专利名称：一种纬线强化定型的织物预制体的制备方法
技术领域：
本发明属于复合材料制造技术领域，涉及一种纬线强化定型的织物预制体的制备方法。
背景技术：
纤维增强树脂基复合材料具有重量轻、力学性能好等优点，被广泛应用于现代飞 行器和航天器制件的制造。在纤维增强树脂基复合材料液态成型工艺技术中，干态纤维布 或织物的预制定型是一个重要的工艺环节，涉及到纤维增强材料、树脂基体、定型剂等材料 以及预制定型技术等。预制定型的产物是复合材料构件的三维增强骨架，其体积含量和纤 维取向等是影响复合材料最终性能的重要工程参数，直接决定着复合材料能否满足复合材 料构件的设计使用要求。技术术语里，把纤维织物进行定型预处理以克服其蓬松、易松散状态的工艺定 义为定型(Tackification technology)或预定型技术，预处理采用的工艺材料称为定 型剂(Tackifier或Binder)，定型预处理的产物即包括(预)定型的织物(Tackified Fabrics)，也包括三维整体层合的织物预制体(Preforms)。复合材料定型预处理的目的之 一是使干态的平面织物获得整体性，可以进行精确剪裁下料、织物铺放、织物修剪、织物预 定型或自由移动等而不发生溃散；复合材料定型预制的另一个目的是制备自支撑、三维整 体层合的复杂织物预制体骨架。干态纤维织物的一个重要品种是单向纤维织物，它利用特制的纬向纱线将经纱的 单向纤维织造成连续的单向纤维织物。目前，使用的纤维增强材料与纬向纱线之间不存在 粘合作用，纤维增强材料难免会在外力的作用下发生纤维织物变形、边角散落，造成纤维取 向角的变化以及某部分区域纤维缺少，从而影响复合材料的最终性能。对于平面织物的定型预制而言，定型处理最好以连续化的方式在织造现场完成， 以形成一种标准化的产品；而对于自支撑、三维整体层合的复杂织物预制体骨架，它通常在 个性化的复合材料结构件的制造现场进行定型预制操作，因为复合材料结构件千差万别， 所以它不是一种标准化的产品。针对单向纤维织物存在的问题，本发明提出一种不散纱的一种纬线强化定型的织 物预制体的制备方法，可以连续的在织造现场完成织物的定型预制，并形成一种标准化的 产品；同时，利用这种织物可以实现干态复杂织物预制体的自支撑、三维整体化层合制备技 术，以满足复合材料预制和制造工艺技术的需要。
发明内容
本发明的目的是提供一种不散纱的一种纬线强化定型的织物预制体的制备方法。 本发明的技术方案是(1)、在纬向纱线上预涂敷定型剂定型剂可以是下列热固性树脂之一环氧树脂、双马来酰亚胺、热固性聚酰亚胺、
4酚醛树脂、氰酸酯树脂、不饱和聚酯，或上述热固性树脂的两种或两种以上的混合体系；或 下列热塑性树脂之一聚氨酯、聚酰胺、聚苯硫醚、聚芳醚酮、聚砜、聚酰亚胺、聚碳酸酯、聚 醚砜、聚乙烯醇，或上述热塑性树脂的两种或两种以上的混合体系；或使用上述热固性树脂 之一种与上述热塑性树脂之一种的共混树脂体系。在包括碳纤维、玻璃纤维、Kevlar纤维、聚酯纤维、聚酰胺纤维、聚醚酰亚胺纤维、 聚苯硫醚纤维或聚醚砜纤维的纬向纱线上预涂敷热固性定型剂，涂敷工艺为如下之一，(a)溶液或悬浮液涂敷，首先将定型剂溶解在溶剂或悬浮在悬浮液中，形成浓度 5 80wt%的溶液或悬浮液，再将纬向纱线通过盛有定型剂溶剂或悬浮液的胶槽，然后将 纱线除去溶剂或悬浮液载体，备用；(b)热熔涂敷，将定型剂进行熔融，再将纬向纱线通过盛有熔融定型剂的胶槽，降 温至室温，收卷，备用；其中，定型剂在涂敷有定型剂的纬向纱线中所占的重量百分比为l-80wt%。(2)、纬线强化定型织物的制作将预涂敷有定型剂的纬向纱线与纤维增强材料织造在一起，纤维增强材料包括碳 纤维、玻璃纤维、Kevlar纤维或碳化硅纤维，织物形式是单向织物、或平纹织物、斜纹织物、 缎纹织物或非屈曲织物；采用常规的加热方式将纬向纱线上的定型剂热熔，将纬向纱线和 纤维增强材料强化粘合成为整体；(3)、预制体的制作按照预制体结构的要求，逐层贴合，同时通过常规技术加热，使得纬向纱线上的定 型剂再次在一个特定的温度区间熔化，从而将一层一层贴合在一起的织物体通过定型剂强 化热熔，相互之间粘合在一起，制备得到三维整体层合的织物预制体。所述织物的制作采用织造或非织造的方法进行带有定型剂的纬向纱线和纤维增 强材料的复合。所述的定型剂在涂敷有定型剂的纬向纱线中所占的重量百分比为30-50wt%。将纬向纱线连续浸过盛有定型剂溶液或定型剂悬浮液的液槽，使定型剂附着在纬 向纱线上，然后将纬向纱线连续烘干，除去纱线上残留的溶剂或悬浮液载体，收卷备用。
