CN105015105A - 一种多轴向复合基材制造方法 - Google Patents

一种多轴向复合基材制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种多轴向复合基材制造方法，其特征在于所述步骤为：铺设多轴向玻璃纤维纱层，其纬纱层通过一铺纬小车沿一固定方向从输送带一侧边移动至输送带的另一侧边外后，将纬纱钩在输送带的挡针上，然后按原来方向反向返回起点，利用铺纬小车正向和反向移动时与输送带方向的合成在输送带上形成若干排列相同的连续性Z形纬纱；然后铺设玻璃纤维连续毡并缝合、收卷。本发明的优点在于：通过铺纬装置组和送经装置分别在输送带上铺设玻璃纤维纬纱和玻璃纤维经纱，进而形成多轴向玻璃纤维层，该多轴向玻璃纤维层在经过连续毡放卷装置下方后被铺上一层玻璃纤维连续毡，再由多针绗缝机进行缝合，最后收卷制得多轴向复合基材。

Description

一种多轴向复合基材制造方法
技术领域
本发明涉及一种复合基材制造方法，特别涉及一种多轴向复合基材制造方法。
背景技术
玻璃纤维缝编织物是玻璃纤维增强材料的新品种，在这种织物中，经纬纱完全平直铺设，只交叉，不交织，没有传统机织物经纬纱交织形成的纱线屈曲,可以充分发挥玻璃纤维抗拉强度高的特点，同时无曲屈的纤维更有利于树脂的流动，更易于树脂渗透，用缝编织物制造的复合材料强度高、层间结合性能好。被广泛应用于航天航空、造船业、风力发电行业、汽车工业、建筑业、运输等领域。
多轴向玻璃纤维复合连续毡是玻璃纤维缝编织物中的一种，其大多由多轴向玻璃纤维纱层与连续毡缝编而成，同时为提高受力效果，其多轴向玻璃纤维纱层的各层间玻璃纤维纱方向均匀分布，各层的纱线角度分别为0°、90°和/或±35~80°，层内的各玻璃纤维纱平行设置、角度相同，其具有更好的力学性能、剪切性。
例如专利申请号200920312773.8公开了一种多轴向复合连续毡，它主要由玻璃纤维纱构成，以玻璃纤维连续毡作为基布，玻璃纤维纱铺层在玻璃纤维连续毡上；所述的多轴向复合连续毡，所述的玻璃纤维纱铺层通过低弹涤纶丝缝编结合；所述的玻璃纤维纱铺层至少两层，层与层之间为多方向的角度设置；所述的多方向角度设置是0°、 + 45°、＋ 90 °或-45°。
上述轴向玻璃纤维复合毡结构中，多轴向玻璃纤维纱铺层具有多个角度，受力均匀稳定，抗拉强度高；且同时各玻璃纤维纱无曲屈，更有利于树脂的流动和渗透，但也存在一定的缺点：
（1）由于玻璃纤维纱铺层通过低弹涤纶丝缝编结合，缝编结构紧密，影响了产品的浸润性、浸透性以及导流性。
（2）多轴向玻璃纤维纱铺层的各层纱线角度分别为0°、90°和±45°，其中0°的纱线为经纱，90°、±45°的纱线为纬纱，其在利用多轴向铺纬系统铺纬过程中，每层纬纱均是通过玻璃纤维铺纬小车沿铺纱输送带移动方向侧向移动以及沿垂直于铺纱输送带移动方向横向移动进行铺纱形成。
为确保同层纬纱均平行设置，需要通过玻璃纤维铺纬小车在导轨上的往复移动（导轨可与输送带呈一定夹角设置），支承玻璃纤维铺纬小车的导轨在输送带两侧沿输送带方向的移动，以及输送带运动之间的完美配合，即三者之间的合成运动来形成铺纬工艺角度。
铺纬系统的精确程度直接影响产品的质量，即该工艺对设备的精度要求非常高。因此多轴向铺纬系统主要依靠进口，造成多轴向玻璃纤维产品生产初期投入高，且结构及其控制系统非常复杂、维护不便，产能受制约，严重影响多轴向复合产品在各领域的快速发展。
