CN110328870B - 一种树脂基混杂纤维超薄预浸带的制备方法和制备装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种树脂基混杂纤维超薄预浸带的制备方法和制备装置。制备方法包括：选取多种独立纤维束；多种独立纤维束叠合排列形成超薄混杂纤维束；超薄混杂纤维束与树脂复合，得到树脂基混杂纤维超薄预浸带。树脂基混杂纤维超薄预浸带的厚度在0.06mm以下，具有多种不同的功能和特性，制备成其他制品时，减小了预浸料厚度，增加了铺层数量，性能大大改善增加，减轻了制品的重量，降低生产成本，大大简化了混杂纤维复合材料生产工艺，提高生产效率，降低生产成本，具有很好的工业应用前景。

Description

一种树脂基混杂纤维超薄预浸带的制备方法和制备装置

技术领域

本申请属于复合材料技术领域，具体涉及一种树脂基混杂纤维超薄预浸带的制备方法和制备装置。

背景技术

随着我国5G通信、智能网联、无人驾驶、航空航天、车辆舰船等领域的发展，纤维复合材料，由于其密度小、力学性能高、耐腐蚀、抗疲劳等突出优点。此外，不同纤维混杂还可以进一步赋予复合材料特定的透波、吸波、电磁屏蔽、防雷击浪涌、防弹、防火、耐热、耐烧蚀、抗辐射等功能，是各国重要的战略新材料之一。

目前，商业化碳纤维(CF)单向带预浸料的厚度多在0.15mm以上；平纹编织预浸料的厚度则在0.25mm以上。对于薄壁件，预浸料厚度大意味着许用铺层数量少，层合板各向异性明显；对于壁厚不等的制件而言，如GE90发动机叶片，从叶根部向叶尖逐渐减薄，往往需要采用改变铺层数量以适应其结构要求。预浸料厚度大则意味着铺层数变化时“架桥”区尺度大，缺陷面积增加，复合材料的承载性能有所降低，既影响复合材料的力学性能，也降低了复合材料的资源利用率和经济效益，使复合材料的制造成本居高不下。此外，碳纤维层合复合材料也存在抗冲性能不足、导电导磁导热性能不高、塑性变形能力不足等一系列问题，制约了碳纤维的应用。

混杂纤维复合材料可以集成不同纤维的特性，如芳纶、超高分子量聚乙烯纤维的抗冲性能，石英纤维的透波性能、碳化硅纤维的吸波性能等，从而形成综合性能、功能更丰富的复合材料产品。目前，混杂纤维复合材料通常采用二步法，即先制成单种纤维增强预浸带，然后在铺层时进行人工复合；或者利用两种纤维进行编织制成编织布，然后再浸润树脂。无论那一种工艺，都费时、费力、影响生产效率和生产成本，也无法精确控制其复合微结构，进而影响其力学性能及其功能化设计。

发明内容

为了至少解决以上提到的现有技术存在的技术问题之一，本申请实施例公开了一种树脂基混杂纤维超薄预浸带的制备方法，该方法包括：选取多种独立纤维束，多种独立纤维束叠合排列形成超薄混杂纤维束，超薄混杂纤维束与树脂复合，得到树脂基混杂纤维超薄预浸带。

