制备三维成型制品的方法
阅读说明：本技术 制备三维成型制品的方法 (Method for producing three-dimensional shaped articles ) 是由 曹凯 祁贵东 向金宝 于 2020-07-01 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种制备三维成型制品的方法。所述方法包括以下步骤：a)通过计算机辅助设计软件将具有曲面的三维成型制品的三维轮廓展开；b)通过计算机辅助设计软件将步骤a)中得到的展开的三维轮廓切分成若干基本层；c)根据在步骤b)中获得的基本层的形状与大小将连续纤维增强热塑性树脂基复合片材切割成与基本层具有相同或接近的形状与大小；d)将切割后的复合片材按照其大小进行叠放得到堆叠物；和g)使步骤d)中得到的堆叠物、脱模和任选裁切后得到所述三维成型制品。根据本发明的方法可将连续纤维增强热塑性树脂基复合材料片材加工成厚度不均、曲度较大的三维成型制品,所得三维成型制品重量轻、抗冲击、抗压缩性好。(The present invention relates to a method for producing a three-dimensional shaped article. The method comprises the following steps: a) unfolding the three-dimensional outline of the three-dimensional molded product with the curved surface by computer aided design software; b) cutting the unfolded three-dimensional profile obtained in step a) into a plurality of basic layers by computer aided design software; c) cutting the continuous fiber reinforced thermoplastic resin based composite sheet material into a shape and a size which are the same as or close to those of the base layer according to the shape and the size of the base layer obtained in the step b); d) stacking the cut composite sheets according to the size of the composite sheets to obtain a stacked object; and g) subjecting the stack obtained in step d) to demoulding and optionally cutting to obtain the three-dimensional shaped article. According to the method, the continuous fiber reinforced thermoplastic resin matrix composite material sheet can be processed into the three-dimensional molded product with uneven thickness and larger curvature, and the obtained three-dimensional molded product has light weight and good impact resistance and compression resistance.)
技术领域
本发明属于制品加工领域。具体地，本发明涉及一种制备三维成型制品的方法。
背景技术
随着国家对安全生产的重视和人民安全生产意识的提高，越来越多的生产场景中会使用安全鞋。安全鞋具有保护工人脚部及腿部免受可预见伤害的作用，这是由于安全鞋具有一个高强度高抗冲击性的鞋头，其可以有效保护脚部免受外部的撞击或冲击。由此可见，鞋头是安全鞋的核心部件。质量好的鞋头既能满足人穿着时的舒适性，又能满足机械强度方面的要求。
国标GB21148、美标ASTM F2413、欧标EN 12568中对安全鞋鞋头的抗冲击性、耐压缩性和环境测试进行了详细的描述。如欧标EN 12568规定了安全鞋鞋头在承受200J冲击和15,000N压缩后，鞋头内最小空隙应符合一定要求。
由于各国对安全鞋鞋头抗冲击性、耐压力性和环境测试的严苛规定，并不是所有的材料都适合做安全鞋鞋头。为了满足各国标准对安全鞋鞋头的要求，目前安全鞋鞋头大多用金属材料。然而金属鞋头较重，使穿着费力且不舒服，同时金属材质易生锈，与鞋面层结合不好，通过安检会使安检设备发出报警，这些缺点都限制了金属材料的使用。树脂基复合材料由于其采用密度比较低的树脂和强度比较高的纤维复合，在保证强度的情况下，其重量又不会太重，且又不会引发安检设备发出报警，同时其耐化学性能好，与鞋面层的结合也好，所以树脂基复合材料已成为制备安全鞋头的首选材料。树脂基复合材料又分热固性复合材料和热塑性复合材料。
安全鞋具有复杂的三维几何形状，其加工过程也比较复杂。
CN2742806Y公开了一种热固性复合材料鞋头，热固性复合材料的成型工艺过程中会有一个比较长的固化阶段，这大大影响了产品的生产效率，且固化过程中会挥发出一些有毒有害气体，严重影响环境，同时热固性复合材料无法回收再利用。
CN1136798C公开了一种复合材料鞋头，其采用长纤维增强热塑性树脂制备，增强纤维的平均纤维长度为10mm-50mm，增强纤维为非定向分布，增强纤维体积含量为40%-60%。
CN114739C公开了一种长纤维增强热塑性树脂层和连续纤维增强热塑性树脂层组合的“三明治结构”的复合材料，以及由此复合材料制造的安全鞋鞋头，材料模塑性能优异，由其制作的鞋头重量轻，强度高，抗压强度高。该种纤维增强热塑性树脂基复合材料包括芯层和表层，其中芯层采用纺织织物或编织网或单向纤维增强的热塑树脂层(连续纤维增强热塑性树脂层)，表层采用无规形式的纤维增强增强热塑树脂层(长纤维增强热塑性树脂层)。通过热冲压或高速压塑技术使这种结构的复合材料在三维模具中成型，得到的最终成型产品既不含有皱纹亦无折叠，且各方向强度无差别。
CN103478988A公开了一种具有特殊复合材料结构的安全防护装置，所述安全防护装置是由多层叠加形成的预制品热压复合得到，所述预制品包括至少4层基底层和至少1层加强层，每层基底层呈半圆形或类半圆形或T形或类T形，并且当基底层呈半圆形或类半圆形时具有放射状裁切口，所述的基底层至少包括两种结构形式，基底层的面积按照叠加顺序梯度减小，所述加强层的面积均小于最小的基底层的面积，所述的加强层位于基底层之间或者预制品的表面；所述的基底层或加强层是通过在连续纤维或纤维织布上均匀涂覆热固性树脂物料而获得。
连续纤维增强热塑性树脂基复合材料具有强度高、模量高、抗冲特性好、密度偏小的优点，所以其比强度和比模量都很高。此外，该复合材料具有耐化学性好、加工效率高、可回收再利用的优点。如果仅用连续纤维增强热塑性树脂基复合材料来成型加工安全鞋鞋头，不仅可以提高鞋头的强度和抗冲击性，还可减低鞋头的厚度和重量，提高其生产效率。然而，仅采用连续纤维增强热塑性树脂基复合材料来加工制造鞋头的方法未有报道。一方面是因为连续纤维增强热塑性树脂基复合材料在高温高压的加工条件下流动性差，较难成型，另一方面是因为鞋头本身是厚度不均匀，需要深曲面加工。 因此，仅采用连续纤维增强热塑性树脂基复合材料加工厚度不均、曲度较大的安全鞋鞋头，还存在很大的技术挑战。
从而，本领域中对采用连续纤维增强热塑性树脂基复合材料制备的安全鞋鞋头等三维成型制品及其制备方法存在需求。
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