将定型剂加热熔融，然后涂敷在纬向纱线表面，待定型剂冷却后，收卷备用。将涂敷有定型剂的纬向纱线与单向纤维增强材料采用机织、编织进行织造，再用 电热辊进行连续加热定型，得到连续化定型的增强织物。将连续化纬纱定型的增强单向纤维织物进行手工、机械地剪裁、铺放，并且每铺放 一层即用电熨斗加热定型预制一层，最终得到层合的三维整体预制体。所述加热方式是非连续地加热，如电熨斗加热或热吹风加热，但并不限定具体的 加热方式。本发明具有的优点和有益效果在本发明中的纬线强化定型的增强纤维预制织 物，相邻的纤维增强材料被纬向纱线上的定型剂所粘合，不能发生滑动、变形和纤维脱落， 确保纤维织物铺放过程中纤维取向角的准确性，以及织物的完整性，保持最终复合材料的 优异力学性能。使用这种织物进行铺贴时，可使用电熨斗等加热方式将相邻两层织物粘合 在一起，不需要预先对织物进行定型处理。可以实现干态复杂织物预制体的自支撑、三维整 体化层合制备技术，以满足复合材料预制和制造工艺技术的需要。
具体实施例方式下面对本发明做进一步详细说明。第一首先使用常规的涂敷设备，将特定的定型剂涂敷到纬向纱线上，制造出表面 涂敷有定型剂的纬向纱线。本发明的纬向纱线可以是下列纤维品种之一碳纤维、玻璃纤 维、Kevlar纤维、聚酯纤维、聚酰胺纤维、聚醚酰亚胺纤维、聚苯硫醚纤维、聚醚砜纤维；其 中，定型剂在涂敷有定型剂的纬向纱线中所占的重量百分比为l-80wt%。第二 上述特定的定型剂主要根据基体树脂的类别、特别是其热熔特性而异，可以 是下列热固性树脂之一环氧树脂、双马来酰亚胺、热固性聚酰亚胺、酚醛树脂、氰酸酯树 脂、不饱和聚酯，或上述热固性树脂的两种或两种以上的混合体系；或下列热塑性树脂之 一聚氨酯、聚酰胺、聚苯硫醚、聚芳醚酮、聚砜、聚酰亚胺、聚碳酸酯、聚醚砜、聚乙烯醇，或 上述热塑性树脂的两种或两种以上的混合体系；或使用上述热固性树脂之一种与上述热塑 性树脂之一种的共混树脂体系。第三将上述涂敷有定型剂的纬向纱线与纤维增强材料进行常规的纺织，得到纬 向纱线固定的纤维织物、特别是单向增强纤维的织物。本发明的增强纤维可以是下列纤维 品种之一碳纤维、玻璃纤维、Kevlar纤维、碳化硅纤维。纺织制备的方法可以是机织、针 织、编织，也可通过非织造的方法得到非皱折的NCF纤维织物。第四将上述的增强纤维织物通过常规技术加热，使得纬向纱线上的定型剂在一 个特定的温度区间熔化，从而将纬向纱线与纤维增强材料通过定型剂强化热熔，相互之间 粘合定型在一起。使用的加热手段包括热吹风、电熨斗、加热辊等非连续或连续的加热手 段，根据定型剂的热熔特性设置相应的加热温度。第五如果定型处理的对象是连续化的增强织物，则可以按照常规的理解和技术， 将上述的技术和方法设置成为增强织物连续放卷和收卷的中间处理工段，就制备得到一种 纬向纱线强化定型的织物(Tackified Fabrics)，其中，定型剂热熔定型的加热手段优先采 用加热辊。第六对于自支撑、三维整体层合复杂织物预制体，则可以将上述纬向纱线强化定 型的织物按照预制体结构的要求，一层一层贴合，同时通过常规技术加热，使得纬向纱线上 的定型剂再次在一个特定的温度区间熔化，从而将一层一层贴合在一起的织物体通过定型 剂强化热熔，相互之间粘合在一起，制备得到三维整体层合的织物预制体(Preforms)。使用 的加热手段主要是热吹风、电熨斗，并根据定型剂的热熔特性设置相应的加热温度。