CN108032537A - 一种连续纤维增强板材的制备工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种连续纤维增强板材的制备工艺，特点是预浸、编织和模压三个步骤，优点是将连续纤维纱在浸渍之前进行预处理，使连续纤维纱中的连续纤维丝一丝一丝分离开，然后进行浸渍处理，这样能够使每一根连续纤维丝的外部均包裹上树脂，浸润性更好，浸渍后再牵引成束通过编织机编织成布，然后再进行模压处理形成连续纤维增强板材，通过这种制备方法得到的连续纤维增强板材具有较好的力学性能，尤其是层间的剪切强度有较为明显的提升；整体工艺简单，且得到的制品具有较好的力学性能和机械性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种板材的制备工艺，尤其是涉及一种连续纤维增强板材的制备工艺。
背景技术
随着现代科学技术的不断发展和进步，新型材料被不断研发生产并广泛应用。在复合材料的研究领域，纤维复合材料由于具备比强度高、比模量大、材料可设计性强、抗腐蚀和耐久性能好、热膨胀系数小以及生产成本低等优点成为复合材料领域中发展最快的一种复合材料，被广泛应用于各个领域当中。而随着纤维复合材料的深入应用，对材料的性能也提出了更高的要求，使其复合各行各业的使用需求。
目前常规的纤维板材的成型工艺主要有树脂膜模压成型和撒粉模压成型两种方式：前者是将多块编织好的纤维布层层堆叠，在相邻两个纤维布之间设置一层树脂膜，然后将整体产品预热转移至模具中模压成型；后者同样将多块编织好的纤维布层层堆叠，在相邻两个纤维布之间撒上树脂粉，然后预热转移至模具中模压成型。上述两种模压成型工艺所制成的产品，层与层之间的纤维布全靠树脂粘接，浸润性不好，容易分层，导致其整体的剪切强度不够，针对抗压构件、剪切构件和受力复杂的构件性能较低。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种工艺简单、制品力学性能好的连续纤维增强板材的制备工艺。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：
一种连续纤维增强板材的制备工艺，包括如下步骤：
步骤1：预浸，具体如下：
步骤1-1：将由多条连续纤维丝组成的连续纤维纱卷绕在第一卷筒上，将第一卷筒安装到放卷装置的放卷盘上；
步骤1-2：放卷盘放卷将卷绕在第一卷筒上的连续纤维纱输送到预处理装置中进行预处理，使每束连续纤维纱中的多条连续纤维丝一丝一丝展开形成独立的个体，并同时对这些独立形成个体的连续纤维丝进行预热处理；
步骤1-3：将上述经过预热处理的连续纤维丝输送到放置有熔融树脂的浸渍模头中进行浸渍处理，使每一条连续纤维丝的外部包覆设置有树脂；
步骤1-4：将经过浸渍处理的连续纤维丝集合成束，得到一束或多束浸渍带，并将这些浸渍带输送到冷却装置中进行冷却处理；
步骤1-5：将经过冷却处理的浸渍带输送到牵引装置，通过牵引装置将经过冷却处理的浸渍带牵引成型；
步骤1-6：将牵引成型的浸渍带卷绕到第二卷筒上进行收卷处理；
步骤2：编织：将卷绕有浸渍带的第二卷筒置于编织机上对浸渍带进行编织，得到编织布；
步骤3：模压：将上述步骤中得到的编织布进行模压处理，开模后得到所需的连续纤维增强板材。
所述的步骤1-1中连续纤维纱为多束，多束所述的连续纤维纱分别卷绕在对应数量的所述的第一卷筒上。多束连续纤维纱同时处理，提高生产效率。
所述步骤1-3中熔融树脂通过挤出机输送到浸渍模头内。通过挤出机能够得到更为均匀的树脂熔体，有利于提高产品的性能。
所述步骤3包括如下具体步骤：
步骤3-1：将上述步骤中得到的编织布置于加热装置中进行加热处理；
步骤3-2：将上述经加热处理的编织布置于模具中加压并冷却定型，开模，得到所需的连续纤维增强板材。
所述步骤2中所述的编织布由多束浸渍带经三维编织得到。三维编织使得层间的剪切更好，得到的编织布性能更优。
所述步骤2中所述的编织布由多束浸渍带经二维编织得到，将一块编织布作为一个基础单元，多个基础单元层层叠加组成一个层叠的单元组，对该单元组进行模压处理，模压处理的具体步骤如下：
步骤3-1：将该单元组置于加热装置中进行加热处理；
