CN109624351A - 一种用于三维编织的预浸胶纤维束制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于三维编织的预浸胶纤维束制备方法，将液态树脂与固态树脂混合，加热后混合均匀；然后在浸胶机上将连续纤维束浸渍加热的混合树脂冷却至室温后制得预浸胶连续纤维束；再将这种预浸胶连续纤维束编织成为各种形状的复合材料毛坯制件；通过加热加压固化成型制得树脂分布均匀、无富胶贫胶现象、纤维体积含量超过55％的高质量复合材料制品；本发明采用先将纤维与树脂充分浸渍，再进行三维编织和成型制造的工艺，更好地控制树脂含量、树脂分布均匀性、树脂与纤维充分浸润，从而制得力学性能优异、冷热循环稳定性好、热膨胀系数低的高性能连续纤维复合材料。

Description

一种用于三维编织的预浸胶纤维束制备方法
技术领域
本发明属于连续纤维复合材料制备技术领域，具体涉及一种用于三维编织制造复合材料的预浸胶连续纤维束制备方法。
背景技术
三维编织复合材料是为适应航天航空领域对结构和功能复合材料需要而发展起来的一种先进复合材料制造技术。采用三维编织技术能够按使用要求设计定制纤维增强体在三维空间内呈网状分布的增强体，纤维排布设计更为自由且更有针对性，由这种浑然一体的增强体制得的三维编织复合材料不仅具备传统复合材料高比强度、高比模量等优点，更具有高损伤容限和断裂韧性以及耐冲击、不分层、抗开裂和耐疲劳等特点。目前，国内外常用真空浸渍法和RTM工艺进行三维编织复合材料的成型制备，两者均采用先编织再注胶的工艺流程。然而，此类方法存在很多不足之处，例如对树脂要求高、对模具与工艺要求严格、树脂浸渍不充分或分布不均匀、树脂含量偏高、成本高等，使得先编织再注胶的传统工艺很难高效制得树脂含量低、热膨胀系数小、冷热循环稳定性高、尺寸大的连续纤维复合材料制件。
发明内容
为解决现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种用于三维编织制造复合材料的预浸胶连续纤维束制备方法，本发明先将纤维与树脂充分浸渍制成预浸胶纤维束，再经过三维编织将预浸胶连续纤维束编织成为复合材料毛坯制件，然后将复合材料毛坯放入闭合模具中加热加压固化制备复合材料制件；该方法能够更好地控制树脂含量、树脂分布均匀程度、树脂与纤维浸润性，从而制得无富胶贫胶现象、树脂分布均匀、树脂含量低于32wt％的高质量连续纤维复合材料制品。
为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是，一种用于三维编织制造复合材料的预浸胶连续纤维束制备方法：
步骤一：在室温条件下将液态树脂与固态树脂按照(20～50)：(50～80) 的比例混合，然后在60～150℃下搅拌混合均匀；
步骤二：在配有可加热胶槽的浸胶机上将连续纤维束以5-30m/min的速率，通过胶槽浸渍加热至60～150℃的混合树脂胶液，充分冷却至室温后绕卷制得预浸胶连续纤维束；
步骤三：采用三维编织机将上述预浸胶连续纤维编织成为复合材料毛坯制件；
步骤四：将步骤三制得的复合材料毛坯放入成型模具中，经加热加压固化成型，制得树脂分布均匀的高质量树脂基连续纤维复合材料制品。
所述步骤一中的液态树脂为环氧树脂，所述的固态树脂为芳基乙炔树脂，聚酰亚胺树脂，酚三嗪树脂，氰酸酯树脂中的一种。
所述步骤一中的搅拌时间为5～30分钟。
所述步骤二中的预浸胶连续纤维束具有在室温下柔软、不相互粘连、不滴落树脂、不掉落树脂颗粒、不粘附棘轮与编织机辅件的特性，室温储存期超过3个月。
所述步骤二中的连续纤维为碳纤维、玻璃纤维、凯夫拉纤维、聚酰亚胺纤维等高强度高模量纤维中的一种或混合纤维。
所述步骤二中的预浸胶连续纤维束的树脂含量控制在30～40wt％之间。
本发明的有益效果如下：
