CN101921459B - 碳纤维缠绕补强片的制备方法 - Google Patents
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Abstract
碳纤维缠绕补强片的制备方法，它涉及一种补强片的制备方法。本发明解决了现有的补强材料补强效果差的问题。碳纤维缠绕补强片由碳纤维和基体树脂制成。方法：一、称取原料；二、连续纤维环向缠绕成型即得到碳纤维缠绕补强片。本发明补强片采用预制工艺成型，软硬适宜，贮存期长，使用时只需从冰柜中取出，揭掉脱模片，铺放在碳纤维缠绕壳体的封头处即可，使用方法简单易行，与现有的补强材料相比较补强效果好。<sup/>
Description
技术领域
本发明属复合材料领域，涉及一种补强片的制备方法。
背景技术
由于碳纤维/环氧复合材料的模量比玻纤、芳纶纤维复合材料大，对于碳纤维缠绕壳体，极嘴边缘界面区域的不连续性更为敏感。承压时壳体与金属接头连接形成高应力区，往往发生早期破坏。为了防止发生过早的结构破坏，不使壳体的性能下降，就必须进行局部补强。封头加强会减小封头的局部应力集中，使封头强度提高，还可使整个壳体的重量降低。因此，壳体上封头应采取补强措施。现常用的封头补强方法有布铺放补强、无纬带铺放补强和纵向缠绕部分封头帽补强。采用布铺放补强、无纬带铺放补强方法简单易行，但是由于补强材料是按极孔形状经裁剪后或沿某一方向铺放，补强纤维在极嘴边缘周向不连续，补强效果较差。采用纵向缠绕部分封头帽补强，即现在正常容器芯模上进行缠绕，然后切取，这种方法材料浪费较大，补强效果也不理想。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有的补强材料补强效果差的问题，提供了一种碳纤维缠绕补强片的制备方法。
本发明碳纤维缠绕补强片按重量份数比由65～74份的碳纤维和26～35份的基体树脂制成，所述的基体树脂为环氧树脂胶液，环氧树脂胶液按照质量份数比由1份的固体环氧树脂溶液、0.35～0.40份的液体环氧树脂和0.13～0.16份的胺类固化剂组成；所述的固体环氧树脂溶液由固体环氧树脂与丙酮按照1∶1.4～1.8的质量比混合组成。
碳纤维缠绕补强片的制备方法如下：一、按照重量份数比称取65～74份的碳纤维和26～35份的基体树脂，所述的基体树脂为环氧树脂胶液，环氧树脂胶液按照质量份数比由1份的固体环氧树脂溶液、0.35～0.40份的液体环氧树脂和0.13～0.16份的胺类固化剂组成，所述的固体环氧树脂溶液由固体环氧树脂与丙酮按照1∶1.4～1.8的质量比混合组成；二、根据补强片厚度选择相应厚度的定位环，将模具的上模板、下模板边缘上涂刷不干胶，然后粘贴脱模片，将粘贴好脱膜片的模板和定位环安装在芯轴上，然后再将芯轴固定到缠绕机上，接通烘炉调节炉温至90～120℃，将环氧树脂胶液倒入胶槽，再将碳纤维纱线置于纱架上，碳纤维经纱梳、胶槽、挤胶辊及烘炉引出，碳纤维纱线经丝嘴绕进模具缝中，纱头带出后固定在芯轴上，开启缠绕机，以600转/分～1200转/分的转速进行环向缠绕，缠绕至厚度为0.4mm～2mm、直径为50mm～1000mm停机，从丝嘴处剪断碳纤维纱线，再从缠绕机取下模具拆模，即得碳纤维缠绕补强片。
上述的胺类固化剂是间苯二胺、对对二氨基二苯甲烷或两者的混合物。
本发明补强片采用连续纤维环向缠绕成型，纤维方向几乎与极嘴边界相平行，纤维连续性好，对封头进行局部加强，可使壳体在圆筒段的纵向/环向设计应力比提高，最大限度地降低纵向层材料重量，使碳纤维缠绕壳体PV/W值最大。