在一些实施例中，树脂基混杂纤维超薄预浸带的制备方法包括：

多种纤维束独立地释放初始张力；

释放初始张力后的独立纤维束相互叠合，得到混杂纤维束；

混杂纤维束在正压动力气体作用下宽展离散；

宽展离散后的混杂纤维束在梳理组件作用下梳理稳纱；

经梳理稳纱的混杂纤维束在负压动力气体作用下密集排列，得到超薄混杂纤维束。

在一些实施例中，树脂基混杂纤维超薄预浸带的制备方法包括：

多种纤维束独立地释放初始张力；

释放初始张力后的纤维束独立地在正压动力气体作用下宽展离散；

经宽展离散的多个独立纤维束相互叠合，得到混杂纤维束；

混杂纤维束在梳理组件作用下梳理稳纱；

经梳理稳纱的混杂纤维束在负压动力气体作用下密集排列，得到超薄混杂纤维束。

在一些实施例中，树脂基混杂纤维超薄预浸带的制备方法包括：

多种纤维束独立地释放初始张力；

释放初始张力后的纤维束独立地在正压动力气体作用下宽展离散；

经宽展离散的独立纤维束在梳理组件作用下梳理稳纱；

经梳理稳纱之后的独立纤维束相互叠合，得到混杂纤维束；

混杂纤维束在负压动力气体作用下密集排列，得到超薄混杂纤维束。

在一些实施例公开的树脂基混杂纤维超薄预浸带的制备方法中，多种独立纤维束同时叠合，得到混杂纤维束。

在一些实施例公开的树脂基混杂纤维超薄预浸带的制备方法中，多种独立纤维束依次逐渐叠合，得到混杂纤维束。

在一些实施例公开的树脂基混杂纤维超薄预浸带的制备方法中，树脂包括热固定树脂和热塑性树脂。

在一些实施例公开的树脂基混杂纤维超薄预浸带的制备方法中，超薄混杂纤维束与热固性树脂复合包括：

超薄混杂纤维纤维束与热固型树脂预浸渍；

超薄混杂纤维束与热固性树脂在升温的条件下复合，得到热固性树脂超薄预浸带。

在一些实施例公开的树脂基混杂纤维超薄预浸带的制备方法中，超薄混杂纤维束与热塑性树脂基体在升高的温度下复合，得到热塑性树脂基混杂纤维超薄预浸带。

另一方面，一些实施例公开了一种树脂基混杂纤维超薄预浸带的制备装置，其特征在于，包括：

牵引组件，设置提供纤维束前进的动力；

放纱组件，设置用于释放纤维束；

张力监测组件，设置监测并控制纤维束的张力；

散纱组件，设置提供纤维束宽展离散的正压动力气体；

排纱组件，设置提供混杂纤维束密集排列的负压动力气体；

叠合组件，设置为将独立纤维束相互叠合为混杂纤维束；

梳理组件，设置梳理混杂纤维束；

监测组件，设置监测超薄混杂纤维束的纤维排列效果；

复合组件，设置将超薄混杂纤维束与树脂基体复合。

作为可选实施方式，树脂基混杂纤维超薄预浸带的制备装置还包括叠合张力调节辊，用于调节控制纤维叠合混杂过程中的张力。

本申请实施例公开的树脂基混杂纤维超薄预浸带的制备方法和制备装置，可以制备得到厚度在0.06mm以下的树脂基混杂纤维超薄预浸带，可以利用不同纤维的属性赋予预浸带多种不同的功能，如芳纶纤维和碳纤维混杂可以改善碳纤维的抗冲、防弹性能；石英纤维和碳纤维混杂可以获得好的透波性能；碳纤维和碳化硅纤维混杂可以获得好的吸波性能等。同时，减小了预浸料厚度，增加了铺层数，超薄预浸带层合板的性能大大改善增加，要达到相同的强度需要的超薄预浸带数量减少，利用该超薄预浸带制备其它制品时，减轻制品重量，降低生产成本；对于复杂几何结构的制品，由于局部增加铺层引起的数值富集区、孔隙率等缺陷尺度变小，大大提高了制品的力学性能。此外，大大简化了混杂纤维复合材料的生产工艺，提高生产效率，降低生产成本，具有很好的工业应用前景。

附图说明

图1制备装置初始张力释放部分示意图

图2制备装置多种纤维束叠合部分示意图

图3制备装置束宽展密排部分示意图

图4制备装置复合卷收部分示意图

附图标记

1、第一卷轴 2、退绕器 3、第一导向轮

4、第二导向轮 5、活套张力传感器 FB、纤维束

6、第三导向轮 7、第一牵引轮 8、第四导向轮

9、张力传感器 10、第五导向轮 11、散纱器

12、稳纱辊 13、排纱器 14、第六导向轮

15、阻尼轮 16、第七导向轮 17、光栅检测器

18、第八导向轮 19、第九导向轮 20、第二卷轴

21、第十导向轮 22、第十一导向轮 23、第十二导向轮

24、第十三导向轮 25、第一加热辊 26、第二加热辊

27、第十四导向轮 28、卷收机 29、第三卷轴

30、第一覆胶辊 31、第二覆胶辊 32、第三覆胶辊

33、树脂料槽 RB、离型纸 PB、树脂基混杂纤维超薄预浸带

41、第一叠合导向轮 42、第二叠合导向轮 43第一叠合棍

44、叠合张力调节辊 45、第三叠合导向轮 CF、碳纤维

FF、芳纶纤维 MF、混杂纤维

具体实施方式

在这里专用的词“实施例”，作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。本法实施例中性能指标测试，除非特别说明，采用本领域常规试验方法。应理解，本申请中所述的术语仅仅是为描述特别的实施方式，并非用于限制本申请公开的内容。

本公开所用的术语“基本”和“大约”用于描述小的波动。例如，它们是指小于或等于±5％，如小于或等于±2％，如小于或等于±1％，如小于或等于±0.5％，如小于或等于±0.2％，如小于或等于±0.1％，如小于或等于±0.05％。浓度、量和其它数值数据在本文中以范围格式表示或呈现。这样的范围格式仅为方便和简要起见使用，因此应灵活解释为不仅包括作为该范围的界限明确列举的数值，还包括该范围内包含的所有独立的数值或子范围。例如，“1～5％”的数值范围应被解释为不仅包括1％至5％的明确列举的值，还包括在所示范围内的独立值和子范围。因此，在这一数值范围中包括独立值，如2％、3.5％和4％，和子范围，如1～3％、2～4％和3～5％等。这一原理同样适用于仅列举一个数值的范围。此外，无论该范围的宽度或所述特征如何，这样的解释都适用。

在本公开，包括权利要求书中，所有连接词，如“包含”、“包括”、“带有”、“具有”、“含有”、“涉及”、“容纳”等被理解为是开放式的，即是指“包括但不限于”。只有连接词“由...构成”和“由...组成”是封闭式连接词。