（3）此外多轴向玻璃纤维纱铺层结构中，如图1所示，由于同层纬纱角度相同（多轴向是指不同层间的角度不同），为实现该工艺要求，多轴向铺纬系统在铺纬过程中，纬纱到达输送带41边缘后由多轴向铺纬系统的耙针45钩住纬纱后折向，再由挡针44配合二次折向，进而实现铺位小车往复来回移动时均能形成相互平行的纬纱段，才能使得该层内的单根纬纱角度相同，该部分位于挡针44外侧的纬纱为废纱，造成材料的浪费较大。
因此，研发一种浸润性、浸透性、导流性好且制造简单的多轴向复合基材及其工艺势在必行。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种能够提高产品浸润性、导流性且成本低、合格率高的多轴向复合基材制造方法。
1. 为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：一种多轴向复合基材制造方法，所述步骤为：
S1 铺设多轴向玻璃纤维纱层：其包括铺设一经纱层以及至少两纬纱层，具体为：
铺设纬纱层：首先通过一铺纬小车在一输送带上方往复移动铺设一层玻璃纤维纬纱，铺纬小车沿一固定方向从输送带一侧边移动至输送带的另一侧边外后，将纬纱钩在输送带的挡针上，然后按原来方向反向返回起点，利用铺纬小车正向和反向移动时与输送带方向的合成在输送带上形成若干排列相同的连续性Z形纬纱，制得一层与输送带移动方向存在两个夹角的玻璃纤维纬纱；输送带保持持续的匀速运动，其速度为V输，铺纬小车往复移动方向与输送带的夹角为α，铺纬小车往复移动时单程平均速度为V车；
铺设经纱层：采用送经装置在玻璃纤维纬纱层上铺设玻璃纤维经纱层，该玻璃纤维经纱层的经纱方向与输送带移动方向平行；
S2 铺设玻璃纤维连续毡：在多轴向玻璃纤维纱层表面铺设一层玻璃纤维连续毡；
S3 缝合：将层叠设置的玻璃纤维纬纱层、玻璃纤维经纱层和玻璃纤维连续毡通过多针绗缝机缝合成一体制得多轴向复合基材；
S4 收卷：最后将多轴向复合基材收卷。
进一步的，所述步骤S1中多轴向玻璃纤维纱层为五轴向玻璃纤维纱层，其纬纱层有四层，
第一纬纱层中，输送带保持持续的匀速运动，其速度V输为50mm/s，铺纬小车往复移动方向与输送带的夹角α为-72°，铺纬小车往复移动时单程平均速度为V车为2250mm/s；制得的玻璃纤维纬纱层与输送带移动方向的夹角分别在-68°~-70°之间和-74°~-76°之间；
第二纬纱层中，输送带保持持续的匀速运动，其速度V输为50mm/s，铺纬小车往复移动方向与输送带的夹角α为-36°，铺纬小车往复移动时单程平均速度为V车为1400mm/s；制得的玻璃纤维纬纱层与输送带移动方向的夹角分别在-32°~-35°之间和-37°~-39°之间；
第三纬纱层中，输送带保持持续的匀速运动，其速度V输为50mm/s，铺纬小车往复移动方向与输送带的夹角α为36°，铺纬小车往复移动时单程平均速度为V车为1400mm/s；制得的玻璃纤维纬纱层与输送带移动方向的夹角分别在32°~35°之间和37°~39°之间；
第四纬纱层中，输送带保持持续的匀速运动，其速度V输为50mm/s，铺纬小车往复移动方向与输送带的夹角α为72°，铺纬小车往复移动时单程平均速度为V车为1400mm/s；制得的玻璃纤维纬纱层与输送带移动方向的夹角分别在68°~70°之间和74°~76°之间。