本发明的补强片的厚度0.4mm～2mm、直径为50mm～1000mm，补强片的含胶量为26％～35％，挥发份含量小于等于3％，80℃条件下的凝胶时间大于等于40min，剪切强度大于等于38MPa。本发明补强片采用预制工艺成型，软硬适宜，贮存期长，使用时只需从冰柜中取出，揭掉脱模片，铺放在极孔处即可，使用方法简单易行，且与现有的补强材料相比较补强效果好。
由于碳纤维缠绕壳体刚性大，承压时壳体与金属接头连接处形成高应力区，往往发生早期破坏，使壳体性能下降。采用本发明补强片进行补强，补强效率高，占用空间小，增加重量很小的情况下可大幅度增加封头的强度，可使爆破强度增加20％左右，补强效果好，满足了壳体整体强度要求。
具体实施方式
本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意组合。
具体实施方式一：本实施方式中碳纤维缠绕补强片按重量份数比由65～74份的碳纤维和26～35份的基体树脂制成，所述的基体树脂为环氧树脂胶液，环氧树脂胶液按照质量份数比由1份的固体环氧树脂溶液、0.35～0.40份的液体环氧树脂和0.13～0.16份的胺类固化剂组成；所述的固体环氧树脂溶液由固体环氧树脂与丙酮按照1∶1.4～1.8的质量比混合组成。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是所述碳纤维缠绕补强片按重量份数比由70份的碳纤维和30份的基体树脂制成。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二之一不同的是所述胺类固化剂是间苯二胺、对对二氨基二苯甲烷或两者的混合物。其它与具体实施方式一或二之一相同。
本实施方式中胺类固化剂是间苯二胺与对对二氨基二苯甲烷两者的混合物时，各成分间为任意比。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是所述所述的固体环氧树脂溶液由固体环氧树脂与丙酮按照1∶1.5的质量比混合组成。其它与具体实施方式一至三之一相同。
具体实施方式五：本实施方式中碳纤维缠绕补强片按重量份数比由68～72份的碳纤维和28～32份的基体树脂制成，所述的基体树脂为环氧树脂胶液，环氧树脂胶液按照质量份数比由1份的固体环氧树脂溶液、0.38份的液体环氧树脂和0.13份的胺类固化剂组成；所述的固体环氧树脂溶液由固体环氧树脂与丙酮按照1∶1.4的质量比混合组成。
具体实施方式六：本实施方式中碳纤维缠绕补强片按重量份数比由74份的碳纤维和35份的基体树脂制成，所述的基体树脂为环氧树脂胶液，环氧树脂胶液按照质量份数比由1份的固体环氧树脂溶液、0.40份的液体环氧树脂和0.16份的胺类固化剂组成；所述的固体环氧树脂溶液由固体环氧树脂与丙酮按照1∶1.8的质量比混合组成。
具体实施方式七：本实施方式中碳纤维缠绕补强片按重量份数比由65份的碳纤维和26份的基体树脂制成，所述的基体树脂为环氧树脂胶液，环氧树脂胶液按照质量份数比由1份的固体环氧树脂溶液、0.35份的液体环氧树脂和0.13份的胺类固化剂组成；所述的固体环氧树脂溶液由固体环氧树脂与丙酮按照1∶1.4的质量比混合组成。