除非另有说明，否则本文使用的技术和科学术语具有本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。作为本申请中的其它未特别注明的原材料、试剂、试验方法和技术手段均指本领域内普通技术人员通常使用的原材料和试剂，以及通常采用的实验方法和技术手段。本文述及的动力气体，通常是指具有一定压力、速度的气体；叠合排列通常是指不同的独立纤维束相互合而为一形成同一个混杂纤维束、纤维束和混杂纤维束中的纤维单丝重新排列组合形成均匀的超薄纤维束的过程，包括张力释放、宽展化处理、梳理稳纱、密排处理等本申请中对纤维的处理步骤；宽展化处理，或者宽展离散，通常是指将纤维束中聚集在一起的纤维分散，纤维束的宽度增大、厚度减小，逐渐实现单层纤维同向排列的过程；密排处理，通常是指将宽展离散处理后的纤维束经过调整纤维束中相邻纤维之间的距离，尽可能使相邻纤维紧密相邻的过程。

为了更好的说明本申请内容，在下文的具体实施例中给出了众多的具体细节。本领域技术人员应当理解，没有某些具体细节，本申请同样可以实施。在实施例中，对于本领域技术人员熟知的一些方法、手段、仪器、设备等未作详细描述，以便于凸显本申请的主旨。

在一些实施方式中，树脂基混杂纤维超薄预浸带的制备方法包括：选取多种独立纤维束；多种独立纤维束叠合排列形成超薄混杂纤维束；超薄混杂纤维束与树脂复合，得到树脂基混杂纤维超薄预浸带。通常混杂纤维束是指不同的纤维束相互混合，得到组成多元的纤维束，例如不同材质的纤维相互混合得到的多成分纤维束；独立纤维束通常是指同一种纤维束。独立纤维束相互叠合是指多种不同的纤维束相互混合在一起，其中不同的纤维相互掺杂间隔分布，形成在同一束混杂纤维包含多种不同纤维的状态。

在一些实施方式中，树脂基混杂纤维超薄预浸带的制备方法包括：多种纤维束独立地释放初始张力；释放张力后的多种独立的纤维束在气室内相互叠合，得到混杂纤维束；混杂纤维束在正压动力气体作用下宽展离散；宽展离散的混杂纤维束在梳理组件作用下梳理稳纱；经梳理稳纱的混杂纤维束在负压动力气体作用下密集排列，得到超薄混杂纤维束。通常混杂纤维束中包含有多种不同的纤维，互相交叉间隔分布，混杂纤维束沿其长度方向移动的过程中，受到施加于其上的正压动力气体的作用，纤维单丝逐渐分散，混杂纤维束宽度增大；在纤维束宽度增大的过程中，有些纤维单丝之间的间隙距离较大，而且空气流的作用不能严格控制均匀一致，导致纤维单丝之间增大的距离并不均匀，宽展离散的纤维束在梳理组件作用下梳理稳纱之后，进一步控制离散的纤维单丝之间的距离更为均匀；纤维束中的纤维单丝进一步受到施加于其上的负压动力气体的作用后，纤维单丝逐渐相互靠近，依次相互紧密接触并均匀排布，纤维束的面密度趋近于保持一致，如此密排处理之后，不同种类的纤维丝在其中基本实现均匀分布，得到超薄混杂纤维束。

作为可选实施方式，多种纤维束独立进行释放张力，通常通过设置独立的张力释放部件实现，由于不同种类纤维的性能各不相同，特别是力学强度性能不尽相同，张力释放过程中独立控制每种纤维的张力，才能对其进行良好的差异化控制，以便将独立的纤维束混合为混杂纤维束后，不同种纤维之间能够相互融合，不会因为不同的张力应力而发生应力扭曲等变化，导致混杂纤维束不均匀。

作为可选实施方式，经过张力释放的纤维束相互叠合，成为混杂纤维束。通常混杂纤维束是指包括多种不同种类的纤维，不同种类的纤维相互混合且在同一束混杂纤维束中均匀分布，混杂纤维束各部分中纤维的种类和数量相对一致稳定的纤维束。

作为可选实施方式，多种独立的纤维束同时叠合，得到混杂纤维束。通常多种独立的纤维束在独立的张力释放部件上进行张力释放，之后相互独立的纤维束设置为平行排列的多层纤维束，各纤维束的宽度大致相当，多层纤维束在同一个叠合部件的作用下相互融合，同时混杂成为一束包括多种纤维的混杂纤维束。

作为可选实施方式，多种独立的纤维束依次逐渐叠合，得到混杂纤维束。通常独立的纤维束在独立的张力释放器上进行张力释放，之后相互独立的纤维束设置为平行排列的多层纤维束，各纤维束的宽度相当，根据纤维束种类数量，可以先设置两种纤维束叠合为两种纤维束的混杂纤维束，然后逐渐设置新的独立纤维束与已经得到的混杂纤维束叠合，重复此过程，直到所有纤维束都相互叠合，得到最终的混杂纤维束。

在一些实施方式中，用正压动力气体宽展化处理混杂纤维束，得到宽展离散混杂纤维束；正压动力气体，通常是指具有一定正压、一定流量的空气流，带有正压力的空气流从其出口释放压力向外扩散时，形成向外多个方向扩散的空气流推力，空气流以一定角度施加到混杂纤维束表面时，混杂纤维束中的多种纤维单丝会受到空气流的冲击作用沿空气流的扩散方向移动，因此在混杂纤维束中相邻的纤维单丝在空气流的推动作用下在其径向逐渐分离，整体向纤维束两侧方向移动，实现纤维束的宽展离散过程。