进一步的，所述各玻璃纤维纬纱层与玻璃纤维经纱层在玻璃纤维连续毡层上的投影呈辐射形分布。
进一步的，所述步骤S3中，采用两根缝合线在玻璃纤维连续毡层、多轴向玻璃纤维纱层上相互锁套连接。
本发明的优点在于：
（1）本发明中，通过铺纬装置组和送经装置分别在输送带上铺设玻璃纤维纬纱和玻璃纤维经纱，进而形成多轴向玻璃纤维层，该多轴向玻璃纤维层在经过连续毡放卷装置下方后被铺上一层玻璃纤维连续毡，再由多针绗缝机进行缝合，最后收卷制得多轴向复合基材。
玻璃纤维连续毡结构强度高、表面光洁度高、抗移性好，耐树脂冲刷，浸透速度快且均匀，使得多轴向复合基材能够满足拉挤工艺快速浸透树脂的要求；通过在绗缝机上进行缝合的连接，连接结构松散，消除传统缝编带来的紧密性，可提高了多轴向复合基材的浸润性、浸透性以及导流性。
（2）本发明铺纬工序中，不同于公知技术中单层玻璃纤维纬纱中同一根纱的有效部分平行设置，各层内的玻璃纤维纬纱由同一玻璃纤维铺纬小车在一横跨铺纱输送带的小车导轨上正向和反向移动铺纱形成一依次首尾衔接的Z形连续纱，即同一根连续纱是具有两个角度方向的；该结构不仅仅能够增加单层玻璃纤维的方向，满足多个方向的机械性能、抗冲击性能；且该结构使得在制作多轴向玻璃纤维纬纱层的过程中，玻璃纤维铺纬小车在到达输送带侧边时无需做多余的侧移调整纬纱重新进入输送带的角度，可直接转向实现连续化快速铺纬，不存在侧边废边，提高资源利用率；
（3）在实现层内玻璃纤维纬纱角度时，无需导轨在输送带运动方向上进行侧向移动调整纬纱去、回时的合成角度，即只需考虑玻璃纤维铺纬小车与输送带之间的合成运动，大大简化铺纬系统的结构设计以及精度控制，降低设备制作、采购成本，有利于实现设备的国产化、规模化。
（4）本发明缝合线迹采用锁式或者链式结构，锁式线迹结构简单、坚固、不易松脱，用线量少，正反面线迹一致， 提高并加强了多轴向复合基材的层间复合结构，延长了多轴向复合基材的使用寿命；而链式线迹结构可以采用无梭绗缝，便于使用超长线团连续绗缝，不需要频繁停机换梭，提高了生产效率。
附图说明
图1为传统的多轴向复合连续毡中一玻璃纤维纬纱层的纬纱排列示意图。
图2为本发明中所采用的铺纬装置结构示意图。
图3为本发明中多轴向玻璃纤维纱层的一层纬纱层结构示意图。
图4为五轴向玻璃纤维纱层中玻璃纤维经纱与玻璃纤维纬纱的夹角示意图。
图5为本发明中铺纬小车速度和输送带移动速度计算原理图。
图6为本发明中多轴向复合基材结构示意图。
具体实施方式
本发明中多轴向复合基材制造方法的步骤为：
步骤S1 铺设多轴向玻璃纤维纱层：其包括铺设一经纱层以及至少两纬纱层，具体为：
铺设纬纱层：如图2所示，本方法中利用铺纬装置组铺设多轴向玻璃纤维纬纱层11，铺纬装置组根据纬纱层数量设置，每个铺纬装置包括安装在机架上横跨输送带41的小车导轨42，以及可沿小车导轨42延伸方向移动的铺纬小车43，在输送带1的两侧边上均均匀分布有挡针44。
通过铺纬小车43在输送带41上方往复移动铺设一层玻璃纤维纬纱，铺纬小车43沿一固定方向从输送带41一侧边移动至输送带41的另一侧边外后，将纬纱钩在输送带41的挡针44上，然后按原来方向反向返回起点，由于铺纬小车43正向和反向移动时与输送带方向的合成不同，因此在输送带41上形成若干排列相同的连续性Z形纬纱，制得一层与输送带41移动方向存在两个夹角的玻璃纤维纬纱：玻璃纤维纬纱A段和玻璃纤维纬纱B段（参见图3）；
