CN103802230B - 提高预浸带树脂浸透性和均匀性并减少孔隙的方法及装置 - Google Patents
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Abstract
一种提高预浸带树脂浸透性和均匀性并减少孔隙的方法及装置，先用热压辊使树脂胶膜与由纤维丝束整合成的预浸带滚压贴合，此时树脂初步浸透预浸带；再通过超声振动压紧装置进行超声振动辅压，得到树脂浸透性和均匀性好且孔隙少的预浸带。该装置包括用于将纤维丝束整合成预浸带的丝束整合装置，丝束整合装置的两侧设有树脂胶膜卷，丝束整合装置的出口方向上依次设有用于将预浸带及其上下两侧的树脂胶膜滚压贴合的热压辊、对滚压贴合后的预浸带进行超声振动辅压的超声振动压紧装置和收卷超声振动辅压后的预浸带的收卷装置。本发明能够效提高树脂在预浸带中的浸透性及分布均匀性，同时减少预浸带内部孔隙缺陷，进而大大提高预浸带的质量。
Description
技术领域
本发明属于预浸带制造领域，具体涉及一种提高预浸带树脂浸透性和均匀性并减少孔隙的方法及装置。
背景技术
预浸带是增强体与树脂基体的组合物，是复合材料构件的原材料之一，因此，预浸带的质量直接影响着复合材料构件的性能。目前，复合材料已经广泛应用于航空航天、轨道交通、能源等领域，对预浸带的研究具有十分重要的意义。
评价预浸带质量的重要指标之一为预浸带浸透性及树脂分布均匀性，同时孔隙缺陷的增多，直接导致了预浸带力学性能的降低。纤维浸渍的胶量少，预浸带浸透性不足，预浸带的性能下降，导致后续复合材料构件质量不合格，不能满足运用需求。目前，现有的预浸带制作工艺中，很难较好的保证预浸带的浸透性及树脂分布均匀性、较少的孔隙缺陷，这将最终影响到复合材料在工业领域的应用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种提高预浸带树脂浸透性和均匀性并减少孔隙的方法及装置，能够提高预浸带的树脂浸透性及分布均匀性，减少预浸带内部的孔隙缺陷。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种提高预浸带树脂浸透性和均匀性并减少孔隙的方法，先采取干法制备的方式使树脂胶膜与由纤维丝束整合成的预浸带结合，并通过热压辊进行滚压贴合，得到滚压贴合后的预浸带，此时树脂初步浸透预浸带；然后将滚压贴合后的预浸带通过超声振动压紧装置进行超声振动辅压，使树脂进一步浸透并均匀分布在预浸带中，同时减少预浸带中的孔隙缺陷，得到树脂浸透性和均匀性好且孔隙少的预浸带。
在超声振动辅压过程中，超声振动的机械能转换为热能对滚压贴合后的预浸带进行加热，加热温度为50～90℃。
对滚压贴合后的预浸带进行1～5次超声振动辅压，每次超声振动辅压过程中对滚压贴合后的预浸带的牵引速度为1～50mm/s。
在超声振动辅压过程中，超声振动压紧装置的振动频率为20KHz～40KHz、振幅为5μm～30μm、压紧力为100～500N。
根据制得的滚压贴合后的预浸带的宽度，采用由若干个超声振动压紧装置组成的超声振动压紧装置阵列，对滚压贴合后的预浸带进行超声振动辅压，其中超声振动压紧装置阵列中若干个超声振动压紧装置交错排列在滚压贴合后的预浸带的不同宽度位置上。
所述的纤维丝束包括碳纤维丝束和玻璃纤维丝束，所述的预浸带包括碳纤维预浸带和玻璃纤维预浸带。
一种提高预浸带树脂浸透性和均匀性并减少孔隙的装置，包括用于将纤维丝束整合成预浸带的丝束整合装置，丝束整合装置的上下两侧设有由树脂胶膜卷成的树脂胶膜卷，丝束整合装置的出口方向上依次设有用于将整合成的预浸带及位于其上下两侧的树脂胶膜进行滚压贴合的热压辊、对滚压贴合后的预浸带进行超声振动辅压的超声振动压紧装置和用于收卷超声振动辅压后的预浸带的收卷装置。
所述的超声压紧装置包括用于产生超声频信号的超声波发生器、用于将超声频信号转换为超声频率的机械振动的换能器、用于增加超声频率的机械振动的振幅的变幅杆和在变幅杆的带动下以超声频率的机械振动作用于预浸带上的超声压头，其中超声波发生器通过连接线与换能器相连，换能器的下方设置有变幅杆，变幅杆的下方设置有超声压头。
还包括用于配合超声压紧装置对预浸带进行超声振动辅压的压辊，超声压紧装置和压辊分别位于预浸带的两侧。
所述的丝束整合装置的入口方向上设置有用于放置纤维丝束的纤维丝束纱架，纤维丝束纱架中的纤维丝束进入丝束整合装置中整合成预浸带；所述的树脂胶膜卷与热压辊之间设有用于调整树脂胶膜方向以便于热压辊滚压贴合的导向辊。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明针对现有预浸带制备过程中预浸带浸透性及树脂分布均匀性较差、预浸带内部孔隙缺陷较多的问题，提供了一种提高预浸带树脂浸透性和均匀性并减少孔隙的方法，首先采取干法制备的方式使树脂胶膜与由纤维丝束整合成的预浸带结合，并通过热压辊进行滚压贴合，得到滚压贴合后的预浸带，通过热压辊的滚压能够将树脂挤压进入到预浸带内部，初步实现树脂对预浸带的浸透；然后将滚压贴合后的预浸带通过超声振动压紧装置进行超声振动辅压，使树脂进一步浸透并均匀分布在预浸带中，同时减少预浸带中的孔隙缺陷，得到树脂浸透性和均匀性好且孔隙少的预浸带。超声振动辅压过程中，在超声振动压紧装置区域将产生大量热量，导致预浸带局部温度的升高，导致树脂的流动性增加，提高了树脂在预浸带内部的均匀分布性；同时，具有一定压紧力的超声频率的机械振动作用于预浸带，树脂在高频的冲击下有利于更好的与预浸带结合，并能够更好的向树脂贫瘠区域的预浸带进行浸透，填充预浸带内部的孔隙缺陷。因此，超声振动辅压过程中，可瞬间提高正在压紧预浸带区域的温度，同时增强树脂与预浸带的结合力度，使树脂在预浸带中更好的向树脂贫瘠区域进行浸透，提高树脂对预浸带的浸透性，提高预浸带内的树脂分布均匀性，减少预浸带内部的孔隙缺陷。该方法灵活性好，效率高。预浸带的制备效果可通过超声振动压紧装置的频率、振幅及压紧力进行调节。可根据最终要求达到的预浸带的制备效果，选择对滚压贴合后的预浸带进行适宜次数的超声振动辅压，能够进一步提高预浸带浸透性及树脂分布均匀性。还可根据制备的预浸带宽度，选择合适数量的超声振动压紧装置进行阵列排布，以满足预浸带的制备需求。
本发明提供的提高预浸带树脂浸透性和均匀性并减少孔隙的装置，包括用于将纤维丝束整合成预浸带的丝束整合装置、用于将整合出的预浸带及位于其上下两侧的树脂胶膜进行滚压贴合的热压辊、以及对滚压贴合后的预浸带进行超声振动辅压的超声振动压紧装置。能够将纤维丝束的整合、树脂胶膜的滚压贴合和预浸带的超声振动辅压按顺序依次完成，其中超声振动压紧装置能够提供适宜的频率、振幅及压紧力和加热温度，以达到提高树脂对预浸带的浸透性，提高预浸带内的树脂分布均匀性，减少预浸带内部的孔隙缺陷的目的。同时该装置还具有结构简单、操作方便的优点。
附图说明
图1为本发明提高预浸带树脂浸透性和均匀性并减少孔隙的装置示意图；
图2为超声振动压紧装置阵列的示意图；
其中：1为纤维丝束纱架，2为丝束整合装置，3为树脂胶膜卷，4为导向辊，5为热压辊，6为超声振动压紧装置，7为收卷装置，8为滚压贴合后的预浸带，9为压辊，10为超声压头，11为变幅杆，12为换能器，13为超声波发生器。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。
参见图1，本发明提供了一种提高预浸带树脂浸透性和均匀性并减少孔隙的装置，包括用于将纤维丝束整合成预浸带的丝束整合装置2，丝束整合装置2的入口方向上设置有用于放置纤维丝束的纤维丝束纱架1，丝束整合装置2的上下两侧设有由树脂胶膜卷成的树脂胶膜卷3，丝束整合装置2的出口方向上依次设有用于将整合出的预浸带及位于其上下两侧的树脂胶膜进行滚压贴合的热压辊5、对滚压贴合后的预浸带8进行超声振动辅压的超声振动压紧装置6和用于收卷超声振动辅压后的预浸带的收卷装置7。树脂胶膜卷3与热压辊5之间设有用于调整树脂胶膜方向以便于热压辊5滚压贴合的导向辊4。超声压紧装置6和压辊9分别位于预浸带的两侧，压辊9配合超声压紧装置6对预浸带进行超声振动辅压。超声压紧装置6包括用于产生超声频信号的超声波发生器13、用于将超声频信号转换为超声频率的机械振动的换能器12、用于增加超声频率的机械振动的振幅的变幅杆11和在变幅杆11的带动下以超声频率的机械振动作用于预浸带上的超声压头10，其中超声波发生器13通过连接线与换能器12相连，换能器12的下方设置有变幅杆11，变幅杆11的下方设置有超声压头10。
参见图1和图2，本发明提供了一种提高预浸带树脂浸透性和均匀性并减少孔隙缺陷的方法，首先采取干法制备的方式使树脂胶膜与由玻璃纤维丝束或碳纤维丝束整合成的玻璃纤维预浸带或碳纤维预浸带结合，并通过热压辊5进行滚压贴合，得到滚压贴合后的预浸带8（具体请参考文献：纤维缠绕工艺浸胶技术研究进展[J]，玻璃钢/复合材料，2010年05期），此时树脂初步浸透预浸带；然后将滚压贴合后的预浸带8通过超声振动压紧装置6进行周期性的超声振动辅压，实现对预浸带的压紧压实，使树脂进一步浸透预浸带并在预浸带中分布的更加均匀，同时减少预浸带中的孔隙缺陷，得到树脂浸透性和均匀性好且孔隙少的预浸带。
将制备的预浸带通过超声振动压紧装置进行周期性的超声振动辅压，可有效提高预浸带的浸透性及树脂分布均匀性。同时，通过超声振动压紧装置压紧预浸带可以有效的减少预浸带内部的孔隙缺陷。
超声振动压紧装置的振动频率为20KHz～40KHz，振幅为5μm～30μm，压紧力为100～500N。超声振动辅压过程中，超声振动的机械能转换为热能，对滚压贴合后的预浸带进行加热，控制加热温度为50℃～90℃。预浸带的制备效果可通过超声振动压紧装置的频率、振幅及压紧力进行调节。
可以根据最终要求达到的预浸带的制备效果选择对滚压贴合后的预浸带进行1～5次超声振动辅压，能够进一步提高预浸带浸透性及树脂分布均匀性，每次超声振动辅压过程中对滚压贴合后的预浸带的牵引速度为1～50毫米每秒。
如图2所示，由于超声振动压紧装置的尺寸、功率等的限制，可采用由若干个超声振动压紧装置组成的超声振动压紧装置阵列，对滚压贴合后的预浸带进行超声振动辅压，以满足预浸带制备的宽度需求，其中超声振动压紧装置阵列中若干个超声振动压紧装置交错排列在滚压贴合后的预浸带的不同宽度位置上，保证滚压贴合后的预浸带的所有宽度位置都能被超声振动压紧装置超声振动辅压。
本发明提供的提高预浸带树脂浸透性和均匀性并减少孔隙的方法及装置，可有效解决现有预浸带浸透性差的问题，提高预浸带质量，灵活性好，有较好的应用前景。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，在不脱离本发明构思的前提下，所做出简单的推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定专利保护范围。
Claims (6)
1.一种提高预浸带树脂浸透性和均匀性并减少孔隙的方法，其特征在于：先采取干法制备的方式使树脂胶膜与由纤维丝束整合成的预浸带结合，并通过热压辊进行滚压贴合，得到滚压贴合后的预浸带，此时树脂初步浸透预浸带；然后将滚压贴合后的预浸带通过超声振动压紧装置进行1～5次超声振动辅压，使树脂进一步浸透并均匀分布在预浸带中，同时减少预浸带中的孔隙缺陷，得到树脂浸透性和均匀性好且孔隙少的预浸带；
其中在超声振动辅压过程中，超声振动的机械能转换为热能对预浸带进行加热，加热温度为50～90℃，对预浸带的牵引速度为1～50mm/s，超声振动压紧装置的振动频率为20KHz～40KHz、振幅为5μm～30μm、压紧力为100～500N。
2.根据权利要求1所述的提高预浸带树脂浸透性和均匀性并减少孔隙的方法，其特征在于：根据制得的滚压贴合后的预浸带的宽度，采用由若干个超声振动压紧装置组成的超声振动压紧装置阵列，对滚压贴合后的预浸带进行超声振动辅压，其中超声振动压紧装置阵列中若干个超声振动压紧装置交错排列在滚压贴合后的预浸带的不同宽度位置上。
3.根据权利要求1所述的提高预浸带树脂浸透性和均匀性并减少孔隙的方法，其特征在于：所述的纤维丝束包括碳纤维丝束和玻璃纤维丝束，所述的预浸带包括碳纤维预浸带和玻璃纤维预浸带。
4.权利要求1-3中任意一项所述的提高预浸带树脂浸透性和均匀性并减少孔隙的方法所使用的提高预浸带树脂浸透性和均匀性并减少孔隙的装置，其特征在于：包括用于将纤维丝束整合成预浸带的丝束整合装置(2)，丝束整合装置(2)的上下两侧设有由树脂胶膜卷成的树脂胶膜卷(3)，丝束整合装置(2)的出口方向上依次设有用于将整合成的预浸带及位于其上下两侧的树脂胶膜进行滚压贴合的热压辊(5)、对滚压贴合后的预浸带(8)进行超声振动辅压的超声振动压紧装置(6)和用于收卷超声振动辅压后的预浸带的收卷装置(7)；其中超声压紧装置(6)包括用于产生超声频信号的超声波发生器(13)、用于将超声频信号转换为超声频率的机械振动的换能器(12)、用于增加超声频率的机械振动的振幅的变幅杆(11)和在变幅杆(11)的带动下以超声频率的机械振动作用于预浸带上的超声压头(10)，其中超声波发生器(13)通过连接线与换能器(12)相连，换能器(12)的下方设置有变幅杆(11)，变幅杆(11)的下方设置有超声压头(10)。
5.根据权利要求4所述的提高预浸带树脂浸透性和均匀性并减少孔隙的装置，其特征在于：还包括用于配合超声压紧装置(6)对预浸带进行超声振动辅压的压辊(9)，超声压紧装置(6)和压辊(9)分别位于预浸带的两侧。
6.根据权利要求4所述的提高预浸带树脂浸透性和均匀性并减少孔隙的装置，其特征在于：所述的丝束整合装置(2)的入口方向上设置有用于放置纤维丝束的纤维丝束纱架(1)，纤维丝束纱架(1)中的纤维丝束进入丝束整合装置(2)中整合成预浸带；所述的树脂胶膜卷(3)与热压辊(5)之间设有用于调整树脂胶膜方向以便于热压辊(5)滚压贴合的导向辊(4)。
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