作为可选实施方式，控制正压动力气体流的宽度不小于与混杂纤维束的宽度，确保混杂纤维束中的所有纤维能够受到相同的作用而实现均匀的分散。

作为可选实施方式，随混杂纤维束宽度的不同而调整控制正压动力气体扩散的宽度。进一步，作为可选实施方式，设置正压动力气体的压力在0.2～3Mpa之间，流速设置为2～3升/分钟；作为可选实施方式，控制正压动力气体的含水低于0.05ppm，杂质含量低于0.03ppm。

作为可选实施方式，正压动力气体宽展处理进行多次，强化处理效果。

在一些实施方式中，用梳理组件对混杂纤维束进行梳理稳纱处理。通常混杂纤维束包括多种纤维单丝，纤维单丝的直径通常为微米级，经过宽展离散处理后的混杂纤维束中，不同的纤维单丝因为空气流的作用而相互随机分散，之间的间隙距离和排列方式并不严格一致，对纤维单丝进行梳理，需要采用能够有效梳理纤维单丝却不对纤维单丝造成机械损伤的处理部件，在梳理部件与纤维束相互运动而作用的过程中，实现对纤维单丝的梳理和再排列。

作为可选实施方式，采用金属阵列梳理棍对混杂纤维束进行梳理，并对梳理棍的表面进行柔化处理，形成具有梳理作用的部件。

作为可选实施方式，采用具有动物皮毛的梳理组件，例如表面覆盖有动物皮毛的辊轮、毛刷。

作为可选实施方式，采用具有高分子纤维的梳理组件，例如，表面覆盖有芳纶纤维的辊轮、毛刷。

作为可选实施方式，混杂纤维束的梳理处理进行多次，强化梳理过程。

作为可选实施方式，多种梳理部件相互组合对混杂纤维束进行梳理再排列，得到更好的梳理效果。

在一些实施方式中，采用负压动力气体对宽展离散纤维束进行密集排列处理；通常混杂纤维束经过宽展、梳理处理之后，单丝纤维之间还可能存在一定的空隙，相邻的纤维之间的空隙会造成纤维排布不均匀，进而造成混杂纤维束预浸带的厚度不均匀，影响其性能，所以通需要纤维束进行密排处理，以消除相邻纤维单丝之间的空隙或间隙。负压动力气体，通常是指具有一定负压、一定流量的空气流，通常形成负压的空气流在其扩散方向形成向内的吸力，混杂纤维束中的纤维单丝在此吸力的作用下，沿其径向相互靠近，减小之间的间隙距离，实现纤维单丝之间的密集排列，该密集排列的效果与空气流的压力、流量和作用面积等因素有关。

作为可选实施方式，负压作用的宽度不小于纤维束的宽度，以使得所有的纤维单丝都受到吸力，密集排列均匀。进一步，为了增强密集排列的效果，可以采用多次处理过程，或多级处理过程。

作为可选实施方式，宽展密排处理的负压动力气体的压力设置在0.08～8Mpa之间，流速设置为2～3升/分钟。进一步，作为可选实施方式，控制负压动力气体的含水低于0.05ppm，杂质含量低于0.03ppm。

在一些实施方式中，混杂纤维束的宽展过程中监测并控制纤维束的张力，有助于控制混杂纤维宽展离散的效果，纤维单丝的整体强度很小，需要严格控制纤维丝在移动过程中收到的外力在其能够承受的范围之内，超出此范围，外力太小会影响纤维分散的效果，外力太大则会损害纤维，给其结构造成破坏，甚至纤维断裂，严重影响纤维束性能。同样地，在密集排列处理离散纤维的过程中，监测并控制纤维束的张力，也具有同样的技术效果。混杂纤维束能够承受的张力范围，需要依据其中不同种类纤维的性能综合进行设定。在本申请公开实施方式中，监测并控制混杂纤维束的张力，在很小的张力范围之内实现对纤维的控制，例如，混杂纤维束的张力控制在0.1～500N之间。

在一些实施方式中，混杂纤维束的宽展离散、梳理稳纱或密集排列过程中，至少有一种过程进行多次，三种不同的过程设置为交叉间隔进行；在一些实施方式中，混杂纤维束的宽展离散、梳理稳纱或密集排列过程中，至少有一种过程进行多次，每种相同的过程设置为重复连续进行。

在一些实施方式中，设置对得到的超薄混杂纤维束中纤维排列效果进行监测，以便随时调整并优化制备工艺，得到纤维单丝单层排列、均匀密实。在一些实施方式中，采用光栅检测器，对纤维排列情况进行检测。

在一些实施例中，树脂基混杂纤维超薄预浸带的制备方法包括：多种纤维束独立地释放初始张力，得到多种独立的纤维束；在气室内，多种纤维束各自独立地在正压动力气体作用下宽展离散；经宽展离散的多个独立纤维束相互叠合，得到混杂纤维束；混杂纤维束在梳理组件作用下梳理稳纱；经梳理稳纱的混杂纤维束在负压动力气体作用下密集排列，得到超薄混杂纤维束。

作为可选实施方式，经宽展离散的多个独立的纤维束同时叠合，得到混杂纤维束。通常经过宽展离散的独立纤维束设置为平行排列的多层纤维束，各纤维束的宽度相当，多层纤维束在同一个叠合部件的作用下同时相互融合，成为包括多种纤维的混杂纤维束。

