CN110757841A - 一种碳纤维复合芯的生产方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种碳纤维复合芯的生产方法，一种碳纤维复合芯的生产方法，包括如下步骤：步骤一，排纱引纱；步骤二，浸胶；步骤三，加热固化；步骤四，牵引收卷；将一定数量的碳纤维按照设计的方式安置在纱架上，并使纤维能够整齐迅速地从网眼板引出，将轴架上的连续碳纤维通过导向和排列装置引出，使碳纤维从轴架到口模保持平直，对所有纤维束施加的力相等，避免因纤维束间张力的变化导致拉挤制品扭曲变形；在树脂浸渍槽中精确地量入热固性树脂和固化剂等，将树脂、固化剂与内脱模剂按一定质量比混合，搅拌均匀注入树脂浸渍槽内；本发明，纤维与树脂浸润充分，树脂不易堵塞模具口，容易脱模，生产的复合芯质量好。

Description

一种碳纤维复合芯的生产方法
技术领域
本发明涉及碳纤维复合芯生产技术领域，具体为一种碳纤维复合芯的生产方法。
背景技术
含碳量在90%以上的高强度高模量纤维，耐高温居所有化纤之首，用腈纶和粘胶纤维做原料，经高温氧化碳化而成，碳纤维的主要用途是作为增强材料与树脂、金属、陶瓷及炭等复合，制造先进复合材料，碳纤维增强环氧树脂复合材料，其比强度及比模量在现有工程材料中是最高的，碳纤维复合材料作为新型复合材料一直广受关注，从军工到民用，渗透到我们生活中的各个角落，现有技术中的碳纤维复合芯生产过程中，纤维与树脂浸润不充分，树脂容易堵塞模具口，不易脱模，生产的复合芯质量不好，因此，设计一种碳纤维复合芯的生产方法是很有必要的。
发明内容
本发明的目的在于提供一种碳纤维复合芯的生产方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种碳纤维复合芯的生产方法，包括如下步骤：步骤一，排纱引纱；步骤二，浸胶；步骤三，加热固化；步骤四，牵引收卷；
其中在上述的步骤一中，将一定数量的碳纤维按照设计的方式安置在纱架上，并使纤维能够整齐迅速地从网眼板引出，将轴架上的连续碳纤维通过导向和排列装置引出，使碳纤维从轴架到口模保持平直，对所有纤维束施加的力相等，避免因纤维束间张力的变化导致拉挤制品扭曲变形；
其中在上述的步骤二中，在树脂浸渍槽中精确地量入热固性树脂和固化剂等，将树脂、固化剂与内脱模剂按一定质量比混合，搅拌均匀注入树脂浸渍槽内，在加入固化剂、填料和其它树脂添加剂之前，将内脱模剂加树脂体系中并混合均匀，将纤维引入浸胶槽内的钢制滚筒下面通过而浸渍在树脂里， 树脂的粘度要保持在一定的范围，室内温度要控制好，对胶槽进行水浴加温，使浸胶槽的温度保持在40-60℃；
其中在上述的步骤三中，浸渍后的纤维通过预成型导槽刮掉浸渍纤维上多余的树脂，然后再进入模具成型固化，固化成型后从模具中拉出，通过后固化加热箱进行后固化处理；
其中在上述的步骤四中，待后固化后的纤维冷却至常温后，采用履带式牵伸机对纤维进行牵引，后固化的复合芯在两履带之间牵引，牵引速度为0.3m/min，将纤维卷绕在辊上，完成碳纤维复合芯生产。
根据上述技术方案，所述步骤一中，引纱采用旋转芯轴，使纤维从纱筒的外壁引出，避免纤维的扭转现象。
根据上述技术方案，所述步骤二中，内脱模剂为伯胺、仲胺和有机磷酸与脂肪酯共聚体的混合物。
根据上述技术方案，所述步骤二中，内脱模剂的起始用量为树脂量的1%，有效添加范围是基于树脂重量的0.75%-2%，根据实际情况适当调整。
根据上述技术方案，所述步骤二中，在浸胶槽前后设有梳理架，通过梳理架对纤维进行通过和梳理。
根据上述技术方案，所述步骤二中，时刻注意树脂对碳纤维单丝的浸润情况，不仅碳纤维丝束表面要有较好的浸润，还要保证碳纤维丝束内部也都能够浸润充分，否则会造成内部缺陷，影响最终产品的性能。
根据上述技术方案，所述步骤三中，成型模具分为预热区、凝胶区和恒温区，预热区温度设为140℃，进行预热，为下一区域反应做备，凝胶区温度设为160℃，树脂在凝胶区发生固化交联并产生相变，从粘稠态转变为凝胶态，恒温区温度设为180℃，防止温度骤变使得复合材料产生裂纹，在模具口模处采用板式或筒式接触加热器。