具体实施方式八：本实施方式中碳纤维缠绕补强片的制备方法如下：一、按照重量份数比称取65～74份的碳纤维和26～35份的基体树脂，所述的基体树脂为环氧树脂胶液，环氧树脂胶液按照质量份数比由1份的固体环氧树脂溶液、0.35～0.40份的液体环氧树脂和0.13～0.16份的胺类固化剂组成，所述的固体环氧树脂溶液由固体环氧树脂与丙酮按照1∶1.4～1.8的质量比混合组成；二、根据补强片厚度选择相应厚度的定位环，将模具的上模板、下模板边缘上涂刷不干胶，然后粘贴脱模片，将粘贴好脱膜片的模板和定位环安装在芯轴上，然后再将芯轴固定到缠绕机上，接通烘炉调节炉温至90～120℃，将环氧树脂胶液倒入胶槽，再将碳纤维纱线置于纱架上，碳纤维经纱梳、胶槽、挤胶辊及烘炉引出，碳纤维纱线经丝嘴绕进模具缝中，纱头带出后固定在芯轴上，开启缠绕机，以600转/分～1200转/分的转速进行环向缠绕，缠绕至厚度为0.4mm～2mm、直径为50mm～1000mm停机，从丝嘴处剪断碳纤维纱线，再从缠绕机取下模具拆模，即得碳纤维缠绕补强片。
本实施方式中步骤二可根据尺寸要求选择补强片模具。
本实施方式中步骤二置于纱架上的碳纤维纱为1～2团。
本实施方式补强片采用连续纤维环向缠绕成型，纤维方向几乎与极嘴边界相平行，还可使壳体极嘴边缘处纤维为连续纤维，纤维连续性好，从而保证了补强片的补强效果。本实施方式的补强片的厚度0.4mm～2mm、直径为50mm～1000mm，补强片的含胶量为26％～35％，挥发份含量小于等于3％，80℃条件下的凝胶时间大于等于40min，剪切强度大于等于38MPa。本实施方式补强片采用预制工艺成型，软硬适宜，贮存期长，使用时只需从冰柜中取出，揭掉脱模片，铺放在极孔处即可，使用方法简单易行。本实施方式补强片方便且铺放简单，更好的发挥了纤维强度，该补强片补强效果好。
由于碳纤维缠绕壳体刚性大，承压时壳体与金属接头连接处形成高应力区，往往发生早期破坏，使壳体性能下降。采用本发明补强片进行补强，补强效率高，占用空间小，增加重量很小的情况下可大幅度增加封头的强度，可使爆破强度增加20％左右，补强效果好，满足了壳体整体强度要求。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式八不同的是步骤一中所述的胺类固化剂是间苯二胺、对对二氨基二苯甲烷或两者的混合物。其它与具体实施方式八相同。
本实施方式中胺类固化剂是间苯二胺与对对二氨基二苯甲烷两者的混合物时，各成分间为任意比。
具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式八或九之一不同的是步骤二中接通烘炉调节炉温至100～110℃。其它与具体实施方式八或九之一相同。
具体实施方式十一：本实施方式与具体实施方式八至十之一不同的是步骤二中以800转/分～1000转/分的转速进行环向缠绕。其它与具体实施方式八至十之一相同。
具体实施方式十二：本实施方式与具体实施方式八至十一之一不同的是步骤二中接通烘炉调节炉温至135℃。其它与具体实施方式八至十一之一相同。
具体实施方式十三：本实施方式与具体实施方式八至十一之一不同的是步骤二中以850转/分～950转/分的转速进行环向缠绕。其它与具体实施方式八至十一之一相同。
具体实施方式十四：本实施方式与具体实施方式八至十一之一不同的是步骤二中以1100转/分的转速进行环向缠绕。其它与具体实施方式八至十一之一相同。
具体实施方式十五：本实施方式与具体实施方式八至十四之一不同的是步骤一中按照重量份数比称取68～72份的碳纤维和28～32份的基体树脂。其它与具体实施方式八至十一之一相同。
具体实施方式十六：本实施方式与具体实施方式八至十四之一不同的是步骤一中按照重量份数比称取70份的碳纤维和30份的基体树脂。其它与具体实施方式八至十一之一相同。
具体实施方式十七：本实施方式与具体实施方式八至十四之一不同的是步骤一中所述环氧树脂胶液按照质量份数比由1份的固体环氧树脂溶液、0.36～0.38份的液体环氧树脂和0.14～0.15份的胺类固化剂组成，所述的固体环氧树脂溶液由固体环氧树脂与丙酮按照1∶1.5～1.6的质量比混合组成。其它与具体实施方式八至十四之一相同。