作为可选实施方式，经宽展离散的多个独立的纤维束依次逐渐叠合，得到混杂纤维束。通常宽展离散后独立的纤维束设置为平行排列的多层纤维束，各纤维束的宽度相当，根据纤维束种类数量，可以先设置两种纤维束叠合为两种纤维束的混杂纤维束，然后逐渐设置新的独立纤维束与已经得到的混杂纤维束叠合，重复此过程，直到所有纤维束都相互叠合，得到最终的混杂纤维束。

在一些实施方式中，多个独立纤维束的相互叠合设置在独立纤维束的梳理稳纱之后进行，即，多个独立纤维束独立地进行梳理稳纱处理，之后将梳理稳纱处理之后的独立纤维束相互叠合，得到混杂纤维束，该混杂纤维束进一步在负压动力气体作用下密集排列，得到超薄混杂纤维束。

在一些实施方式中，树脂基混杂纤维超薄预浸带的制备方法还包括：超薄混杂纤维束与树脂基体复合，得到树脂基混杂纤维超薄预浸带。

进一步，在一些实施例中，树脂基体包括热固型树脂基体，超薄混杂纤维束与热固性树脂复合包括：超薄混杂纤维纤维束与热固型树脂预浸渍；超薄混杂纤维束与热固性树脂在升温的条件下复合，得到热固性树脂超薄预浸带。

作为可选实施方式，超薄混杂纤维束与热固性树脂预先浸渍，然后在加热的条件下复合、烘干，得到热固性树脂基混杂纤维超薄预浸带。在一些实施方式中，超薄混杂纤维束在辊轮的作用下被热固性树脂预浸料浸渍，辊轮通常设置为多个，超薄混杂纤维束在相邻辊轮之间前行的过程中设置在不同的水平面内，从而受到辊轮在相反方向的多次辊压，超薄混杂纤维束与热固性树脂预浸料在辊轮的压力作用下充分接触、浸渍；在一些实施方式中，预浸渍树脂预浸料的超薄混杂纤维束在加热辊上加热、复合，通常加热辊温度根据树脂基的固化性能确定，例如，可以设置在130～450℃之间。在一些实施方式中，加热辊设置为多个，进行多次热复合以控制其复合效果。

在一些实施例中，树脂基体包括热塑性树脂基体，超薄混杂纤维束与热塑性树脂基体在升高的温度下复合，得到热塑性树脂基混杂纤维超薄预浸带。

作为可选实施方式，超薄混杂纤维束与热塑性树脂基体通常在加热的条件下复合、烘干，得到热塑性树脂基混杂纤维超薄预浸带。在一些实施方式中，超薄混杂纤维束与热塑性树脂在温度控制在120～450℃之间的热复合辊轮上面，加热复合。在一些实施方式中，加热复合设置为多次，控制其复合效果。

在一些实施方式中，树脂基混杂纤维超薄预浸带的制备装置包括：牵引组件，设置提供纤维束前进的动力；放纱组件，设置用于释放纤维束，张力控制组件，用于控制纤维束的张力；张力监测组件，用于监测纤维束的张力，张力监测组件通常设置为多个，以便对多种纤维束进行独立监测；通常张力检测组件的数量与纤维种类数量相等；散纱组件，设置提供纤维束宽展离散的正压动力气体，通常可以设置散纱组件对独立的纤维束进行散纱处理，此时需要设置与纤维种类相当数量的散纱组件，或者设置更多的散纱组件，以便对不同的纤维设置数量不同的散纱组件，得到需要的散纱效果，对纤维束进行散纱处理时，通常根据需要设置散纱组件的数量等；排纱组件，设置提供纤维束密集排列的负压动力气体；通常可以设置排纱组件对独立的纤维束进行排纱处理，此时需要设置与纤维种类相当数量的排纱组件，或者设置更多的排纱组件，以便对不同的纤维设置数量不同的排纱组件，得到需要的排纱效果，对混杂纤维束进行排纱处理时，通常根据需要设置排纱组件的数量等；叠合组件，设置为将独立的纤维束相互叠合为混杂纤维束，通常根据叠合次数和叠合的位置等设置叠合组件的数量；梳理组件，设置梳理混杂纤维束；监测组件，设置监测超薄混杂纤维束的纤维排列效果；复合组件，设置将超薄混杂纤维束与树脂基体复合。

作为可选实施方式，牵引组件设置为辊轮；通常纤维束在移动过程中进行分散，而且需要对其移动进行动态控制，以便控制整个制备过程，牵引组件通常设置为可以转动的辊轮，辊轮与纤维束之间相互作用，通过辊轮的转动带动纤维束移动，操作过程简单方便，装置的体积小。设置调节辊轮的直径、表面性质、辊轮之间的相对位置、辊轮的转动速度等，可以实现纤维束与辊轮之间作用时间、作用力的控制。纤维束移动距离较长的过程中，可以设置多个牵引组件，以实现不同阶段的动力提供和张力控制。对于多种纤维束，可以设置多个或多组牵引组件，实现对纤维束独立的控制牵引。