根据上述技术方案，所述步骤三中，后固化温度设定在200-220℃之间。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：将碳纤维在履带式牵伸机牵引作用下，将一定数量的碳纤维按照设计的方式安置在纱架上并将轴架上的连续碳纤维通过导向和排列装置引出，使碳纤维从轴架到口模保持平直，对所有纤维束施加的力相等，避免因纤维束间张力的变化导致拉挤制品扭曲变形，通过在浸渍槽中内加入内脱模剂，能降低树脂混合物的表面张力，降低树脂粘度，改善树脂对增强材料、填料的浸润性，改善树脂的流动性，防止在热固成型过程中堵塞模具，同时内脱模剂与液态树脂相容，但与固化树脂不相容，在一定加工温度条件下，从树脂基体渗出扩散到固化制品表面，在模具和制品之间形成一层隔离膜，起到脱模作用，对浸渍槽进行水浴加温，使环氧树脂有良好的流动性，保证纤维与树脂的充分浸润，保证树脂能够随着碳纤维顺利地进入模具口，不会被挤出来，也不会堵塞，在成型模具预热区、凝胶区和恒温区进行不同阶段的固化，结束后进行后固化处理，冷却牵引收卷后得到成品，生产的复合芯质量好。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是本发明的方法流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，本发明提供一种技术方案：
一种碳纤维复合芯的生产方法，包括如下步骤：步骤一，排纱引纱；步骤二，浸胶；步骤三，加热固化；步骤四，牵引收卷；
其中在上述的步骤一中，将一定数量的碳纤维按照设计的方式安置在纱架上，并使纤维能够整齐迅速地从网眼板引出，将轴架上的连续碳纤维通过导向和排列装置引出，使碳纤维从轴架到口模保持平直，对所有纤维束施加的力相等，避免因纤维束间张力的变化导致拉挤制品扭曲变形，所述步骤一中，引纱采用旋转芯轴，使纤维从纱筒的外壁引出，避免纤维的扭转现象；
其中在上述的步骤二中，在树脂浸渍槽中精确地量入热固性树脂和固化剂等，将树脂、固化剂与内脱模剂按一定质量比混合，所述步骤二中，内脱模剂为伯胺、仲胺和有机磷酸与脂肪酯共聚体的混合物；搅拌均匀注入树脂浸渍槽内，在加入固化剂、填料和其它树脂添加剂之前，将内脱模剂加树脂体系中并混合均匀，所述步骤二中，内脱模剂的起始用量为树脂量的1%，有效添加范围是基于树脂重量的0.75%-2%，根据实际情况适当调整；所述步骤二中，在浸胶槽前后设有梳理架，通过梳理架对纤维进行通过和梳理；将纤维引入浸胶槽内的钢制滚筒下面通过而浸渍在树脂里， 树脂的粘度要保持在一定的范围，室内温度要控制好，对胶槽进行水浴加温，使浸胶槽的温度保持在40-60℃，所述步骤二中，时刻注意树脂对碳纤维单丝的浸润情况，不仅碳纤维丝束表面要有较好的浸润，还要保证碳纤维丝束内部也都能够浸润充分，否则会造成内部缺陷，影响最终产品的性能；
其中在上述的步骤三中，浸渍后的纤维通过预成型导槽刮掉浸渍纤维上多余的树脂，然后再进入模具成型固化，所述步骤三中，成型模具分为预热区、凝胶区和恒温区，预热区温度设为140℃，进行预热，为下一区域反应做备，凝胶区温度设为160℃，树脂在凝胶区发生固化交联并产生相变，从粘稠态转变为凝胶态，恒温区温度设为180℃，防止温度骤变使得复合材料产生裂纹，在模具口模处采用板式或筒式接触加热器；固化成型后从模具中拉出，通过后固化加热箱进行后固化处理，所述步骤三中，后固化温度设定在200-220℃之间；
其中在上述的步骤四中，待后固化后的纤维冷却至常温后，采用履带式牵伸机对纤维进行牵引，后固化的复合芯在两履带之间牵引，牵引速度为0.3m/min，将纤维卷绕在辊上，完成碳纤维复合芯生产。
