一种碳纤维预浸料卷筒的制备方法
【专利摘要】本发明涉及一种碳纤维预浸料卷筒的制备方法；用浮雕法制造表面具有凹凸卷芯，在卷芯的轴向两端，按照预浸料卷筒幅宽，加工穿过卷芯直径的栓孔；对以热固性树脂或热塑性树脂为基体，并且碳纤维模量至少为2×104kgf/mm2的碳纤维预浸料施加张力，将单向或者编织物碳纤维预浸料呈卷状缠绕在卷芯上，获得卷幅和卷径比小于1的碳纤维预浸料筒；在卷芯的轴向两端，选择适合的栓孔，根据预浸料卷筒径的大小，选择合适长度的栓插入栓孔，确保和预浸料卷紧密配合，保证碳纤维预浸料筒体沿着幅宽方向不变形；本方法能够使得高弹性、高弯曲强度的碳纤维预浸料卷筒保持良好的形状，防止碳纤维预浸料卷筒变形。
【专利说明】一种碳纤维预浸料卷筒的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种碳纤维预浸料卷筒的制备方法。
【背景技术】
[0002]以环氧树脂为基体的碳纤维单向预浸料、碳纤维织物预浸料，通常卷在纸筒上形成卷状保存、运输。但是，利用拉伸弹性模量高的碳纤维制备的碳纤维预浸料，碳纤维的弯曲强度高，所以，把这样的碳纤维预浸料制作成筒状时，碳纤维预浸料和卷筒的密着性低，导致碳纤维预浸料卷筒的形状不好，严重时，碳纤维预浸料无法形成卷状，卷芯从卷筒中脱出。为了增加预浸料和卷芯之间的密着性，通常在预浸料成卷时，增加对预浸料施加的张力。为了使高弹性、高弯曲强度碳纤维预浸料保持良好的成卷形状和防止预浸料卷筒变形，特开1994-298461阐述了表面凹凸不平的卷芯，这种卷芯增加了碳纤维预浸料和卷芯之间的密着性，在一定程度上可保证高弹性、高弯曲强度的碳纤维预浸料保持良好的成卷形状。可是在预浸料使用和搬运以及装箱过程中，不可避免会产生预浸料卷筒幅宽方向的外力，使预浸料沿着幅宽方向发生变形。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是提供一种碳纤维预浸料卷筒的制备方法。本方法是利用浮雕加工技术，制备一种表面呈规则凹凸状，沿轴向两端设置有突起栓的卷芯，利用该卷芯制造碳纤维预浸料卷筒的方法。卷芯表面呈现凹凸不平状，卷芯沿着轴向按照一定间距设有带栓的小孔，以确保碳纤维预浸料卷沿着径向和幅宽方向保持良好形状。具体地说，利用浮雕加工技术，将卷芯表面加工为凹凸状，然后卷芯表面沿轴向打开直径一定的小孔，并专门设有和小孔配合的栓。将拉伸弹性模量至少为20 X 103kgf/mm2碳纤维预浸料，缠绕在该卷芯上，获得卷筒幅宽和卷筒直径比小于I的预浸料卷筒。最后根据预浸料的幅宽，在卷芯轴向确定合适的小孔，插入长度适合的栓。
[0004]本发明所述的碳纤维预浸料卷筒的方法，具体步骤如下:
[0005](I)用浮雕法制造表面具有凹凸状特征的碳纤维预浸料卷芯，卷芯表面的凹凸面积0.2-lcm，凹凸状沿着卷芯表面纵横方向规则分布，凹陷部分的深度在0.2-3mm之间；
[0006](2)在卷芯的轴向两端，按照预浸料卷筒幅宽，加工穿过卷芯直径的栓孔；
[0007](3)根据预浸料卷筒径的大小，加工和栓孔紧密配合的纸栓或塑料栓；
[0008](4)对以热固性树脂或热塑性树脂为基体，并且碳纤维模量至少为2X 104kgf/mm2的碳纤维预浸料施加张力，将单向或者编织物碳纤维预浸料呈卷状缠绕在卷芯上，获得卷幅和卷径比小于I的碳纤维预浸料筒；
[0009](5)在卷芯的轴向两端，选择适合的栓孔，根据预浸料卷筒径的大小，选择合适长度的栓插入栓孔，确保和预浸料卷紧密配合，保证碳纤维预浸料筒体沿着幅宽方向不变形。
[0010]该发明适用于碳纤维增强热固性树脂或者碳纤维强化热塑性树脂的碳纤维预浸料成型时利用的卷芯和利用该卷芯成卷的碳纤维预浸料筒。
[0011]加工成的栓的长度不同，以适合不同幅宽和预浸料卷筒的厚度，栓的材质可以是纸，也可以是塑料。
[0012]该发明中的卷芯，可以是纸管、塑料管。为了降低成本，纸管较为理想。纸管卷芯由吸湿度低的纸构成，也可以在纸管表面放置防湿膜，保证纸管的尺寸安定，同时防止碳纤维预浸料吸湿。
[0013]卷芯的表面加工成凹凸不平状，是为了增加碳纤维预浸料和卷芯摩擦力，防止预浸料卷筒中的卷芯脱出；卷芯沿轴向打孔并有栓固定预浸料，主要防止碳纤维预浸料在搬运或装箱过程中沿着幅宽方向变形。