制备装置的散纱组件提供具有一定正压的空气或者其它气体，作用在纤维束表面，促使纤维单丝之间相互分散；在一些实施方式中，设置散纱器，其上设置有气体的出口，出口通常设置为长方形的狭缝，散纱器设置在纤维束的一侧，位于纤维束的正上方，通常需要控制作用在纤维束表面的气体作用方向与纤维束之间的夹角，以控制其作用效果，例如，设置该夹角在20～170°之间；而且，控制动力气体的作用面积可以强化其作分散效果，通常控制散纱器上气体的狭缝出口的长度与纤维束宽度相适配，可以控制纤维束在其横向完全与气流相互作用，控制纤维束的移动速度，可以实现纤维束纵向的作用时间，实现对纤维束分散效果的控制。在一些实施方式中，出口设置为长方形，长方形的出口包括多个小出口，多个小出口排成阵列，形成整体呈长方形的出口；小出口的形状可以根据需求设计，例如方形、圆形、椭圆形等；小出口的数量、大小和排列方式等可以根据气体流量的需求进行任意组合。在一些实施方式中，狭缝出口的大小设置为可调节，以便调节气体流量和作用面积。在一些实施方式中，为了强化宽展离散效果，设置多个散纱器，实现多级或多阶段散纱。还可以通过控制气压压力，控制分散效果，例如，利用空气泵向散纱器提供压力空气，调节空气泵的压力和流量实现对散纱组件压力和流量的控制。

通常制备装置的张力监测组件对纤维束的张力进行动态监测，结合纤维束的分散效果，可以调节纤维束受到的张力实现对纤维分散效果的控制。例如，张力监测组件测到的张力信息，传输给控制纤维束移动的牵引组件，牵引组件根据收到的信息，调节其自身的工作状态，控制纤维束的张力。在一些实施方式中，设置张力传感器检测纤维束的初始张力，释放并控制纤维束的初始张力；在一些实施方式中，多个张力传感器分别设置在不同的部位，以便监控不同部位的纤维束微张力，实现对纤维束过程中不同部位的动态实时控制。在一些实施方式中，设置张力传感器，监测纤维束宽展密排过程中的张力，控制展纱密排效果。

在一些实施方式中，制备装置包括对混杂纤维束进行梳理稳纱的梳理组件，通常梳理组件设置在散纱组件之后。在一些实施方式中，设置稳纱辊梳理离散之后的混杂纤维束，稳纱辊的宽度大于混杂纤维束宽度，转速和位置可调，以便控制其与混杂纤维束之间的相对转速以及稳纱辊与混杂纤维束之间的作用力。在一些实施方式中，设置毛刷，毛刷的宽度大于混杂纤维束宽度。在一些实施方式中，稳纱辊设置为多个。

在一些实施方式中，制备装置包括用于密集排列离散混杂纤维束的排纱组件；通常设置提供负压的动力气体的排纱器。通常排纱器设置在混杂纤维束的一侧，提供具有一定负压的空气或者其它气体，作用在混杂纤维束表面，促使纤维单丝之间相互靠近，通常需要控制作用在混杂纤维束表面的气体作用方向与混杂纤维束之间的夹角，以控制其作用效果，例如，设置该夹角在20～170°之间；而且，控制动力气体的作用面积可以强化其作密排效果，通常控制排纱器上气体的入口宽度与混杂纤维束宽度相适配，可以控制混杂纤维束在其横向完全与气流相互作用，控制混杂纤维束的移动速度，可以实现混杂纤维束纵向的作用时间，实现对混杂纤维束密排效果的控制。在一些实施方式中，设置多个排纱组件，实现多级或多阶段排纱，强化密排效果；还可以通过控制气压压力，控制密排效果，例如，利用真空泵向排纱器提供负压空气，调节真空泵的压力和流量实现对排纱器中气体压力和流量的控制。为了强化效果，排纱其可以设置为多个，例如两个、三个、四个等。

在一些实施方式中，制备装置包括导向轮，用于控制纤维束的前进方向和位置；通常还可以设置多个导向轮，在不同位置对纤维束的前进方向和位置进行控制。

在一些实施方式中，设置用于提供树脂预浸料的容器，例如料槽。

在一些实施方式中，设置用于涂覆树脂预浸料的涂覆组件，例如涂覆辊轮；在一些实施方式中，设置有多个涂覆辊轮，涂覆辊轮之间相互作用，调节涂覆到超薄混杂纤维束上的树脂的数量；在一些实施方式中，涂覆辊轮与提供树脂预浸料的容器相互连通，容器内的树脂预浸料与涂覆辊轮的表面相互接触，在辊轮的表面形成一层均匀涂覆的预浸料，进而该辊轮表面与离型纸表面相互接触，将预浸料转移到离型纸表面上，该离型纸与超薄混杂纤维束在预复合滚轮的作用下，预浸料与超薄混杂纤维束相互接触，实现对超薄混杂纤维束的预浸渍。

在一些实施方式中，设置加热辊作为复合组件，对热固性树脂预浸料与超薄混杂纤维束进行热复合，得到热固性树脂超薄预浸带；在一些实施方式中，设置多个加热辊，进行多次热复合，强化复合效果。

在一些实施方式中，超薄预浸带的制备装置包括收卷组件，设置用于收集烘干后的超薄预浸带。

本申请实施例公开的制备方法制备的树脂及混杂纤维超薄预浸带中，多种纤维束选自碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维、尼龙纤维、聚醚醚酮纤维、聚苯硫醚纤维、超高分子量聚乙烯纤维、不锈钢纤维、铜纤维、钢纤维、石英纤维、碳化硅纤维、玄武岩纤维、镀镍碳纤维等连续成轴纤维中的至少两种；热固性树脂树脂基体包括但不限于不饱和聚酯树脂、环氧树脂、酚醛树脂、三聚氰胺甲醛树脂、呋喃树脂、聚丁二烯树脂有机硅树脂等；热塑性树脂包括但不限于PP、PA、TPU、PEEK、PPS、PC、PET等。

