靜電場，同時(shí)，端子421切換成接地，即端子421、422、424、425均接地；再過3秒后，只有端子425連接靜電場，其余接地；再過3秒，只有端子422連接靜電場，其余接地……。按照此規(guī)律，每過3秒調(diào)換一次靜電場和接地的連接端子，同一時(shí)刻只有一個(gè)端子連接靜電場，且其余端子均接地。連接靜電場的端子順數(shù)為421→423→425→422→424→，每隔15秒一個(gè)循環(huán)，這樣，不斷的調(diào)換靜電場的位置，涂料410將被靜電場所吸引在涂層室中不斷的改變方向向靜電場連接的面板運(yùn)動。運(yùn)動軌跡如圖5示。這樣，涂料410在涂層室4內(nèi)將圍繞中心作折線運(yùn)動，使細(xì)棒10周圍都能夠與涂料接觸，由于細(xì)棒10樹脂未固化，且具有較低的粘度，與細(xì)棒10表面接觸的涂料將粘附在細(xì)棒10表面。

涂層后的細(xì)棒10從涂層室4中拉出后隨即進(jìn)入吸塵室5，吸塵室5中有上下兩個(gè)吸塵口501和502，將粘結(jié)不牢固的涂料去除，由于細(xì)棒10未固化，吸塵裝置不能與細(xì)棒10接觸，以防止細(xì)棒10發(fā)生變形。

經(jīng)涂層的細(xì)棒10加熱管道6進(jìn)行預(yù)熱和凝膠。

再經(jīng)過定型模具7進(jìn)行定形，定型模具具有長度為2mm的等截面直徑為0.55mm通孔模腔701，如圖6所示。

細(xì)棒10經(jīng)過定型后，再進(jìn)入加熱管道8中進(jìn)行固化，細(xì)棒10固化好以后用帶細(xì)毛刷的吸塵器將粘結(jié)不牢的纖維粉去除。

最后需要說明的是，以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非對權(quán)利要求保護(hù)范圍的限制。盡管參照實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，對本發(fā)明技術(shù)方案進(jìn)行的非本質(zhì)修改或者等同替換，并不能脫離本發(fā)明技術(shù)方案的實(shí)質(zhì)，且均應(yīng)在本申請權(quán)利要求的保護(hù)范圍之內(nèi)。