基于上述，本发明的优点在于，本发明将碳纤维在履带式牵伸机牵引作用下，将一定数量的碳纤维按照设计的方式安置在纱架上并将轴架上的连续碳纤维通过导向和排列装置引出，使碳纤维从轴架到口模保持平直，对所有纤维束施加的力相等，避免因纤维束间张力的变化导致拉挤制品扭曲变形，通过在浸渍槽中内加入内脱模剂，能降低树脂混合物的表面张力，降低树脂粘度，改善树脂对增强材料、填料的浸润性，改善树脂的流动性，防止在热固成型过程中堵塞模具，同时内脱模剂与液态树脂相容，但与固化树脂不相容，在一定加工温度条件下，从树脂基体渗出扩散到固化制品表面，在模具和制品之间形成一层隔离膜，起到脱模作用，对浸渍槽进行水浴加温，使环氧树脂有良好的流动性，保证纤维与树脂的充分浸润，保证树脂能够随着碳纤维顺利地进入模具口，不会被挤出来，也不会堵塞，在成型模具预热区、凝胶区和恒温区进行不同阶段的固化，结束后进行后固化处理，冷却牵引收卷后得到成品，生产的复合芯质量好。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (8)

1.一种碳纤维复合芯的生产方法，包括如下步骤：步骤一，排纱引纱；步骤二，浸胶；步骤三，加热固化；步骤四，牵引收卷；其特征在于：
其中在上述的步骤一中，将一定数量的碳纤维按照设计的方式安置在纱架上，并使纤维能够整齐迅速地从网眼板引出，将轴架上的连续碳纤维通过导向和排列装置引出，使碳纤维从轴架到口模保持平直，对所有纤维束施加的力相等，避免因纤维束间张力的变化导致拉挤制品扭曲变形；
其中在上述的步骤二中，在树脂浸渍槽中精确地量入热固性树脂和固化剂等，将树脂、固化剂与内脱模剂按一定质量比混合，搅拌均匀注入树脂浸渍槽内，在加入固化剂、填料和其它树脂添加剂之前，将内脱模剂加树脂体系中并混合均匀，将纤维引入浸胶槽内的钢制滚筒下面通过而浸渍在树脂里， 树脂的粘度要保持在一定的范围，室内温度要控制好，对胶槽进行水浴加温，使浸胶槽的温度保持在40-60℃；
其中在上述的步骤三中，浸渍后的纤维通过预成型导槽刮掉浸渍纤维上多余的树脂，然后再进入模具成型固化，固化成型后从模具中拉出，通过后固化加热箱进行后固化处理；
其中在上述的步骤四中，待后固化后的纤维冷却至常温后，采用履带式牵伸机对纤维进行牵引，后固化的复合芯在两履带之间牵引，牵引速度为0.3m/min，将纤维卷绕在辊上，完成碳纤维复合芯生产。
2.根据权利要求1所述的一种碳纤维复合芯的生产方法，其特征在于：所述步骤一中，引纱采用旋转芯轴，使纤维从纱筒的外壁引出，避免纤维的扭转现象。
3.根据权利要求1所述的一种碳纤维复合芯的生产方法，其特征在于：所述步骤二中，内脱模剂为伯胺、仲胺和有机磷酸与脂肪酯共聚体的混合物。
4.根据权利要求1所述的一种碳纤维复合芯的生产方法，其特征在于：所述步骤二中，内脱模剂的起始用量为树脂量的1%，有效添加范围是基于树脂重量的0.75%-2%，根据实际情况适当调整。
5.根据权利要求1所述的一种碳纤维复合芯的生产方法，其特征在于：所述步骤二中，在浸胶槽前后设有梳理架，通过梳理架对纤维进行通过和梳理。
6.根据权利要求1所述的一种碳纤维复合芯的生产方法，其特征在于：所述步骤二中，时刻注意树脂对碳纤维单丝的浸润情况，不仅碳纤维丝束表面要有较好的浸润，还要保证碳纤维丝束内部也都能够浸润充分，否则会造成内部缺陷，影响最终产品的性能。
7.根据权利要求1所述的一种碳纤维复合芯的生产方法，其特征在于：所述步骤三中，成型模具分为预热区、凝胶区和恒温区，预热区温度设为140℃，进行预热，为下一区域反应做备，凝胶区温度设为160℃，树脂在凝胶区发生固化交联并产生相变，从粘稠态转变为凝胶态，恒温区温度设为180℃，防止温度骤变使得复合材料产生裂纹，在模具口模处采用板式或筒式接触加热器。
8.根据权利要求1所述的一种碳纤维复合芯的生产方法，其特征在于：所述步骤三中，后固化温度设定在200-220℃之间。
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