本发明颠覆传统三维编织复合材料制造过程中先编织后注胶的流程，采用先将纤维与树脂充分浸渍，再进行三维编织和成型制造的工艺，更好地控制树脂含量、树脂分布均匀性、树脂与纤维充分浸润，从而制得力学性能优异、冷热循环稳定性好、热膨胀系数低的高性能连续纤维复合材料。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步详细描述。
实施例1
1).在室温条件下将液态环氧树脂与固态芳基乙炔树脂按照20:80的质量比混合，然后在60℃下搅拌30分钟混合均匀；
2).在一种配有可加热胶槽的浸胶机上将碳纤维束以30m/min的速率，通过胶槽浸渍加热至60℃的混合树脂胶液，冷却至室温后绕卷制得预浸胶碳纤维束；
3).采用三维编织机将上述预浸胶碳纤维编织成为复合材料毛坯制件；
4).将步骤3)制得的复合材料毛坯放入模具中，经加热加压固化成型，制得树脂分布均匀的高质量树脂基碳纤维复合材料制品。
实施例2
1).在室温条件下将液态环氧树脂与固态聚酰亚胺树脂按照30：70的质量比例混合，然后在70℃下搅拌20分钟混合均匀；
2).在一种配有可加热胶槽的浸胶机上将玻璃纤维束以25m/min的速率，通过胶槽浸渍加热至70℃的混合树脂胶液，冷却至室温后绕卷制得预浸胶玻璃纤维束；
3).采用三维编织机将上述预浸胶玻璃纤维编织成为复合材料毛坯制件；
4).将步骤3)制得的复合材料毛坯放入成型模具中，经加热加压固化成型，制得树脂分布均匀的高质量树脂基玻璃纤维复合材料制品。
实施例3
1).在室温条件下将液态环氧树脂与固态酚三嗪树脂按照25:75的质量比例混合，然后在80℃下搅拌15分钟混合均匀；
2).在一种配有可加热胶槽的浸胶机上将凯夫拉纤维束以20m/min的速率，通过胶槽浸渍加热至80℃的混合树脂胶液，充分冷却至室温后绕卷制得预浸胶凯夫拉纤维束；
3).采用三维编织机将上述预浸胶凯夫拉纤维编织成为复合材料毛坯制件；
4).将步骤3)制得的复合材料毛坯放入成型模具中，经加热加压固化成型，制得树脂分布均匀的高质量树脂基凯夫拉纤维复合材料制品。
实施例4
1).在室温条件下将液态环氧树脂与固态氰酸酯树脂按照35:65的质量比例混合，然后在90℃下搅拌25分钟混合均匀；
2).在一种配有可加热胶槽的浸胶机上将聚酰亚胺纤维束以17m/min的速率，通过胶槽浸渍加热至90℃的混合树脂胶液，充分冷却至室温后绕卷制得预浸胶聚酰亚胺纤维束；
3).采用三维编织机将上述预浸胶聚酰亚胺纤维编织成为复合材料毛坯制件；
4).将步骤3)制得的复合材料毛坯放入成型模具中，经加热加压固化成型，制得树脂分布均匀的高质量树脂基聚酰亚胺纤维复合材料制品。
实施例5
1).在室温条件下将液态环氧树脂与固态芳基乙炔树脂按照40:60的质量比例混合，然后在100℃下搅拌20分钟混合均匀；
2).在一种配有可加热胶槽的浸胶机上将碳纤维束以15m/min的速率，通过胶槽浸渍加热至100℃的混合树脂胶液，充分冷却至室温后绕卷制得预浸胶碳纤维束；
3).采用三维编织机将上述预浸胶碳纤维编织成为复合材料毛坯制件；
4).将步骤3)制得的复合材料毛坯放入成型模具中，经加热加压固化成型，制得树脂分布均匀的高质量树脂基碳纤维复合材料制品。
实施例6
1).在室温条件下将液态环氧树脂与固态聚酰亚胺树脂按照45:55的质量比例混合，然后在110℃下搅拌20分钟混合均匀；
2).在一种配有可加热胶槽的浸胶机上将玻璃纤维束以12m/min的速率，通过胶槽浸渍加热至110℃的混合树脂胶液，充分冷却至室温后绕卷制得预浸胶玻璃纤维束；
3).采用三维编织机将上述预浸胶玻璃纤维编织成为复合材料毛坯制件；
4).将步骤3)制得的复合材料毛坯放入成型模具中，经加热加压固化成型，制得树脂分布均匀的高质量树脂基玻璃纤维复合材料制品。
实施例7
1).在室温条件下将液态环氧树脂与固态酚三嗪树脂按照50:50的质量比例混合，然后在120℃下搅拌18分钟混合均匀；
2).在一种配有可加热胶槽的浸胶机上将凯夫拉纤维束以10m/min的速率，通过胶槽浸渍加热至120℃的混合树脂胶液，充分冷却至室温后绕卷制得预浸胶凯夫拉纤维束；
3).采用三维编织机将上述预浸胶凯夫拉纤维编织成为复合材料毛坯制件；