在本发明的一个优选实施方案中，纬向纱线是玻璃纤维、Kevlar纤维。在本发明的一个优选实施方案中，附载在纬向纱线上的定型剂材料是环氧树脂、 双马来酰亚胺、聚乙烯醇、聚酰胺、不饱和聚酯。在本发明的一个优选实施方案中，定型剂在涂敷有定型剂的纬向纱线中所占的重 量百分比为30-50wt%。在本发明的一个优选实施方案中，将纬向纱线连续浸过盛有定型剂溶液或定型剂 悬浮液的液槽，使定型剂附着在纬向纱线上，然后将纬向纱线连续烘干，除去纱线上残留的 溶剂或悬浮液载体，收卷备用。在本发明的一个优选实施方案中，将定型剂加热熔融，然后涂敷在纬向纱线表面，待定型剂冷却后，收卷备用。在本发明的一个优选实施方案中，将涂敷有定型剂的纬向纱线与单向纤维增强材 料采用机织、编织进行织造，再用电热辊进行连续加热定型，得到连续化定型的增强织物。在本发明的一个优选实施方案中，将连续化纬纱定型的增强单向纤维织物进行手 工、机械地剪裁、铺放，并且每铺放一层即用电熨斗加热定型预制一层，最终得到层合的三 维整体预制体。下面通过实施例对本发明做进一步详细说明。实施例一将工业产品BT-6421B定型剂溶解在丙酮中，配制成50wt%的溶液。将配制好的定型剂溶液放入胶槽中，将纬向纱线浸入胶槽。从胶槽里浸润过定型 剂的纱线再经过烘箱通道，以除去纱线上残留的溶剂。开动纱线缠绕设备，以lOm/min的速度对纱线进行缠绕收卷。纱线离开烘箱到缠 绕到纱线卷上的时间至少为0. 5min。使用制备好的带有定型剂的纬向纱线与碳纤维进行机织，将织物在收卷前经过加 热辊加热压实，通过定型剂将纬向纱线和碳纤维粘合成一体，得到纱线强化定型的单向帘 子布。实测BT-6421B定型剂在纬向纱线中所占的重量百分比为15wt%。实际操作证明 该强化定型的单向帘子布结构完整、不散、不掉纱，满足设计和使用要求。实施例二将聚乙烯醇聚合物溶解在四氢呋喃中，配制成60wt%的定型剂溶液。将配制好的定型剂溶液放入胶槽中，将纬向纱线浸入胶槽。从胶槽里浸润过定型 剂的纱线经过烘箱通道，以除去纱线上残留的溶剂。开动纱线缠绕设备，以lOm/min的速度对纱线进行缠绕收卷。纱线离开烘箱到缠 绕到纱线卷上的时间至少为0. 5min。使用制备好的带有定型剂的纬向纱线与碳纤维进行机织，将织物在收卷前经过加 热辊加热压实，通过定型剂将纬向纱线和碳纤维粘合成一体，得到纱线强化定型的单向帘 子布。实测聚乙烯醇定型剂在纬向纱线中所占的重量百分比为15wt%。实际操作证明该 强化定型的单向帘子布结构完整、不散、不掉纱，满足设计和使用要求。实施例三将胶槽中的BT-6421B定型剂加热熔融后，将纬向纱线浸入胶槽。开动纱线缠绕设备，以lOm/min的速度对纱线进行缠绕。由于纱线中并不存在溶剂，所以纱线在收卷之前不需要加热除溶剂过程。使用制备好的带有定型剂的纬向纱线与碳纤维进行机织，将织物在收卷前经过加 热辊加热压实，通过定型剂将纬向纱线和碳纤维粘合成一体，得到纱线强化定型的单向帘 子布。实测BT-6421B定型剂在纬向纱线中所占的重量百分比为15wt%。实际操作证明 该强化定型的单向帘子布结构完整、不散、不掉纱，满足设计和使用要求。实施例四
将按照实施例一得到的BT-6421B定型剂预浸纬向纱线的强化定型单向增强纤维 帘子布在C形阳模上按照复合材料结构设计逐层铺贴，每铺贴一层即用电熨斗压实定型一 次，直至达到设计预定的铺层数及铺层结构。 经过冷却至室温，从C形阳模上取下强化定型帘子布的干态C型预制体，实测该预 制体室温下的形状与尺寸偏差及其放置稳定性均达到设计和使用要求。
权利要求
