一种生产丝束预浸带的制备工艺的制作方法

文档序号:12334095阅读:440来源:国知局

本发明属于复合材料领域,是纤维增强树脂复合材料的新的材料形态,对现有的复合材料形态替代,可以完成效率更高,性能更优秀,成本更低的复合材料制件。



背景技术:

纤维增强复合材料是复合材料中最大的一项,纤维与树脂共同构成复合材料,从人类发展的技术看,目前纤维与树脂结合形成复合材料和制件主要有四类:第一类是非连续材料,纤维短切后,直接或通过毡的方式与树脂结合,形成非连续基础复合材料;第二类是预浸料,连续纤维或织物与树脂结合,形成片状预浸料;第三类是缠绕拉挤工艺,纤维通过树脂槽,浸润树脂,然后通过缠绕或模腔,一步完成复合材料的制备与制件工艺;第四类是液体成型工艺,将纤维利用纺织技术织造成预成型体,然后铺放到模具中,泵入树脂,完成材料复合和制件工艺。

上述纤维与树脂的复合及成型工艺,各有优劣,整合各工艺优点,去除缺点,是复合材料创新的重要空间。

非连续材料的成型工艺简单,可以批量生产,但是纤维短切后,不能体现连续纤维复合材料优越的力学性能。

预浸料的制备,经典的制备分两步工序,第一是制备树脂膜,把树脂均匀涂敷在离型纸上,第二步是浸润工艺,将上下两层带树脂膜的离型纸覆盖在多根丝束的纤维面或织物上,通过多对精密轧辊把树脂压到纤维中,确保每根微纤维被树脂充分“湿润”。如果要制备比较复杂型面的航空制件,需要把上面的单向预浸料做分切成6.35毫米宽的窄带,采用自动铺纤机铺放材料在模具上,工艺路线很繁琐,分切的预浸带成本非常高。

缠绕工艺是一个纤维到制件的直接工艺,是一种低成本复合材料制造工艺,传统的工艺是采用湿法工艺,把纤维导入到液体的树脂槽中,浸润树脂后,利用挤压辊把多余树脂挤掉,然后在制件模芯上完成缠绕,工作环境差,模芯转快后树脂摔出,树脂分布不均匀,纤维性能发挥小。

液体成型工艺也是一个纤维到制件的直接工艺,为了提升制件的力学性能,纤维含量就要大,织物就需要制得紧密,这个为后面液体树脂的充分、均匀浸润形成矛盾。



技术实现要素:

本发明就是要整合上述工艺的优势,去除劣势,制备出一种新型的纤维增强复合材料,替代传统材料与工艺,提升制件性能,提高工作效率,降低复合材料成本,解决复合材料制件低成本、批量生产的问题,为复合材料领域提供创新的解决方案。

本发明要解决的问题是通过以下的技术方案来实现的:研发特殊的热固性树脂,这些树脂主要是指 环氧树脂,也包括酚醛、双马来等树脂,这些树脂都要实现常温储存时间长(大于7天),便于热熔胶法浸润,对各类纤维丝束的微纤维完全、充分浸润;对碳纤维、玻璃纤维、芳纶、超高分子量聚乙烯纤维纱锭,通过恒张力切向放卷,把多根纤维丝束送到树脂浸润装置中,树脂对每根丝束做独立的浸润工艺,相互不影响,浸润后的丝束预浸带通过多辊驱动,牵引到卷绕机上,用精密交错或平行卷绕方式把丝束预浸带卷绕成纱锭,或不卷绕,在线短切。

本发明的有益效果:短切丝束预浸带,对比其他的非连续复合材料,力学性能优越,同时还具备非连续复合材料成型工艺的简单和批量生产的优势;对比自动铺纤机使用的分切预浸带,丝束预浸带的制备工艺大大缩减,分切必然会切断部分纤维,导致纤维的力学性能不能充分发挥,丝束预浸带没有这个缺陷;分切丝束预浸带由于复杂的工艺,复杂工艺中的耗材,成本非常高,丝束预浸带工艺简单,没有或极少耗材,成本低;分切预浸带的工艺决定了带子的长度很短,不能有效地保证自动铺纤机长时间的工作,丝束预浸带源自原始纤维纱锭,可以做到原始纤维纱锭一样的长度,保证了自动铺纤机长时间工作,不用换纱锭;分切预浸带必须通过冷库储存,丝束预浸带可长时间常温储存。传统的湿法缠绕有很多弊端,树脂需要临时配制,工作环境差,现场脏乱,缠绕机速度上不去,湿法缠绕的产品外观差,缠绕过程纤维会滑动,固化过程需要旋转制件,由于树脂的不均与,只能发挥纤维的部分力学性能,制件的力学性能离散大,设计时取的安全系数高,这些弊端,在采用丝束预浸带之后,全部可以改变。对于液体成型,获取高的纤维含量,就需要把织物织造地非常密实,这又给后期的树脂浸润带来困难,采用丝束预浸带直接做密实织造,既可以得到密实的织物和很高的纤维含量,又可保证均匀、高效浸润。总之,丝束预浸带,这个创新的材料形态,可以集成现有纤维增强复合材料各类形态和工艺的优势,去除各形态和工艺的劣势,是一个革命性的技术进步。

附图说明

图中,1.纱架;2.浸润;3.驱动;4.卷绕(或在线短切)。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进一步说明,但本发明的实施方式不限于此。

实施例

本发明一种生产丝束预浸带的制备工艺,如图所示。当纤维丝束通过恒张力切向放卷纱架(1)出来,把多根纤维丝束送到树脂浸润装置(2),树脂对每根丝束做独立的预浸工艺,相互不影响,浸润后的丝束预浸润带通过多棍驱动(3),牵引到卷绕机(4)上,用精密交错或平行卷绕方式把丝束预浸润带卷绕成纱锭,或不卷绕,在线短切。

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