具体实施方式十八：本实施方式与具体实施方式八至十四之一不同的是步骤一中环氧树脂胶液按照质量份数比由1份的固体环氧树脂溶液、0.36份的液体环氧树脂和0.15份的胺类固化剂组成，所述的固体环氧树脂溶液由固体环氧树脂与丙酮按照1∶1.6的质量比混合组成。其它与具体实施方式八至十四之一相同。
具体实施方式十九：本实施方式中碳纤维缠绕补强片的制备方法如下：一、按照重量份数比称取65份的碳纤维和35份的基体树脂，所述的基体树脂为环氧树脂胶液，环氧树脂胶液按照质量份数比由1份的固体环氧树脂溶液、0.35份的液体环氧树脂和0.13份的胺类固化剂组成，所述的固体环氧树脂溶液由固体环氧树脂与丙酮按照1∶1.4的质量比混合组成；二、将模具的上模板、下模板边缘上涂刷不干胶，然后粘贴脱模片，将粘贴好脱膜片的模板安装在芯轴上，然后再将芯轴固定到缠绕机上，接通烘炉调节炉温至90℃，将环氧树脂胶液倒入胶槽，再将碳纤维纱线置于纱架上，碳纤维经纱梳、胶槽、挤胶辊及烘炉引出，碳纤维纱线经丝嘴绕进模具缝中，纱头带出后固定在芯轴上，开启缠绕机，以900转/分的转速进行环向缠绕，缠绕至厚度为0.4mm、直径为50mm停机，从丝嘴处剪断碳纤维纱线，再从缠绕机取下模具拆模，即得碳纤维缠绕补强片。
具体实施方式二十：本实施方式中碳纤维缠绕补强片的制备方法如下：一、按照重量份数比称取74份的碳纤维和26份的基体树脂，所述的基体树脂为环氧树脂胶液，环氧树脂胶液按照质量份数比由1份的固体环氧树脂溶液、0.40份的液体环氧树脂和0.16份的胺类固化剂组成，所述的固体环氧树脂溶液由固体环氧树脂与丙酮按照1∶1.8的质量比混合组成；二、将模具的上模板、下模板边缘上涂刷不干胶，然后粘贴脱模片，将粘贴好脱膜片的模板安装在芯轴上，然后再将芯轴固定到缠绕机上，接通烘炉调节炉温至120℃，将环氧树脂胶液倒入胶槽，再将碳纤维纱线置于纱架上，碳纤维经纱梳、胶槽、挤胶辊及烘炉引出，碳纤维纱线经丝嘴绕进模具缝中，纱头带出后固定在芯轴上，开启缠绕机，以1200转/分的转速进行环向缠绕，缠绕至厚度为2mm、直径为1000mm停机，从丝嘴处剪断碳纤维纱线，再从缠绕机取下模具拆模，即得碳纤维缠绕补强片。
具体实施方式二十一：本实施方式中碳纤维缠绕补强片的制备方法如下：一、按照重量份数比称取68份的碳纤维和32份的基体树脂，所述的基体树脂为环氧树脂胶液，环氧树脂胶液按照质量份数比由1份的固体环氧树脂溶液、0.38份的液体环氧树脂和0.14份的胺类固化剂组成，所述的固体环氧树脂溶液由固体环氧树脂与丙酮按照1∶1.4的质量比混合组成；二、将模具的上模板、下模板边缘上涂刷不干胶，然后粘贴脱模片，将粘贴好脱膜片的模板安装在芯轴上，然后再将芯轴固定到缠绕机上，接通烘炉调节炉温至100℃，将环氧树脂胶液倒入胶槽，再将碳纤维纱线置于纱架上，碳纤维经纱梳、胶槽、挤胶辊及烘炉引出，碳纤维纱线经丝嘴绕进模具缝中，纱头带出后固定在芯轴上，开启缠绕机，以900转/分的转速进行环向缠绕，缠绕至厚度为0.4mm～2mm、直径为50mm～1000mm停机，从丝嘴处剪断碳纤维纱线，再从缠绕机取下模具拆模，即得碳纤维缠绕补强片。