[0014]利用浮雕法对卷芯表面进行凹凸状加工，具体加工方法是:在纸管或塑料管的表面放上金属网，放入模具中加压成型，获得表面凹凸不平的芯管。
[0015]本卷芯表面的凹陷或凸起为确保碳纤维预浸料和卷芯间的摩擦力适宜。
[0016]本碳纤维预浸料卷筒适合自动铺层机。
[0017]本预浸料卷筒，其卷幅和卷径比小于I时，使预浸料卷筒能保持良好的形状。
[0018]本发明所利用的碳纤维包括单向碳纤维和碳纤维编织物。
[0019]本发明所利用的树脂基体包括不饱和的聚酯树脂、乙烯酯树脂、环氧树脂等热固性树脂。同时，也包括聚碳酸酯树脂、尼龙树脂、聚丙烯树脂、聚醚酰亚胺树脂等热塑性树脂。
[0020]本发明中的碳纤维预浸料可以利用网格布或离型纸覆盖。
[0021]本发明提供的卷芯，由于表面呈凹凸不平状且沿着轴向两端有固定预浸料位置突起的栓，能够使得高弹性、高弯曲强度的碳纤维预浸料卷筒保持良好的形状，防止碳纤维预浸料卷筒变形。另外，沿着轴向用栓固定，有利于防止预浸料沿着幅宽方向变形。本发明提供了制备高质量预浸料卷筒的方法，对于获得高端碳纤维复合材料制品具有重要意义。
【具体实施方式】
[0022]实施例1
[0023](I)碳纤维的拉伸弹性模量为29.5X 103kgf/mm2，拉伸强度565kgf/mm2,碳纤维预浸料的碳纤维体积含量为55%，利用180°C固化的环氧树脂，其体积含量为45%，碳纤维预浸料的幅宽为150mm。
[0024](2)碳纤维预浸料卷芯的外径是260mm的纸筒，并且该纸筒沿轴向有加工的小孔，并备有和其配合的不同长度的栓，其表面根据浮雕技术加工而成的凹凸不平状，凹陷或凸起部分的面积为0.5cm2,深度为1mm。
[0025](3)将上述碳纤维预浸料施加1kgf的张力，收卷与上述表面凹凸不平的纸卷芯上，预浸料卷的厚度为100mm，最后，根据预浸料的幅宽和厚度，在卷芯合适的位置找到孔。插入适合的栓，确保碳纤维预浸料沿轴向不松动。在整个预浸料收卷的过程中，没有发生预浸料在幅宽方向的变形；手指按纸卷芯时，没有出现预浸料松动，纸卷芯脱出现象，同时，预浸料卷筒整体也没有出现变形现象。
[0026]实施例2
[0027](I)碳纤维预浸料卷芯的外径是260mm的塑料筒，该塑料筒沿轴向有加工的小孔，并备有和其配合的不同长度的塑料栓，其表面根据浮雕技术加工成凹凸不平状，凹陷或凸起部分的面积为0.5cm2,深度为1mm。
[0028](2)对实施例1中的碳纤维预浸料施加1kgf的张力，收卷于塑料卷芯上，预浸料卷的厚度为100_。根据预浸料的幅宽和厚度，在塑料卷芯合适的位置找到孔，插入适合的塑料栓，确保碳纤维预浸料沿轴向不松动。在整个预浸料收卷的过程中，没有发生预浸料在幅宽方向的变形；手指按塑料卷芯时，没有出现预浸料松动及塑料卷芯脱出现象，同时，预浸料卷筒整体也没有出现变形现象。
[0029]实施例3
[0030](I)为了比较，利用表面凹凸不平的纸卷芯，其沿着轴向没有加工小孔。对实施例1中的碳纤维预浸料施加1kgf的张力，收卷于纸卷芯上，整体的碳纤维预浸料卷筒能保持很好形状，可是，在搬动的或装箱时，预浸料卷筒沿着轴向松动变形。
【权利要求】
1.一种碳纤维预浸料卷筒的制备方法，其特征在于:具体步骤如下:(1)用浮雕法制造表面具有凹凸状特征的碳纤维预浸料卷芯，卷芯表面的凹凸面积0.2-lcm，凹凸状沿着卷芯表面纵横方向规则分布，凹陷部分的深度在0.2-3mm之间； (2)在卷芯的轴向两端，按照预浸料卷筒幅宽，加工穿过卷芯直径的栓孔； (3)根据预浸料卷筒径的大小，加工和栓孔紧密配合的纸栓或塑料栓； (4)对以热固性树脂或热塑性树脂为基体，并且碳纤维模量至少为2X104kgf/mm2的碳纤维预浸料施加张力，将单向或者编织物碳纤维预浸料呈卷状缠绕在卷芯上，获得卷幅和卷径比小于I的碳纤维预浸料筒； (5)在卷芯的轴向两端，选择适合的栓孔，根据预浸料卷筒径的大小，选择合适长度的栓插入栓孔，确保和预浸料卷紧密配合，保证碳纤维预浸料筒体沿着幅宽方向不变形。
【文档编号】B29C70/30GK104416914SQ201310397747
【公开日】2015年3月18日 申请日期:2013年9月4日 优先权日:2013年9月4日
【发明者】张东杰, 马晓坤, 杨晓峰, 俆永田, 石大川 申请人:中国石油天然气股份有限公司