以下实施例结合附图1、2、3、4，对本申请公开的热固性树脂基混杂纤维超薄预浸带的制备装置和制备过程作进一步详细说明。混杂纤维束包括碳纤维和芳纶纤维两种纤维。

本实施例装置整体沿水平方向设置，纤维束卷轴1释放纤维束FB，经过退绕器2，退绕器2夹持纤维束并随纤维在卷轴上的绕线位置沿纱线卷轴方向摆动，避免纱线在释放过程中产生翻转、乱线，释放纤维束的初始张力，然后依次通过第一导向轮3和第二导向轮4，稳定纤维束的张力、位置和方向，在第一导向轮3和第二导向轮4之间设置活套张力传感器5，监测并控制纤维束在此位置的张力，并为后续工艺提供稳定的张力；

附图2所示的多种纤维叠合部分示意图，包括两种纤维，碳纤维CF和芳纶纤维FF，两种纤维经过张力释放后，分别进入第一叠合导向轮41和第二叠合导向轮42，之后碳纤维CF与芳纶纤维FF在第一叠合辊43的作用下相互重叠，逐渐形成一股混合纤维束，该混合纤维束进一步在叠合张力调节辊44的作用下进一步叠合，随后得到的混杂纤维束MF经过第三叠合导向轮45进入下一步工艺。

获得稳定张力的混杂纤维束进入依次设置的第三导向轮6、第一牵引轮7、第四导向轮8，再次获得稳定的张力，经过第五导向轮10的稳定调节后，经过设置在第五导向轮10附近、并位于混杂纤维束上方的散纱器11，散纱器11包括长方形狭缝开口，设置在混杂纤维束上方，狭缝开口长度方向与纤维束横向一致，正压空气从狭缝开口中流出，吹向混杂纤维束，混杂纤维束中的纤维单丝在空气流的作用下相互分散，正压空气流方向如散纱组件中箭头所示；在第四导向轮8与散纱器11之间设置张力传感器9，随时动态监测混杂纤维束的张力，根据张力传感器9监测到的张力信号，控制混杂纤维束的移动速度、张力传感器两侧的辊轮之间的距离，实现对微张力的控制，进而调节纤维束的宽展离散效果；

散纱器11之后设置稳纱辊12，对宽展之后的混杂纤维束进行梳理并稳定其离散排列状态；

设置排纱器13对梳理后的混杂纤维束进行密排，排纱器13设置在混杂纤维束下方，排纱器13的上设置有方形狭缝入口，该狭缝入口位于混杂纤维束下方，狭缝入口的宽度不小于混杂纤维束的宽度，排纱器13的出口与真空泵相连接，方形狭缝入口为负压空气流的入口，并在此形成向入口的吸力，负压空气流在排纱器13中的方向如其中虚线箭头所示，设置在方形狭缝入口的混杂纤维束在吸力的作用下，纤维单丝相互靠近，密集排列；之后设置第六导向轮14、阻尼轮15和第七导向轮16，控制密排处理之后混杂纤维束的张力，并稳定混杂纤维束位置和方向；经过稳定张力后，超薄混杂纤维束通过设置的光栅检测器17，检测展纱效果，为调整散纱组件、排纱组件、梳理组件提供信息；

得到的超薄混杂纤维束进一步经过设置的第八导向轮18稳定方向；

树脂料槽33内设置有树脂预浸料，树脂料槽33的下方设置有开口，从开口流出的树脂预浸料在第一覆胶辊30与和第二覆胶辊31相互接触的表面上形成均匀涂覆的树脂预浸料层，该树脂预浸料层进而与第三覆胶辊32相互作用，在第三覆胶辊32的表面形成均匀涂覆的树脂预浸料层，第三卷轴29提供的离型纸RB与第三覆胶辊32相互作用，第三覆胶辊32表面的树脂预浸料转移到离型纸表面；控制第一覆胶辊30、第二覆胶辊31和第三覆胶辊32的直径大小、相对位置关系和转动速度，控制树脂料槽出口树脂预浸料的流出量，可以实现对转移到离型纸表面的树脂预浸料数量的控制；

涂覆有树脂预浸料的离型纸与超薄混杂纤维束在第九导向轮19的作用下相互叠合，树脂预浸料与超薄混杂纤维束相互接触，树脂预浸料浸渍到纤维表面；

浸渍有预浸料的超薄混杂纤维束与第二卷轴20提供的离型纸RB再次叠合，形成离型纸/超薄混杂纤维束+树脂预浸料/离型纸三明治结构的复合预浸带，该复合预浸带在依次设置的第十导向轮21、第十一导向轮22、第十二导向轮23和第十三导向轮24的作用下，树脂预浸料充分浸渍超薄混杂纤维束，然后经过第一加热辊25、第二加热辊26进行热复合，得到设置在两层离型纸之间的热固性树脂混杂纤维超薄预浸带PB，经过第十四导向轮27之后，由收卷机28卷绕收集。

