CN106079485A - 新型碳纤维织物定型装置及工艺 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种新型碳纤维织物定型装置及工艺，在碳纤维织物的上表面与下表面中的一个以上添加一层以上树脂薄层，通过树脂熔化后的粘附力，将碳纤维织物纤维与纤维之间相互粘结，实现碳纤维织物的定型，并通过树脂薄层或者同时借助热风使在铺贴过程中碳纤维织物之间自粘。该种新型碳纤维织物定型装置及工艺，能够提高织物的模具铺贴性能和效率，同时，由于是外界添加树脂薄层，而不是直接对纤维进行处理或者使用定型纤维，保证生产简易性，降低生产成本，可利于大批量生产。

Description

新型碳纤维织物定型装置及工艺

技术领域

本发明涉及一种新型碳纤维织物定型装置及工艺。

背景技术

随着时代的发展，碳纤维复合材料越来越广的应用于各种领域，包括航天

航空、铁路交通、汽车、休闲体育等领域。目前，为了减少制造成本，碳纤维复合材料行业提倡使用液体成型工艺（包括RTM、VARI等）生产产品，这将会是以后碳纤维复合材料行业的主流成型工艺之一。

一般来说，液体成型工艺是直接使用碳纤维织物作为基体，然后灌注树脂，使树脂浸润碳纤维织物后加热固化。但是碳纤维织物由于碳纤维本身的柔软性以及织物组织结构的原因，在直接使用时经常存在一定的问题，造成铺贴操作的高难度，影响了后续产品的生产效率，比如较难保持织物的纤维平直度、以及无法直接铺贴在模具表面（需借助喷剂）等。因为碳纤维复合材料有着严格的各向异性的特性，所以上述的操作问题都导致材料无法发挥最优性能，影响了产品质量。

另外，传统的织物定型方法都是对碳纤维进行预处理再制成织物或者混编定型纤维，这些定型方式也都存在浪费时间或者后续操作困难的问题，从另一方面影响了产品的生产效率。

因此为了在生产过程中保持织物的纤维平直度以及满足大批量生产产品的要求，有必要研究一种新型的碳纤维织物定型装置及工艺。

发明内容

本发明的目的是提供一种新型碳纤维织物定型装置及工艺解决现有技术中存在的生产过程中织物纹路扭曲，后续铺贴操作困难以及无法高效率大批量生产产品的问题。

本发明的技术解决方案是：

一种新型碳纤维织物定型装置，包括依次设置树脂薄层添加组件、加热辊、冷却组件和用于收到定型织物的收卷辊，树脂薄层添加组件采用用于添加室温下为粉状的树脂的撒粉辊或用于添加室温下为液体的树脂的喷洒器，撒粉辊包括依次排列设置的撒粉左辊和撒粉右辊，撒粉左辊和撒粉右辊的共同上方设有用于容纳室温下为粉状的树脂的粉末槽，加热辊包括上下排列设置的加热上辊和加热下辊，冷却组件采用冷却板或冷却辊。

进一步地，树脂薄层添加组件与加热辊间设有用于对添加树脂薄层后的碳纤维织物进行加热的烘箱或加热板，加热辊与冷却辊间还设有保护材料放卷辊。

进一步地，新型碳纤维织物定型装置设于织机的出料口，或新型碳纤维织物定型装置的进料端设有放料辊。

一种新型碳纤维织物定型工艺，在碳纤维织物的上表面与下表面中的一个以上添加一层以上树脂薄层，通过树脂熔化后的粘附力，将碳纤维织物纤维与纤维之间相互粘结，实现碳纤维织物的定型，并通过树脂薄层或者同时借助热风使在铺贴过程中碳纤维织物之间自粘；具体为：

S1、设计定型织物的结构和定型织物的定型树脂薄层的成分；

S2、将碳纤维织物导入上述任一项所述的新型碳纤维织物定型装置；

S3、通过定型装置在碳纤维织物的表面添加一层或两层的树脂薄层；

S4、对添加了树脂薄层的碳纤维织物进行加热和加压处理；并根据树脂薄层的粘性大小，选择添加或不添加保护材料；

S5、冷却并定型添加树脂薄层的碳纤维织物，得到定型织物；纠偏收卷所得定型织物。

进一步地，碳纤维织物采用碳纤维单向织物、平纹织物、斜纹织物、缎纹织物、经编织物、碳纤维与其它纤维混编织物中的一种，碳纤维织物的纤维面密度为75~1500gsm。

进一步地，新型碳纤维织物定型装置中，树脂薄层添加组件在碳纤维织物的表面添加树脂薄层，然后加热辊对添加树脂薄层后的碳纤维织物进行加热，再由冷却组件对添加了树脂薄层的碳纤维织物进行冷却定型得到定型织物，再由收卷辊对所得定型织物进行收卷。