1.一种纬线强化定型的织物预制体的制备方法，其特征在于，(1)、在纬向纱线上预涂敷定型剂定型剂可以是下列热固性树脂之一环氧树脂、双马来酰亚胺、热固性聚酰亚胺、酚醛 树脂、氰酸酯树脂、不饱和聚酯，或上述热固性树脂的两种或两种以上的混合体系；或下列 热塑性树脂之一聚氨酯、聚酰胺、聚苯硫醚、聚芳醚酮、聚砜、聚酰亚胺、聚碳酸酯、聚醚砜、 聚乙烯醇，或上述热塑性树脂的两种或两种以上的混合体系；或使用上述热固性树脂之一 种与上述热塑性树脂之一种的共混树脂体系；在包括碳纤维、玻璃纤维、Kevlar纤维、聚酯纤维、聚酰胺纤维、聚醚酰亚胺纤维、聚苯 硫醚纤维或聚醚砜纤维的纬向纱线上预涂敷热固性定型剂，涂敷工艺为如下之一，(a)溶液或悬浮液涂敷，首先将定型剂溶解在溶剂或悬浮在悬浮液中，形成浓度5 SOwt %的溶液或悬浮液，再将纬向纱线通过盛有定型剂溶剂或悬浮液的胶槽，然后将纱线 除去溶剂或悬浮液载体，备用；(b)热熔涂敷，将定型剂进行熔融，再将纬向纱线通过盛有熔融定型剂的胶槽，降温至 室温，收卷，备用；其中，定型剂在涂敷有定型剂的纬向纱线中所占的重量百分比为l-80wt% ；(2)、纬线强化定型织物的制作将预涂敷有定型剂的纬向纱线与纤维增强材料织造在一起，纤维增强材料包括碳纤 维、玻璃纤维、Kevlar纤维或碳化硅纤维，织物形式是单向织物、或平纹织物、斜纹织物、缎 纹织物或非屈曲织物；采用常规的加热方式将纬向纱线上的定型剂热熔，将纬向纱线和纤 维增强材料强化粘合成为整体；(3)、预制体的制作按照预制体结构的要求，逐层贴合，同时通过常规技术加热，使得纬向纱线上的定型剂 再次在一个特定的温度区间熔化，从而将一层一层贴合在一起的织物体通过定型剂强化热 熔，相互之间粘合在一起，制备得到三维整体层合的织物预制体。
2.根据权利要求1所述的一种纬线强化定型的织物预制体的制备方法，其特征在于， 所述织物的制作采用织造或非织造的方法进行带有定型剂的纬向纱线和纤维增强材料的 見合。
3.根据权利要求1所述的一种纬线强化定型的织物预制体的制备方法，其特征在于， 所述的定型剂在涂敷有定型剂的纬向纱线中所占的重量百分比为30-50wt%。
4.根据权利要求1所述的一种纬线强化定型的织物预制体的制备方法，其特征在于， 将纬向纱线连续浸过盛有定型剂溶液或定型剂悬浮液的液槽，使定型剂附着在纬向纱线 上，然后将纬向纱线连续烘干，除去纱线上残留的溶剂或悬浮液载体，收卷备用。
5.根据权利要求1所述的一种纬线强化定型的织物预制体的制备方法，其特征在于， 将定型剂加热熔融，然后涂敷在纬向纱线表面，待定型剂冷却后，收卷备用。
6.根据权利要求1所述的一种纬线强化定型的织物预制体的制备方法，其特征在于， 将涂敷有定型剂的纬向纱线与单向纤维增强材料采用机织、编织进行织造，再用电热辊进 行连续加热定型，得到连续化定型的增强织物。
7.根据权利要求1所述的一种纬线强化定型的织物预制体的制备方法，其特征在于， 将连续化纬纱定型的增强单向纤维织物进行手工、机械地剪裁、铺放，并且每铺放一层即用电熨斗加热定型预制一层，最终得到层合的三维整体预制体。
8.根据权利要求1所述的一种纬线强化定型的织物预制体的制备方法，其特征在于， 所述加热方式是非连续地加热，如电熨斗加热或热吹风加热，但并不限定具体的加热方式。
全文摘要
本发明属于复合材料制造技术领域，涉及一种纬线强化定型的织物预制体的制备方法。本发明的制备方法是首先在纬向纱线上预涂敷定型剂，而后制作纬线强化的定型织物，最后再制作预预制体。在本发明中的纬线强化定型的增强纤维预制织物，相邻的纤维增强材料被纬向纱线上的定型剂所粘合，不能发生滑动、变形和纤维脱落，确保纤维织物铺放过程中纤维取向角的准确性，以及织物的完整性，保持最终复合材料的优异力学性能。使用这种织物进行铺贴时，可使用电熨斗等加热方式将相邻两层织物粘合在一起，不需要预先对织物进行定型处理。可以实现干态复杂织物预制体的自支撑、三维整体化层合制备技术，以满足复合材料预制和制造工艺技术的需要。
文档编号D06M101/36GK102061570SQ20101053624
公开日2011年5月18日 申请日期2010年11月9日 优先权日2010年11月9日
发明者何先成, 安学锋, 张晨乾, 益小苏, 高军鹏 申请人:中国航空工业集团公司北京航空材料研究院