其中，输送带保持持续的匀速运动，其速度为V输，铺纬小车往复移动方向与输送带的夹角为α，铺纬小车往复移动时单程平均速度为V车；
铺设经纱层：采用送经装置在玻璃纤维纬纱层11上铺设玻璃纤维经纱层13，该玻璃纤维经纱层13的经纱方向与输送带41移动方向平行。
为了提高本发明中复合基材在多个方向的机械性能、抗冲击性能，各玻璃纤维纬纱层11与玻璃纤维经纱层13在玻璃纤维连续毡层2上的投影呈辐射形分布。
作为本发明更优选的实施方式：本实施例中，多轴向玻璃纤维纱层为五轴向玻璃纤维纱层，其纬纱层有四层，图4为五轴向玻璃纤维纱层中玻璃纤维经纱与玻璃纤维纬纱的夹角示意图；其具体制作方法为：
第一纬纱层111中，输送带保持持续的匀速运动，其速度V输为50mm/s，铺纬小车往复移动方向与输送带的夹角α为-72°，铺纬小车往复移动时单程平均速度为V车为2250mm/s；制得的玻璃纤维纬纱层与输送带移动方向的夹角分别在-68°~-70°之间和-74°~-76°之间；
第二纬纱层112中，输送带保持持续的匀速运动，其速度V输为50mm/s，铺纬小车往复移动方向与输送带的夹角α为-36°，铺纬小车往复移动时单程平均速度为V车为1400mm/s；制得的玻璃纤维纬纱层与输送带移动方向的夹角分别在-32°~-35°之间和-37°~-39°之间；
第三纬纱层113中，输送带保持持续的匀速运动，其速度V输为50mm/s，铺纬小车往复移动方向与输送带的夹角α为36°，铺纬小车往复移动时单程平均速度为V车为1400mm/s；制得的玻璃纤维纬纱层与输送带移动方向的夹角分别在32°~35°之间和37°~39°之间；
第四纬纱层114中，输送带保持持续的匀速运动，其速度V输为50mm/s，铺纬小车往复移动方向与输送带的夹角α为72°，铺纬小车往复移动时单程平均速度为V车为1400mm/s；制得的玻璃纤维纬纱层与输送带移动方向的夹角分别在68°~70°之间和74°~76°之间。
本领域技术人员应当了解，这里的玻璃纤维纬纱层与经纱层的位置仅仅是示例性的，不是局限性的，可根据实际要求调整铺设纬纱层时的先后顺序，以及经纱层在纬纱层中的位置。同样，图4中具体角度数值仅仅是示例性的。
上述铺纬小车速度和输送带移动速度的选择依据为：如图5所示，单层玻璃纤维纬纱层中，连续性Z形纬纱与输送带移动方向形成两个角度θ、θ′，将玻璃纤维纬纱A段与玻璃纤维纬纱B段的角平分线与输送带移动方向形成的角度记做β，输送带的幅宽为W，设定λ=V输/V车。
                                                
因此， 铺纬装置在工作时，铺纬小车移动平均速度控制在1400~2250mm/s，输送带采用50mm/s。
S2铺设玻璃纤维连续毡：在多轴向玻璃纤维纱层上表面铺设一层玻璃纤维连续毡2，形成玻璃纤维经纱层、玻璃纤维纬纱层和玻璃纤维连续毡2层叠设置的复合结构；
S3 缝合：如图6所示，将层叠设置的多轴向玻璃纤维纱层1和玻璃纤维连续毡2通过多针绗缝机缝合成一体制得多轴向复合基材；该步骤中，绗缝时，采用两根缝合线在玻璃纤维连续毡层2、玻璃纤维经纱层13以及玻璃纤维纬纱层11上相互锁套连接。
S4 收卷：最后将多轴向复合基材收卷。
下表为本发明与传统多轴向复合基材的参数对比：
  传统方法的复合基材 本发明复合基材
铺纬效率【m/min】 3000 5000
废 边【cm】 125~129mm ≤20mm