进一步地，将树脂薄层添加到碳纤维织物表面的方式根据室温下树脂形态决定采用撒粉辊进行撒粉或者喷洒器进行喷洒，树脂薄层的面密度占整个定型织物总面密度的2%~10%。

进一步地，树脂薄层的面密度占整个定型织物总面密度的2.5%~4%。

进一步地，树脂薄层中的树脂采用环氧树脂、双马来酰亚胺树脂、酚醛树脂中的一种。

进一步地，步骤S4中，选择添加的保护材料为牛皮纸和PE膜中的一种或两种组合。

该种新型碳纤维织物定型装置及工艺，在碳纤维织物表面添加一层或两层树脂薄层，通过树脂熔化后的粘附力，将纤维与纤维之间相互粘结，从而起到定型作用。同时，通过树脂薄层的性质，使在铺贴过程中织物之间可以自粘，或者借助热风就能相互粘结。该工艺，设计织物表面树脂薄层，包括层数和成分，以此确定在织物表面添加树脂薄层的方式，根据织物的纤维面密度和树脂类型选择采用单层树脂薄层还是双面树脂薄层；并根据树脂薄层的粘性大小，可选择添加保护材料，可选择添加的保护材料为牛皮纸和PE膜中的一种或两种组合。

该种新型碳纤维织物定型装置及工艺，碳纤维织物导入方式可为采取离线或在线两种方式：第一种为直接由放料辊导入碳纤维织物成品；第二种为将定型装置外接在织机上，将织物在收卷前进行定型处理。该种新型碳纤维织物定型装置及工艺中，织物收卷时使用纠偏装置保证定型织物收卷整齐，可采用主动收卷或者被动收卷。

该种新型碳纤维织物定型装置及工艺中，添加的树脂薄层的树脂类型为环氧树脂、双马来酰亚胺树脂、酚醛树脂中的一种。树脂在室温下的状态可为粉末颗粒或是树脂溶液，由树脂类型决定。在碳纤维织物表面添加树脂薄层的方式采用喷洒或撒粉，具体方式根据树脂形态决定。树脂薄层的面密度占整个定型织物总面密度的2%~10%，优选2.5%~4%。

该种新型碳纤维织物定型装置及工艺中，对添加了树脂薄层的织物进行加热的温度可达60~200℃。具体温度根据树脂粉末的熔点或者树脂溶液中溶剂种类以及生产速度决定。该种新型碳纤维织物定型装置及工艺中，对织物加热加压的形式可采用先经加热板或烘箱烘烤后再用辊轮加压，或者直接使用加热辊加热加压。

本发明的有益效果是，该种碳纤维织物定型装置及工艺，具有如下优点：

一、经过本装置及工艺处理，织物的定型效果优异，定型处理过的织物使用过程中不会出现纤维扭曲变形的现象，保证了材料的最优性能。

二、在铺贴过程中织物之间可以自粘，或者借助热风就能相互粘结。减少使用过程中的操作困难，提高了生产效率。

三、定型织物中树脂薄层含量低，且树脂类型与后续使用树脂相适，不会影响材料性能。

四、整个定型处理过程操作简单且高效，方便进行织物的大批量处理，提高了后续的生产效率，大大减少了生产成本。

附图说明

图1是本发明实施例一中双面定型织物的结构示意图。

图2是实施例一中双面定型织物的生产装置及过程示意图。

图3是实施例二中单面定型织物的结构示意图。

图4是实施例二中单面定型织物的生产装置及过程示意图。

其中：11、第一层树脂薄层；12、碳纤维经编织物；13、第二层树脂薄层。

21、放料辊；22、粉末槽；23、撒粉辊；24、加热辊；25、冷却板；26、收卷辊。

31、牛皮纸；32、环氧树脂薄层；33、碳纤维单向织物。

41、织机；42、装有环氧树脂溶液的喷洒器；43、烘箱；44、加热辊；45、牛皮纸放卷辊；46、冷却辊；47、收卷辊。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的优选实施例。

一种新型碳纤维织物定型装置，如图2、图4，包括依次设置树脂薄层添加组件、加热辊24、44、冷却组件和用于收到定型织物的收卷辊26、47，树脂薄层添加组件采用用于添加室温下为粉状的树脂的撒粉辊23或用于添加室温下为液体的树脂的喷洒器42，撒粉辊42包括依次排列设置的撒粉左辊和撒粉右辊，撒粉左辊和撒粉右辊的共同上方设有用于容纳室温下为粉状的树脂的粉末槽22，加热辊24、44包括上下排列设置的加热上辊和加热下辊，冷却组件采用冷却板25或冷却辊46。