本申请实施例公开的树脂基混杂纤维超薄预浸带的制备方法和制备装置，可以制备得到厚度在0.06mm以下的树脂基混杂纤维超薄预浸带，混杂纤维束兼具有其组成纤维的性能，可以利用不同纤维的属性赋予预浸带多种不同的功能，如芳纶纤维和碳纤维混杂可以改善碳纤维的抗冲、防弹性能；石英纤维和碳纤维混杂可以获得好的透波性能；碳纤维和碳化硅纤维混杂可以获得好的吸波性能等。同时，减小了预浸料厚度，增加了铺层数，超薄预浸带层合板的性能大大改善增加，要达到相同的强度需要的超薄预浸带数量减少，利用该超薄预浸带制备其它制品时，减轻制品重量，降低生产成本；对于复杂几何结构的制品，由于局部增加铺层引起的数值富集区、孔隙率等缺陷尺度变小，大大提高了制品的力学性能。此外，大大简化了混杂纤维复合材料的生产工艺，提高生产效率，降低生产成本，具有很好的工业应用前景。

本申请公开的技术方案和实施例中公开的技术细节，仅是示例性说明本申请的发明构思，并不构成对本申请的限定，凡是对本申请公开的技术细节所做的没有创造性的改变，对本申请公开技术方案的组合使用，都与本申请公开具有相同的发明构思，都在本申请欲求保护的范围之内。

Claims (10)

1.一种树脂基混杂纤维超薄预浸带的制备方法，其特征在于，包括：

选取多种独立纤维束；

多种独立纤维束独立地释放初始张力，释放初始张力后的多种独立纤维束相互叠合、排列，形成超薄混杂纤维束；

超薄混杂纤维束与树脂复合，得到树脂基混杂纤维超薄预浸带。

2.根据权利要求1所述的树脂基混杂纤维超薄预浸带的制备方法，其特征在于，所述多种独立纤维束叠合排列形成超薄混杂纤维束具体包括：

释放初始张力后的独立纤维束相互叠合，得到混杂纤维束；

混杂纤维束在正压动力气体作用下宽展离散；

宽展离散后的混杂纤维束在梳理组件作用下梳理稳纱；

经梳理稳纱的混杂纤维束在负压动力气体作用下密集排列，得到超薄混杂纤维束。

3.根据权利要求1所述的树脂基混杂纤维超薄预浸带的制备方法，其特征在于，所述多种独立纤维束叠合排列形成超薄混杂纤维束具体包括：

释放初始张力后的纤维束独立地在正压动力气体作用下宽展离散；

经宽展离散的多个独立纤维束相互叠合，得到混杂纤维束；

混杂纤维束在梳理组件作用下梳理稳纱；

经梳理稳纱的混杂纤维束在负压动力气体作用下密集排列，得到超薄混杂纤维束。

4.根据权利要求1所述的树脂基混杂纤维超薄预浸带的制备方法，其特征在于，所述多种独立纤维束叠合排列形成超薄混杂纤维束具体包括：

释放初始张力后的纤维束独立地在正压动力气体作用下宽展离散；

经宽展离散的独立纤维束在梳理组件作用下梳理稳纱；

经梳理稳纱之后的独立纤维束相互叠合，得到混杂纤维束；

混杂纤维束在负压动力气体作用下密集排列，得到超薄混杂纤维束。

5.根据权利要求1～4任一项所述的树脂基混杂纤维超薄预浸带的制备方法，其特征在于，所述多种独立纤维束同时叠合得到混杂纤维束。

6.根据权利要求1～4任一项所述的树脂基混杂纤维超薄预浸带的制备方法，其特征在于，所述多种独立纤维束依次逐渐叠合，得到混杂纤维束。

7.根据权利要求1～4任一项所述的树脂基混杂纤维超薄预浸带的制备方法，其特征在于，所述树脂包括热固定树脂和热塑性树脂。

8.根据权利要求7所述的树脂基混杂纤维超薄预浸带的制备方法，其特征在于，所述超薄混杂纤维束与所述热固性树脂复合包括：

所述超薄混杂纤维束与所述热固型树脂预浸渍；

所述超薄混杂纤维束与所述热固性树脂在升温的条件下复合，得到热固性树脂基混杂纤维超薄预浸带。

9.根据权利要求7所述的树脂基混杂纤维超薄预浸带的制备方法，其特征在于，所述超薄混杂纤维束与所述热塑性树脂基体在升高的温度下复合，得到热塑性树脂基混杂纤维超薄预浸带。

10.一种树脂基混杂纤维超薄预浸带的制备装置，用于实现权利要求1～9任一项所述的树脂基混杂纤维超薄预浸带的制备方法，其特征在于，包括：

牵引组件，设置提供纤维束前进的动力；

放纱组件，设置用于释放纤维束；

张力控制组件，设置用于控制纤维束的张力

张力监测组件，设置监测纤维束的张力；

散纱组件，设置提供纤维束宽展离散的正压动力气体；

排纱组件，设置提供混杂纤维束密集排列的负压动力气体；

叠合组件，设置为将独立纤维束相互叠合为混杂纤维束；

梳理组件，设置梳理混杂纤维束；

监测组件，设置监测超薄混杂纤维束的纤维排列效果；

复合组件，设置将超薄混杂纤维束与树脂基体复合。

Images