步骤3-2：将上述经加热处理的单元组置于模具中加压并冷却定型，开模，得到所需的连续纤维增强板材。
所述步骤2中所述的编织布由多束浸渍带经二维编织得到，将一块编织布作为一个基础单元，然后进行模压处理，模压处理的具体步骤如下：
步骤3-1：将每个基础单元组置于加热装置中进行加热处理；
步骤3-2：将上述每个经加热处理的基础单元置于一个第一模具中进行预压处理；
步骤3-3：将上述多个经过预压处理的基础单元层层堆叠组成一个层叠的单元组；
步骤3-4：将上述单元组置于加热装置中进行加热处理；
步骤3-5：将上述经过加热处理的单元组置于第二模具中加压并冷却定型，开模，得到所需的连续纤维增强板材。
所述步骤3中编织布的输送由移动机械手完成。编织布的输送通过移动机械手完成，提高了生产效率。
所述步骤1-2中预热的温度与步骤1-3浸渍模头中树脂的温度偏差为±5%。对连续纤维丝的预热温度设定为与浸渍模头中树脂的温度基本相近，便于两者更好地结合到一起，使得整体产品较为稳定。
与现有技术相比，本发明的优点在于：将连续纤维纱在浸渍之前进行预处理，使连续纤维纱中的连续纤维丝一丝一丝分离开，然后进行浸渍处理，这样能够使每一根连续纤维丝的外部均包裹上树脂，浸润性更好，浸渍后再牵引成束通过编织机编织成布，然后再进行模压处理形成连续纤维增强板材，通过这种制备方法得到的连续纤维增强板材具有较好的力学性能，尤其是层间的剪切强度有较为明显的提升；整体工艺简单，且得到的制品具有较好的力学性能和机械性能。
附图说明
图1为本发明中步骤1的工艺流程示意图；
图2为本发明中步骤2的工艺流程示意图；
图3为本发明中实施例一和实施例二中步骤3的工艺流程示意图；
图4为本发明中实施例三中步骤3的工艺流程示意图；
图5为本发明中实施例四中步骤3的工艺流程示意图。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
实施例一：如图1至图3所示，一种连续纤维增强板材的制备工艺，包括如下步骤：
步骤1：预浸，具体如下：
步骤1-1：将由多条连续纤维丝1组成的连续纤维纱2卷绕在第一卷筒3上，将第一卷筒3安装到放卷装置的放卷盘上；
步骤1-2：放卷盘放卷将卷绕在第一卷筒3上的连续纤维纱2输送到预处理装置4中进行预处理，使每束连续纤维纱3中的多条连续纤维丝1一丝一丝展开形成独立的个体，并同时对这些独立形成个体的连续纤维丝1进行预热处理；
步骤1-3：将上述经过预热处理的连续纤维丝1输送到放置有熔融树脂的浸渍模头6中进行浸渍处理，使每一条连续纤维丝1的外部包覆设置有树脂；
步骤1-4：将经过浸渍处理的连续纤维丝1集合成束，得到一束或多束浸渍带7，并将这些浸渍带7输送到冷却装置8中进行冷却处理；
步骤1-5：将经过冷却处理的浸渍带7输送到牵引装置9，通过牵引装置9将经过冷却处理的浸渍带7牵引成型；
步骤1-6：将牵引成型的浸渍带7卷绕到第二卷筒10上进行收卷处理；
步骤2：编织：将卷绕有浸渍带7的第二卷筒10置于编织机11上对浸渍带7进行编织，得到编织布12；
步骤3：模压，具体如下：
步骤3-1：将上述步骤中得到的编织布12置于加热装置13中进行加热处理；
步骤3-2：将上述经加热处理的编织布12置于设定有一定温度的模具14中加压并冷却定型，开模，得到所需的连续纤维增强板材15。
上述步骤1-1中连续纤维纱2为多束，多束连续纤维纱2分别卷绕在对应数量的第一卷筒3上。多束连续纤维纱2同时处理，提高生产效率。
上述步骤1-3中熔融树脂通过挤出机16输送到浸渍模头7内。通过挤出机16能够得到更为均匀的树脂熔体，有利于提高产品的性能。
上述步骤2中编织布12由多束浸渍带7经三维编织得到。三维编织使得层间的剪切更好，得到的编织布12性能更优。通过三维编织，使得编织布12的层与层之间的也通过完全浸润的浸渍带7连接在一起，力学性能更为优越。
上述步骤3中编织布12的输送由移动机械手17完成。编织布12的输送通过移动机械手17完成，提高了生产效率。
上述步骤1-2中预热温度与步骤1-3浸渍模头6中树脂的温度偏差为±5%。对连续纤维丝1的预热温度设定为与浸渍模头6中树脂的温度基本相近，便于两者更好地结合到一起，使得整体产品较为稳定。