4).将步骤3)制得的复合材料毛坯放入成型模具中，经加热加压固化成型，制得树脂分布均匀的高质量树脂基凯夫拉纤维复合材料制品。
实施例8
1).在室温条件下将液态环氧树脂与固态氰酸酯树脂按照25:75的比例混合，然后在130℃下搅拌15分钟混合均匀；
2).在一种配有可加热胶槽的浸胶机上将聚酰亚胺纤维束以8m/min的速率，通过胶槽浸渍加热至130℃的混合树脂胶液，充分冷却至室温后绕卷制得预浸胶聚酰亚胺纤维束；
3).采用三维编织机将这种预浸胶聚酰亚胺纤维编织成为复合材料毛坯制件；
4).将步骤3)制得的复合材料毛坯放入成型模具中，经加热加压固化成型，制得树脂分布均匀的高质量树脂基聚酰亚胺纤维复合材料制品。
实施例9
1).在室温条件下将液态环氧树脂与固态芳基乙炔树脂按照30:70的质量比例混合，然后在140℃下搅拌10分钟混合均匀；
2).在一种配有可加热胶槽的浸胶机上将碳纤维束以6m/min的速率，通过胶槽浸渍加热至140℃的混合树脂胶液，充分冷却至室温后绕卷制得预浸胶碳纤维束；
3).采用三维编织机将上述预浸胶碳纤维编织成为复合材料毛坯制件；
4).将步骤3)制得的复合材料毛坯放入成型模具中，经加热加压固化成型，制得树脂分布均匀的高质量树脂基碳纤维复合材料制品。
实施例10
1).在室温条件下将液态环氧树脂与固态聚酰亚胺树脂按照35:65的质量比例混合，然后在150℃下搅拌5分钟混合均匀；
2).在一种配有可加热胶槽的浸胶机上将玻璃纤维束以5m/min的速率，通过胶槽浸渍加热至150℃的混合树脂胶液，充分冷却至室温后绕卷制得预浸胶玻璃纤维束；
3).采用三维编织机将上述预浸胶玻璃纤维编织成为复合材料毛坯制件；
4).将步骤3)制得的复合材料毛坯放入成型模具中，经加热加压固化成型，制得树脂分布均匀的高质量树脂基玻璃纤维复合材料制品。
本发明最大优势就是颠覆传统三维编织复合材料制造过程中先编织后注胶的流程，而采用先充分浸渍制备预浸纤维，再经过三维编织和固化成型制备复合材料制品。从而更好地控制树脂含量、树脂分布均匀程度、树脂与纤维浸润性，制得力学性能优异、冷热循环稳定性好、热膨胀系数低的高性能连续纤维复合材料。

Claims (6)

1.一种用于三维编织的预浸胶纤维束制备方法，其特征在于：
步骤一：在室温条件下将液态树脂与固态树脂按照(20～50)：(50～80)的比例混合，然后在60～150℃下搅拌混合均匀；
步骤二：在配有可加热胶槽的浸胶机上将连续纤维束以5-30m/min的速率，通过胶槽浸渍加热至60～150℃的混合树脂胶液，充分冷却至室温后绕卷制得预浸胶连续纤维束；
步骤三：采用三维编织机将上述预浸胶连续纤维编织成为复合材料毛坯制件；
步骤四：将步骤三制得的复合材料毛坯放入成型模具中，经加热加压固化成型，制得树脂分布均匀的高质量树脂基连续纤维复合材料制品。
2.根据权利要求1所述的一种用于三维编织的预浸胶纤维束制备方法，其特征在于：所述步骤一中的液态树脂为环氧树脂，所述的固态树脂为芳基乙炔树脂，聚酰亚胺树脂，酚三嗪树脂，氰酸酯树脂中的一种。
3.根据权利要求1所述的一种用于三维编织的预浸胶纤维束制备方法，其特征在于：所述步骤一中的搅拌时间为5～30分钟。
4.根据权利要求1所述的一种用于三维编织的预浸胶纤维束制备方法，其特征在于：所述步骤二中的预浸胶连续纤维束具有在室温下柔软、不相互粘连、不滴落树脂、不掉落树脂颗粒、不粘附棘轮与编织机辅件的特性，室温储存期超过3个月。
5.根据权利要求1所述的一种用于三维编织的预浸胶纤维束制备方法，其特征在于：所述步骤二中的连续纤维为碳纤维、玻璃纤维、凯夫拉纤维、聚酰亚胺纤维等高强度高模量纤维中的一种或混合纤维。
6.根据权利要求1所述的一种用于三维编织的预浸胶纤维束制备方法，其特征在于：所述步骤二中的预浸胶连续纤维束的树脂含量控制在30～40wt％之间。
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