渗透性能【S】 ≤23 ≤12
结论：采用本发明的多轴向复合基材相较传统复合基材，废边少，浸润性、导流性好，且成本低。
    以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征以及本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (4)

1.一种多轴向复合基材制造方法，其特征在于所述步骤为：
S1 铺设多轴向玻璃纤维纱层：其包括铺设一经纱层以及至少两纬纱层，具体为：
铺设纬纱层：首先通过一铺纬小车在一输送带上方往复移动铺设一层玻璃纤维纬纱，铺纬小车沿一固定方向从输送带一侧边移动至输送带的另一侧边外后，将纬纱钩在输送带的挡针上，然后按原来方向反向返回起点，利用铺纬小车正向和反向移动时与输送带方向的合成在输送带上形成若干排列相同的连续性Z形纬纱，制得一层与输送带移动方向存在两个夹角的玻璃纤维纬纱；输送带保持持续的匀速运动，其速度为V输，铺纬小车往复移动方向与输送带的夹角为α，铺纬小车往复移动时单程平均速度为V车；
铺设经纱层：采用送经装置在玻璃纤维纬纱层上铺设玻璃纤维经纱层，该玻璃纤维经纱层的经纱方向与输送带移动方向平行；
S2 铺设玻璃纤维连续毡：在多轴向玻璃纤维纱层表面铺设一层玻璃纤维连续毡；
S3 缝合：将层叠设置的玻璃纤维纬纱层、玻璃纤维经纱层和玻璃纤维连续毡通过多针绗缝机缝合成一体制得多轴向复合基材；
S4 收卷：最后将多轴向复合基材收卷。
2.根据权利要求1所述的多轴向复合基材制造方法，其特征在于所述步骤S1中多轴向玻璃纤维纱层为五轴向玻璃纤维纱层，其纬纱层有四层，
第一纬纱层中，输送带保持持续的匀速运动，其速度V输为50mm/s，铺纬小车往复移动方向与输送带的夹角α为-72°，铺纬小车往复移动时单程平均速度为V车为2250mm/s；制得的玻璃纤维纬纱层与输送带移动方向的夹角分别在-68°~-70°之间和-74°~-76°之间；
第二纬纱层中，输送带保持持续的匀速运动，其速度V输为50mm/s，铺纬小车往复移动方向与输送带的夹角α为-36°，铺纬小车往复移动时单程平均速度为V车为1400mm/s；制得的玻璃纤维纬纱层与输送带移动方向的夹角分别在-32°~-35°之间和-37°~-39°之间；
第三纬纱层中，输送带保持持续的匀速运动，其速度V输为50mm/s，铺纬小车往复移动方向与输送带的夹角α为36°，铺纬小车往复移动时单程平均速度为V车为1400mm/s；制得的玻璃纤维纬纱层与输送带移动方向的夹角分别在32°~35°之间和37°~39°之间；
第四纬纱层中，输送带保持持续的匀速运动，其速度V输为50mm/s，铺纬小车往复移动方向与输送带的夹角α为72°，铺纬小车往复移动时单程平均速度为V车为1400mm/s；制得的玻璃纤维纬纱层与输送带移动方向的夹角分别在68°~70°之间和74°~76°之间。
3.根据权利要求1所述的多轴向复合基材制造方法，其特征在于：所述各玻璃纤维纬纱层与玻璃纤维经纱层在玻璃纤维连续毡层上的投影呈辐射形分布。
4.根据权利要求1所述的多轴向复合基材制造方法，其特征在于：所述步骤S3中，采用两根缝合线在玻璃纤维连续毡层、多轴向玻璃纤维纱层上相互锁套连接。
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