实施例二：如图1至图3所示，其他部分与实施例一相同，其不同之处在于步骤2中的编织布12由多束浸渍带7经二维编织得到。二维编织较为简单。
实施例三：如图1、图2、图4所示，一种连续纤维增强板材的制备工艺，包括如下步骤：
步骤1：预浸，具体如下：
步骤1-1：将由多条连续纤维丝1组成的连续纤维纱2卷绕在第一卷筒3上，将第一卷筒3安装到放卷装置的放卷盘上；
步骤1-2：放卷盘放卷将卷绕在第一卷筒3上的连续纤维纱2输送到预处理装置4中进行预处理，使每束连续纤维纱3中的多条连续纤维丝1一丝一丝展开形成独立的个体，并同时对这些独立形成个体的连续纤维丝1进行预热处理；
步骤1-3：将上述经过预热处理的连续纤维丝1输送到放置有熔融树脂的浸渍模头6中进行浸渍处理，使每一条连续纤维丝1的外部包覆设置有树脂；
步骤1-4：将经过浸渍处理的连续纤维丝1集合成束，得到一束或多束浸渍带7，并将这些浸渍带7输送到冷却装置8中进行冷却处理；
步骤1-5：将经过冷却处理的浸渍带7输送到牵引装置9，通过牵引装置9将经过冷却处理的浸渍带7牵引成型；
步骤1-6：将牵引成型的浸渍带7卷绕到第二卷筒10上进行收卷处理；
步骤2：编织：将卷绕有浸渍带7的第二卷筒10置于编织机11上对浸渍带7进行二维编织，得到编织布12，将一块编织布12作为一个基础单元，多个基础单元层层叠加组成一个层叠的单元组20；
步骤3：对上述单元组20进行模压处理，具体步骤如下：
步骤3-1：将该单元组20置于加热装置13中进行加热处理；
步骤3-2：将上述经加热处理的单元组20置于设定有一定温度的模具14中加压并冷却定型，开模，得到所需的连续纤维增强板材15。
上述步骤1-1中连续纤维纱2为多束，多束连续纤维纱2分别卷绕在对应数量的第一卷筒3上。多束连续纤维纱2同时处理，提高生产效率。
上述步骤1-3中熔融树脂通过挤出机16输送到浸渍模头7内。通过挤出机16能够得到更为均匀的树脂熔体，有利于提高产品的性能。
上述步骤3中编织布12的输送由移动机械手17完成。编织布12的输送通过移动机械手17完成，提高了生产效率。
上述步骤1-2中预热温度与步骤1-3浸渍模头6中树脂的温度偏差为±5%。对连续纤维丝1的预热温度设定为与浸渍模头6中树脂的温度基本相近，便于两者更好地结合到一起，使得整体产品较为稳定。
本实施例中制得的连续纤维增强板材15由多层二维编织而成的编织布12层层堆叠而成，相比单层编织布结构的板材具备更优越的力学性能。
实施例四：如图1、图2、图5所示，一种连续纤维增强板材的制备工艺，包括如下步骤：
步骤1：预浸，具体如下：
步骤1-1：将由多条连续纤维丝1组成的连续纤维纱2卷绕在第一卷筒3上，将第一卷筒3安装到放卷装置的放卷盘上；
步骤1-2：放卷盘放卷将卷绕在第一卷筒3上的连续纤维纱2输送到预处理装置4中进行预处理，使每束连续纤维纱3中的多条连续纤维丝1一丝一丝展开形成独立的个体，并同时对这些独立形成个体的连续纤维丝1进行预热处理；
步骤1-3：将上述经过预热处理的连续纤维丝1输送到放置有熔融树脂的浸渍模头6中进行浸渍处理，使每一条连续纤维丝1的外部包覆设置有树脂；
步骤1-4：将经过浸渍处理的连续纤维丝1集合成束，得到一束或多束浸渍带7，并将这些浸渍带7输送到冷却装置8中进行冷却处理；
步骤1-5：将经过冷却处理的浸渍带7输送到牵引装置9，通过牵引装置9将经过冷却处理的浸渍带7牵引成型；
步骤1-6：将牵引成型的浸渍带7卷绕到第二卷筒10上进行收卷处理；
步骤2：编织：将卷绕有浸渍带7的第二卷筒10置于编织机11上对浸渍带7进行二维编织，得到编织布12；
步骤3：模压，具体如下：
步骤3-1：将一块编织布12作为一个基础单元，将每个基础单元组置于加热装置13中进行加热处理；
步骤3-2：将上述每个经加热处理的基础单元置于一个第一模具21中进行预压处理；
步骤3-3：将上述多个经过预压处理的基础单元层层堆叠组成一个层叠的单元组20；
步骤3-4：将上述单元组20置于加热装置13中进行加热处理；
步骤3-5：将上述经过加热处理的单元组20置于设定有一定温度的第二模具23中加压并冷却定型，开模，得到所需的连续纤维增强板材15。
上述步骤1-1中连续纤维纱2为多束，多束连续纤维纱2分别卷绕在对应数量的第一卷筒3上。多束连续纤维纱2同时处理，提高生产效率。
上述步骤1-3中熔融树脂通过挤出机16输送到浸渍模头7内。通过挤出机16能够得到更为均匀的树脂熔体，有利于提高产品的性能。
上述步骤3中编织布12的输送由移动机械手17完成。编织布12的输送通过移动机械手17完成，提高了生产效率。
上述步骤1-2中预热温度与步骤1-3浸渍模头6中树脂的温度偏差为±5%。对连续纤维丝1的预热温度设定为与浸渍模头6中树脂的温度基本相近，便于两者更好地结合到一起，使得整体产品较为稳定。
与实施例三相比，本实施例中制得的连续纤维增强板材15由于每个单层先加热预压再层叠模压，有利于将每一层编织布12中的气泡尽可能多地排出，同时纤维能够更好地被压平整，使得制品具备具备更为优越的力学性能。
Claims (9)
1.一种连续纤维增强板材的制备工艺，其特征在于包括如下步骤：
步骤1：预浸，具体如下：
步骤1-1：将由多条连续纤维丝组成的连续纤维纱卷绕在第一卷筒上，将第一卷筒安装到放卷装置的放卷盘上；
步骤1-2：放卷盘放卷将卷绕在第一卷筒上的连续纤维纱输送到预处理装置中进行预处理，使每束连续纤维纱中的多条连续纤维丝一丝一丝展开形成独立的个体，并同时对这些独立形成个体的连续纤维丝进行预热处理；
步骤1-3：将上述经过预热处理的连续纤维丝输送到放置有熔融树脂的浸渍模头中进行浸渍处理，使每一条连续纤维丝的外部包覆设置有树脂；
步骤1-4：将经过浸渍处理的连续纤维丝集合成束，得到一束或多束浸渍带，并将这些浸渍带输送到冷却装置中进行冷却处理；
步骤1-5：将经过冷却处理的浸渍带输送到牵引装置，通过牵引装置将经过冷却处理的浸渍带牵引成型；
步骤1-6：将牵引成型的浸渍带卷绕到第二卷筒上进行收卷处理；
步骤2：编织：将卷绕有浸渍带的第二卷筒置于编织机上对浸渍带进行编织，得到编织布；
步骤3：模压：将上述步骤中得到的编织布进行模压处理，开模后得到所需的连续纤维增强板材。
2.如权利要求1所述的一种连续纤维增强板材的制备工艺，其特征在于所述的步骤1-1中连续纤维纱为多束，多束所述的连续纤维纱分别卷绕在对应数量的所述的第一卷筒上。
3.如权利要求1所述的一种连续纤维增强板材的制备工艺，其特征在于所述步骤1-3中熔融树脂通过挤出机输送到浸渍模头内。
4.如权利要求1所述的一种连续纤维增强板材的制备工艺，其特征在于所述步骤3包括如下具体步骤：
步骤3-1：将上述步骤中得到的编织布置于加热装置中进行加热处理；
步骤3-2：将上述经加热处理的编织布置于模具中加压并冷却定型，开模，得到所需的连续纤维增强板材。
5.如权利要求1或4所述的一种连续纤维增强板材的制备工艺，其特征在于所述步骤2中所述的编织布由多束浸渍带经三维编织得到。
6.如权利要求1所述的一种连续纤维增强板材的制备工艺，其特征在于所述步骤2中所述的编织布由多束浸渍带经二维编织得到，将一块编织布作为一个基础单元，多个基础单元层层叠加组成一个层叠的单元组，对该单元组进行模压处理，模压处理的具体步骤如下：
步骤3-1：将该单元组置于加热装置中进行加热处理；
步骤3-2：将上述经加热处理的单元组置于模具中加压并冷却定型，开模，得到所需的连续纤维增强板材。
7.如权利要求1所述的一种连续纤维增强板材的制备工艺，其特征在于所述步骤2中所述的编织布由多束浸渍带经二维编织得到，将一块编织布作为一个基础单元，然后进行模压处理，模压处理的具体步骤如下：
步骤3-1：将每个基础单元组置于加热装置中进行加热处理；
步骤3-2：将上述每个经加热处理的基础单元置于一个第一模具中进行预压处理；
步骤3-3：将上述多个经过预压处理的基础单元层层堆叠组成一个层叠的单元组；
步骤3-4：将上述单元组置于加热装置中进行加热处理；
步骤3-5：将上述经过加热处理的单元组置于第二模具中加压并冷却定型，开模，得到所需的连续纤维增强板材。
8.如权利要求1所述的一种连续纤维增强板材的制备工艺，其特征在于所述步骤3中编织布的输送由移动机械手完成。
9.如权利要求1所述的一种连续纤维增强板材的制备工艺，其特征在于所述步骤1-2中预热的温度与步骤1-3浸渍模头中树脂的温度偏差为±5%。
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