具体实施方式二十二：本实施方式中碳纤维缠绕补强片的制备方法如下：一、按照重量份数比称取67份的碳纤维和33份的基体树脂，所述的基体树脂为环氧树脂胶液，环氧树脂胶液按照质量份数比由1份的固体环氧树脂溶液、0.39份的液体环氧树脂和0.12份的胺类固化剂组成，所述的固体环氧树脂溶液由固体环氧树脂与丙酮按照1∶1.6的质量比混合组成；二、将模具的上模板、下模板边缘上涂刷不干胶，然后粘贴脱模片，将粘贴好脱膜片的模板安装在芯轴上，然后再将芯轴固定到缠绕机上，接通烘炉调节炉温至110℃，将环氧树脂胶液倒入胶槽，再将碳纤维纱线置于纱架上，碳纤维经纱梳、胶槽、挤胶辊及烘炉引出，碳纤维纱线经丝嘴绕进模具缝中，纱头带出后固定在芯轴上，开启缠绕机，以1000转/分的转速进行环向缠绕，缠绕至厚度为0.4mm～2mm、直径为50mm～1000mm停机，从丝嘴处剪断碳纤维纱线，再从缠绕机取下模具拆模，即得碳纤维缠绕补强片。
具体实施方式二十三：本实施方式中碳纤维缠绕补强片的制备方法如下：一、按照重量份数比称取69份的碳纤维和31份的基体树脂，所述的基体树脂为环氧树脂胶液，环氧树脂胶液按照质量份数比由1份的固体环氧树脂溶液、0.37份的液体环氧树脂和0.14份的胺类固化剂组成，所述的固体环氧树脂溶液由固体环氧树脂与丙酮按照1∶1.6的质量比混合组成；二、将模具的上模板、下模板边缘上涂刷不干胶，然后粘贴脱模片，将粘贴好脱膜片的模板安装在芯轴上，然后再将芯轴固定到缠绕机上，接通烘炉调节炉温至110℃，将环氧树脂胶液倒入胶槽，再将碳纤维纱线置于纱架上，碳纤维经纱梳、胶槽、挤胶辊及烘炉引出，碳纤维纱线经丝嘴绕进模具缝中，纱头带出后固定在芯轴上，开启缠绕机，以1100转/分的转速进行环向缠绕，缠绕至厚度为2mm、直径为400mm停机，从丝嘴处剪断碳纤维纱线，再从缠绕机取下模具拆模，即得碳纤维缠绕补强片。
Claims (4)
1.碳纤维缠绕补强片的制备方法，其特征在于碳纤维缠绕补强片的制备方法如下：一、按照重量份数比称取65～74份的碳纤维和26～35份的基体树脂，所述的基体树脂为环氧树脂胶液，环氧树脂胶液按照质量份数比由1份的固体环氧树脂溶液、0.35～0.40份的液体环氧树脂和0.13～0.16份的胺类固化剂组成，所述的固体环氧树脂溶液由固体环氧树脂与丙酮按照1﹕1.4～1.8的质量比混合组成；二、根据补强片厚度选择相应厚度的定位环，将模具的上模板、下模板边缘上涂刷不干胶，然后粘贴脱模片，将粘贴好脱膜片的模板和定位环安装在芯轴上，然后再将芯轴固定到缠绕机上，接通烘炉调节炉温至90～120℃，将环氧树脂胶液倒入胶槽，再将碳纤维纱线置于纱架上，碳纤维经纱梳、胶槽、挤胶辊及烘炉引出，碳纤维纱线经丝嘴绕进模具缝中，纱头带出后固定在芯轴上，开启缠绕机，以600转/分～1200转/分的转速进行环向缠绕，缠绕至厚度为0.4mm～2mm、直径为50mm～1000mm停机，从丝嘴处剪断碳纤维纱线，再从缠绕机取下模具拆模，即得碳纤维缠绕补强片。
2.根据权利要求1所述的碳纤维缠绕补强片的制备方法，其特征在于步骤一中所述的胺类固化剂是间苯二胺、对，对二氨基二苯甲烷或两者的混合物。
3.根据权利要求2或3所述的碳纤维缠绕补强片的制备方法，其特征在于步骤二中接通烘炉调节炉温至100～110℃。
4.根据权利要求3所述的碳纤维缠绕补强片的制备方法，其特征在于步骤二中以800转/分～1000转/分的转速进行环向缠绕。
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| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
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| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |