CN104228087A - 一种复合材料预浸料制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种复合材料预浸料制备方法，该方法具体包括：多层纤维或纤维织物分别通过恒张力放卷装置，进入各自对应的浸胶槽，浸渍树脂后通过浸胶量精确控制装置获得预定树脂含量；然后，各纤维预浸料在热压复合装置，使浸渍树脂向各纤维层扩散，并发生初步聚合，将各层纤维粘结复合在一起；最后，经冷却牵引装置，贴覆保护膜，得到多层多角度预浸料，其可收卷冷藏也可直接热固化成形。通过金属辊表面防粘涂层技术，可实现浸渍过程无离型纸，有效降低生产成本。本发明通过对多角度、多层次、多品种纤维及纤维织物的一体浸渍，免去人工裁剪、铺叠等工序，有效提高了制品成形效率和成形一致性。

Description

一种复合材料预浸料制备方法
技术领域
本发明属于复合材料技术领域，具体涉及一种复合材料预浸料制备方法。
背景技术
纤维增强树脂基复合材料，具有高比强度、高比模量、耐疲劳、抗冲击等特性，在航空航天、风电、体育用品、豪华赛车等领域有广泛应用。
现有纤维增强复合材料预浸料一般为单层单向纤维或织物与树脂浸渍而成，其工艺流程一般为：纤维通过一个纤维输入辊导入浸渍单元，采用胶膜贴合或溶剂稀释浸渍，能够生产同一方向纤维或单层纤维织物预浸料；然后，预浸料成形复合材料部件时，需根据铺层设计、部件结构及成形工艺等要求，将预浸料裁剪成一定纤维角度、一定尺寸的单层料；最后，根据制品厚度，将裁剪后的预浸料按一定顺序、一定层数放入模具中，在一定温度一定压力下固化成形。
现有纤维增强复合材料预浸料存在以下缺点：需人工单层叠加铺放，自动化程度低，生产效率低；单层预浸料的铺叠过程中经常出现凹凸不平等现象，平整度低，影响制品性能；裁剪过程废料多，材料利用率低；裁剪之后幅宽变窄，无法满足较大尺寸纤维增强复合材料部件成形。
发明内容
本发明针对纤维增强复合材料预浸料制备技术现状，提供一种多种纤维材质、多层次、多角度纤维或纤维织物同步浸渍、复合制备预浸料的方法,解决国内现有预浸料制备及成形过程中存在的成本高、效率低、自动化程度低等问题，满足汽车、轨道交通等民用工业批量化应用需要。
本发明提供一种复合材料预浸料制备方法，该方法具体包括：多层纤维或纤维织物分别通过恒张力放卷装置，进入各自对应的浸胶槽，浸渍树脂后的纤维或纤维织物通过浸胶量精确控制装置获得预定树脂含量；然后，各层纤维预浸料在热压复合装置中进行多层粘结复合，主要是：在一定温度一定压力下，树脂向各纤维层扩散，并发生初步聚合，将各层纤维粘结复合在一起；最后，复合后的多层多角度纤维预浸料经冷却牵引装置，贴合保护膜后得到多层多角度预浸料，其可收卷冷藏备用也可直接热固化成形。
所述的浸胶量精确控制装置，包括浸胶计量辊和浸胶挤压辊，其均为表面涂覆有防粘涂层且具有加热功能的钢棍，双辊间隙范围：0-3mm、间隙精度：0.01mm。
所述的浸胶槽，为具有加热、保温、余料回流、排风等功能的封闭装置，保证不同纤维或纤维织物能够充分浸渍，且浸渍环境清洁无异味。
所述的热压复合装置，包括热压复合动辊、双层加热板，其中热压复合辊均为表面涂覆有防粘涂层且具有加热功能的钢棍，双辊间隙范围：0-10mm、间隙精度：0.01mm。
所述的防粘涂层，为将特氟龙、聚酰亚胺、聚苯硫醚、聚醚醚酮、聚醚酮、聚醚酮酮中的一种或几种喷涂在钢棍表面并打磨光滑形成的耐温性能＞150℃的防粘结涂层，涂层厚度为0.05～0.5mm。
所述的多层纤维或纤维织物分别为0°、±45°、60°、30°、90°、20°等不同角度纤维中的一种或几种形成的纤维织物或单向纤维。
所述的多层纤维或纤维织物为碳纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维、芳纶纤维、植物纤维、人造纤维中的一种或多种组成的复合纤维或其织物。
所述的浸渍树脂包括环氧树脂、酚醛树脂、聚氨酯树脂、丙烯酸树脂、不饱和树脂中的一种或几种的混合物。
所述保护膜为聚合物膜或硅氧化物膜，其作用是防止树脂与金属辊的粘接以及预浸料收卷时隔离使用；
所述的直接热固化成形为将制备的预浸料不经冷藏、熟化处理，浸渍后直接裁剪成预定形状，在一定温度一定压力下，固化得到复合材料制品。
纤维增强复合材料在汽车等民用领域批量化应用，解决高成本、低成形效率制造问题的关键首先是针对复合材料部件在不同工况下的强度、刚度要求，对纤维增强复合材料的微观层次结构进行设计；其次，在重构理论的指导下，进行多角度、多层次、多尺寸纤维织物的复合，并利用专用树脂高渗透率、低粘度的指标特性，实现快速浸渍并高效成形，得到能够满足结构/半结构使用要求的纤维增强复合材料制件，从而提高碳纤维等纤维增强复合材料的成形效率、降低综合制造成本，突破碳纤维等纤维增强复合材料在汽车等民用领域规模化应用的关键瓶颈。多层多角度多品种纤维与单层单向单品种纤维相比浸渍过程参数指标控制更为苛刻，需根据纤维输入层数、纤维角度层合方式、纤维树脂百分比、树脂胶膜厚度、树脂粘度等材料工艺指标，对浸渍温度、浸渍压力、胶膜运行速度、纤维运行速度、冷却定型温度等相关工艺技术参数进行再开发及系统优化。
与现有预浸料制备方法相比，本发明具有如下优点：
(1)本发明从复合材料微观异构增强角度出发，开发碳纤维/玻璃纤维/树脂纤维等不同纤维多角度复合技术，在满足汽车等领域复合材料结构件应用工况指标要求的前提下，成本较纯碳纤维材料复合材料降低40％以上；
(2)本发明通过纤维张力、多层纤维动态浸渍复合参数等工艺的精确设计，实现对多品种、多层次、多角度纤维或纤维织物的高效浸渍，大幅度提高纤维预浸料的浸渍质量和效率；
(3)本发明通过在浸胶辊、复合辊等金属辊表面喷涂防粘涂层，并综合优化浸渍工艺，实现整个浸渍工艺无离型纸，从而有效地节约生产成本；
(4)本发明通过对多角度、多层次、多品种纤维或纤维织物的一体化设计及浸渍，免去人工裁剪、铺叠等步骤，既保证了复合材料制品的一致性又提高了成形效率；
(5)本发明制备的多层多角度多种类纤维预浸料，可不收卷冷藏、熟化，而直接热固化成形，是一种满足在线成形要求的新型纤维预浸料。
附图说明
图1为本发明的多层多轴向预浸料制备工艺流程图。
附图中标号说明
1：单层0度纤维预浸装置(1.1:纱架；1.2：分纱装置；1.3:展纱辊；1.4、1.7：导向辊；1.5：浸胶辊；1.6：浸胶槽；1.8：浸胶计量辊；1.9：浸胶挤压辊)；2-1、2-2、2-3：纤维织物浸胶装置(2.1:织物放卷装置；2.2、2.5：导向辊；2.3：浸胶槽；2.4：浸胶辊；2.6：浸胶计量；2.7：浸胶挤压辊)；3、4：热压复合辊；5、6：加热板；7：冷却辊；8:橡胶牵引辊；9、11：冷却辊；10：保护膜放卷装置；12：收卷装置。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合实施例对本发明做进一步的解释，但是应当明确的是本发明保护的范围并不局限于实施例表示的范围。
实施例1
输入的纤维分别是1输入0度玻璃纤维、2-1输入30度玻璃纤维、2-2输入45度玻璃纤维、2-3输入-45度玻璃纤维,浸渍树脂为单组份环氧树脂，防粘涂层为厚度是0.1mm的特氟龙涂层，浸胶槽温度90℃，复合辊温度85℃，加热板温度95℃，浸胶量为30％，复合速度为2m/min，保护膜为聚乙烯薄膜，得到从上到下为30°/0°/45°/-45°的多层多角度玻纤增强环氧树脂预浸料。
实施例2
输入的纤维分别是2-1输入碳纤维方格布、2-2输入30度玻璃纤维、2-3输入90度芳纶纤维、2-4输入60度玻璃纤维,浸渍树脂为改性聚氨酯树脂，防粘涂层为0.15mm厚聚酰亚胺涂层，浸胶槽温度75℃，复合辊温度70℃，加热板温度85℃，浸胶量为35％，复合速度为1.5m/min，保护膜为聚乙烯薄膜，得到从上到下为方格布/30°/90°/60°的多种纤维增强改性聚氨酯预浸料。
实施例3
输入的纤维分别是2-1输入0度碳纤维、2-2输入45度芳纶纤维、2-3输入90度芳纶纤维、2-4输入-45度芳纶纤维,防粘涂层为0.25mm厚特氟龙涂层，浸渍树脂为酚醛树脂，浸胶槽温度95℃，复合辊温度90℃，加热板温度105℃，浸胶量为40％，复合速度为1m/min，保护膜为聚乙烯薄膜，得到从上到下为0°/45°/90°/-45°的多种纤维增强酚醛树脂预浸料。
实施例4
输入的纤维分别是2-1输入玻璃纤维方格布、2-2输入玻璃纤维经编织物(45°/90°/-45°)、2-3输入0度玻璃纤维、2-4输入60度玻璃纤维,浸渍树脂为丙烯酸树脂，防粘涂层为0.1mm厚聚醚醚酮涂层，浸胶槽温度75℃，复合辊温度85℃，加热板温度90℃，浸胶量为45％，复合速度为2.5m/min，保护膜为聚乙烯薄膜，得到从上到下为方格布/45°/90°/-45°/0°/60°的玻纤增强丙烯酸树脂预浸料。
实施例5
输入的纤维分别是2-1输入碳纤维方格布、2-2输入碳纤维经编织物(0°/90°/45°/-45°)、2-3输入30度玻璃纤维、2-4输入45度芳纶纤维,防粘涂层为0.15mm厚聚苯硫醚涂层，浸渍树脂为不饱和树脂，浸胶槽温度65℃，复合辊温度75℃，加热板温度85℃，浸胶量为55％，复合速度为5m/min，保护膜为聚乙烯薄膜，得到从上到下为方格布/0°/90°/45°/-45°/30°/45°的多种纤维增强不饱和树脂预浸料。

Claims (10)

1.一种复合材料预浸料制备方法，该方法具体包括：多层纤维或纤维织物分别通过恒张力放卷装置，进入各自对应的浸胶槽，浸渍树脂后的纤维或纤维织物通过浸胶量精确控制装置获得预定树脂含量；然后，各层纤维预浸料在热压复合装置中进行多层粘结复合，主要是：在一定温度一定压力下，树脂向各纤维层扩散，并发生初步聚合，将各层纤维粘结复合在一起；最后，复合后的多层多角度纤维预浸料经冷却牵引装置，贴合保护膜后得到多层多角度预浸料，其可收卷冷藏备用也可直接热固化成形。 
2.一种复合材料预浸料制备方法，其特征在于，所述的浸胶量精确控制装置，包括浸胶计量辊和浸胶挤压辊，其均为表面涂覆有防粘涂层且具有加热功能的钢棍，双辊间隙范围：0-3mm、间隙精度：0.01mm。 
3.一种复合材料预浸料制备方法，其特征在于，所述的浸胶槽，为具有加热、保温、余料回流、排风等功能的封闭装置，保证不同纤维或纤维织物能够充分浸渍，且浸渍环境清洁无异味。 
4.一种复合材料预浸料制备方法，其特征在于，所述的热压复合装置，包括热压复合动辊、双层加热板，其中热压复合辊均为表面涂覆有防粘涂层且具有加热功能的钢棍，双辊间隙范围：0-10mm、间隙精度：0.01mm。 
5.一种复合材料预浸料制备方法，其特征在于，所述的防粘涂层，为将特氟龙、聚酰亚胺、聚苯硫醚、聚醚醚酮、聚醚酮、聚醚酮酮中的一种或几种喷涂在钢棍表面并打磨光滑形成的耐温性能＞150℃的防粘结涂层，涂层厚度为0.05～0.5mm。 
6.一种复合材料预浸料制备方法，其特征在于，所述的多层纤维或纤维织物分别为0°、±45°、60°、30°、90°、20°等不同角度纤维中的一种或几种形成的纤维织物或单向纤维。 
7.一种复合材料预浸料制备方法，其特征在于，所述的多层纤维或纤维织物为碳纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维、芳纶纤维、植物纤维、人造纤维中的一种或多种组成的复合纤维或其织物。 
8.一种复合材料预浸料制备方法，其特征在于，所述的浸渍树 脂包括环氧树脂、酚醛树脂、聚氨酯树脂、丙烯酸树脂、不饱和树脂中的一种或几种的混合物。 
9.一种复合材料预浸料制备方法，其特征在于，所述保护膜为聚合物膜或硅氧化物膜，其作用是防止树脂与金属辊的粘接以及预浸料收卷时隔离使用。 
10.一种复合材料预浸料制备方法，其特征在于，所述的直接热固化成形为将制备的预浸料不经冷藏、熟化处理，浸渍后直接裁剪成预定形状，在一定温度一定压力下，固化得到复合材料制品。 
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