树脂薄层添加组件与加热辊44间设有用于对添加树脂薄层后的碳纤维织物进行加热的烘箱43，加热辊44与冷却辊46间还设有保护材料放卷辊。新型碳纤维织物定型装置设于织机的出料口，或新型碳纤维织物定型装置的进料端设有放料辊。

该种新型碳纤维织物定型装置，通过使用树脂薄层添加组件，能够实现在碳纤维织物外添加树脂薄层，并通过加热辊24、44或烘箱43对添加树脂薄层后的碳纤维织物进行加热，从而使添加后的树脂在熔化后相互之间的粘附力，将纤维与纤维之间相互粘结，从而起到定型作用。该装置能够借助树脂薄层的性质，使铺贴过程中织物之间可以自粘，或是借助热风就可以起到相互粘结的作用，提高织物的模具铺贴性能和效率。该种新型碳纤维织物定型装置，结构设计合理，成本低，能够解决现有的定型装置中结构复杂、成本高的问题，同时解决现有的定型装置中存在的定型效率低、定型效果不明显的问题。

实施例的碳纤维织物定型装置及工艺，处理过的织物具有至少两层结构，在织物的表面覆盖一层或两层树脂薄层，通过该树脂在熔化后相互之间的粘附力，将纤维与纤维之间相互粘结，从而起到定型作用。此方法借助树脂薄层的性质，使铺贴过程中织物之间可以自粘，或是借助热风就可以起到相互粘结的作用，提高织物的模具铺贴性能和效率。同时，由于是外界添加树脂薄层，而不是直接对纤维进行处理或者使用定型纤维，保证生产简易性，降低生产成本，可利于大批量生产。

实施例1

根据定型织物结构示意图，如图1，详细说明实施例1。

根据设计，为了保证定型效果，定型碳纤维经编织物12，需要按照如图1所示的三层结构进行定型处理，包括第一层树脂薄层11、碳纤维经编织物12和第二层树脂薄层13。

其中，碳纤维织物12是纤维面密度900 gsm的碳纤维经编织物。

其中，第一层树脂薄层11和第二层树脂薄层13是双马来酰亚胺树脂。在110℃下树脂的粘度为5000 Pa.s。每层薄层的面密度为12gsm。

具体实现过程如下：

将放料辊21收卷好的碳纤维经编织物12会经过装有双马酰亚胺树脂粉末的粉末槽22的底部，经过撒粉辊23的旋转作用，将粉末均匀的撒在碳纤维经编织物12的表面。通过加热辊24提供的温度60~200℃，优选130℃和压力如200N，将树脂薄层牢牢的固定在碳纤维经编织物12的表面。然后通过离型纸放卷和一组压合辊将离型纸添加在织物表面。最后经过冷却板25后由纠偏装置纠偏后，由收卷辊26收卷两层结构的定型织物。生产速度为4m/min。

为了保证双面定型，将收卷好的两层结构定型织物重新放卷，在反面添加树脂薄层，参数与上述一致。

经检测，实施例一所得定型织物表面粘性较小，定型织物中纤维的准直度偏差为1%。铺贴定型织物在平板模具的过程中，将定型织物铺层好后用电吹风吹30s后，用手按压后，织物即可黏贴在模具表面。使用RTM工艺固化后经检验无明显孔隙，力学性能达到要求。

实施例2

根据定型织物结构示意图，如图3，详细说明实施例2。

根据设计，为了保证定型效果，定型碳纤维单向织物，需要按照如图3所示的三层结构进行定型处理，包括牛皮纸31、树脂薄层32和碳纤维单向织物33。

其中，碳纤维单向织物33是纤维面密度160 gsm的碳纤维单向织物。

其中，树脂薄层32是环氧树脂，在90℃下树脂的粘度为50 Pa.s。树脂薄层的面密度为5gsm

具体实现过程如下：

将定型装置外接织机41，刚编织好的碳纤维单向织物33就会经过装有环氧树脂溶液的喷洒器42的底部，通过喷洒器将树脂溶液均匀的洒在碳纤维单向织物33表面。通过烘箱43提供的温度如80℃，将溶液中的溶剂挥发掉，使树脂薄层32黏贴在织物表面。经过加热辊44提供的温度如40℃和压力250N将树脂薄层进一步均匀固定在碳纤维单向织物33表面。然后牛皮纸放卷辊45放出牛皮纸31，在碳纤维单向织物33覆盖上牛皮纸31，经过冷却辊46冷却定型，最后由收卷辊47收卷。生产速度为3m/min。

经检测，实施例二所得定型织物表面粘性大，通过牛皮纸31的隔离，织物之间不会相互粘结，方便使用。织物中纤维的准直度偏差为1%。铺贴定型织物在平板模具的过程中，可直接将织物铺覆在模具表面。使用RTM工艺固化后经检验无明显孔隙，力学性能达到要求。

实施例一、二的新型定型织物生产工艺，关键点在于摒弃了传统定型工艺对纤维进行预处理或混编定型纤维的做法，创新性的外覆树脂薄层33，通过树脂之间的粘合力保证织物纤维的平直度。生产时，先根据设计的定型织物结构来选择添加树脂薄层33数量及方式，然后将织物表面添加树脂薄层33，再加热加压处理，最后得到需要的定型织物。同时为了保证定型织物表面的洁净度，消除织物之间粘结的现象，以及保证使用时的铺贴性能，在织物收卷之前为定型织物覆加上保护材料。

实施例一、二的工艺适用于碳纤维织物的定型处理，解决了现有直接使用碳纤维织物中发生的纤维变形、铺贴操作繁琐和复杂模具铺贴困难的问题，同时也解决了无法大批量进行碳纤维织物定型处理的问题。

以上所述的具体实例只是为了详细说明本发明，但是在不损害本发明的宗旨和范围的情况下，可以进行各种变更、修改。这些变更和改进都落入要求保护本发明范围内本发明要求保护范围所附权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种新型碳纤维织物定型装置，其特征在于：包括依次设置树脂薄层添加组件、加热辊、冷却组件和用于收卷定型织物的收卷辊，树脂薄层添加组件采用用于添加室温下为粉状的树脂的撒粉辊或用于添加室温下为液体的树脂的喷洒器，撒粉辊包括依次排列设置的撒粉左辊和撒粉右辊，撒粉左辊和撒粉右辊的共同上方设有用于容纳室温下为粉状的树脂的粉末槽，加热辊包括上下排列设置的加热上辊和加热下辊，冷却组件采用冷却板或冷却辊。

2.如权利要求1所述的新型碳纤维织物定型装置，其特征在于：树脂薄层添加组件与加热辊间设有用于对添加树脂薄层后的碳纤维织物进行加热的烘箱或加热板，加热辊与冷却辊间还设有保护材料放卷辊。

3.如权利要求1或2所述的新型碳纤维织物定型装置，其特征在于：所述新型碳纤维织物定型装置设于织机的出料口，或新型碳纤维织物定型装置的进料端设有放料辊。

4.一种新型碳纤维织物定型工艺，其特征在于：在碳纤维织物的上表面与下表面中的一个以上添加一层以上树脂薄层，通过树脂熔化后的粘附力，将碳纤维织物纤维与纤维之间相互粘结，实现碳纤维织物的定型，并通过树脂薄层或者同时借助热风使在铺贴过程中碳纤维织物之间自粘；具体为：

S1、设计定型织物的结构和定型织物的定型树脂薄层的成分；

S2、将碳纤维织物导入如权利要求1-3任一项所述的新型碳纤维织物定型装置；

S3、通过定型装置在碳纤维织物的表面添加一层或两层的树脂薄层；

S4、对添加了树脂薄层的碳纤维织物进行加热和加压处理；并根据树脂薄层的粘性大小，选择添加或不添加保护材料；

S5、冷却并定型添加树脂薄层的碳纤维织物，得到定型织物；纠偏收卷所得定型织物。

5.如权利要求4所述的新型碳纤维织物定型工艺，其特征在于：碳纤维织物采用碳纤维单向织物、平纹织物、斜纹织物、缎纹织物、经编织物、碳纤维与其它纤维混编织物中的一种，碳纤维织物的纤维面密度为75~1500gsm。

6.如权利要求4或5所述的新型碳纤维织物定型工艺，其特征在于：新型碳纤维织物定型装置中，树脂薄层添加组件在碳纤维织物的表面添加树脂薄层，然后加热辊对添加树脂薄层后的碳纤维织物进行加热，再由冷却组件对添加了树脂薄层的碳纤维织物进行冷却定型得到定型织物，再由收卷辊对所得定型织物进行收卷。

7.如权利要求4所述的新型碳纤维织物定型工艺，其特征在于：将树脂薄层添加到碳纤维织物表面的方式根据室温下树脂形态决定采用撒粉辊进行撒粉或者喷洒器进行喷洒，树脂薄层的面密度占整个定型织物总面密度的2%~10%。

8.如权利要求7所述的新型碳纤维织物定型工艺，其特征在于：树脂薄层的面密度占整个定型织物总面密度的2.5%~4%。

9.如权利要求4所述的新型碳纤维织物定型工艺，其特征在于：树脂薄层中的树脂采用环氧树脂、双马来酰亚胺树脂、酚醛树脂中的一种。

10.如权利要求4所述的新型碳纤维织物定型工艺，其特征在于：步骤S4中，选择添加的保护材料为牛皮纸和PE膜中的一种或两种组合。