CN110878452A - 一种碳纤维丝束的浸胶方法及其浸胶装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种碳纤维丝束的浸胶方法及其浸胶装置，该浸胶方法其包括：S1、在胶液盒中通过展开辊将碳纤维丝束展开，并使碳纤维丝束在胶液盒中的浸泡时间达到预设值以上；S2、通过集中辊将浸有胶液的碳纤维丝束进行集中；S3、将集中后的浸有胶液的碳纤维丝束进行挤压以挤除多余胶液；S4、将挤压后的碳纤维丝束进行滑动挤压操作后缠绕在丝束缠绕架上。该浸胶装置包括框架主体以及固定在所述框架主体上的丝轴固定架、至少两个第一丝束展开辊、胶液盒放置平台、胶液盒、第一集中辊、胶液挤压机构、滑动挤压机构。本发明可以增加样品强度值，减小测定样品结果的CV值。

Description

一种碳纤维丝束的浸胶方法及其浸胶装置

技术领域

本发明涉及碳纤维丝束的技术领域，尤其涉及一种碳纤维丝束的浸胶方法及其浸胶装置。

背景技术

样品条的好坏直接关系其结果能否准确反映样品的真实力学性能，而样品的浸胶、固化是样品条制备的关键。

浸胶所用树脂目前多采用环氧树脂和酸酐类固化剂，通常配有促进剂，同时加入稀释剂，采用1步或2步升温来进行固化，随着温度的升高、反应过程的进行，固化后样品条截面易出现较多气孔，影响其测试结果的准确性，其复丝测试结果不能反映样品的真实值，不能有效的指导生产。

因此，如何使固化后的样品条的气孔减少，使复丝测试结果不能反映样品的真实值是本领域亟待解决的问题。

发明内容

本发明的特征和优点在下文的描述中部分地陈述，或者可从该描述显而易见，或者可通过实践本发明而学习。

为克服现有技术的问题，本发明提供一种碳纤维丝束的浸胶方法，包括：

S1、在胶液盒中通过展开辊将碳纤维丝束展开，并使所述碳纤维丝束在所述胶液盒中的浸泡时间达到预设值以上；

S2、通过集中辊将浸有胶液的碳纤维丝束进行集中；

S3、将集中后的浸有胶液的碳纤维丝束进行挤压以挤除多余胶液；

S4、将挤压后的碳纤维丝束进行滑动挤压操作后缠绕在丝束缠绕架上。

可选地，所述步骤S1中，所述预设值为10s至15s。

可选地，所述步骤S1包括：通过所述丝束缠绕架的转速以及所述预设值选择相应长度的胶液盒。

可选地，所述步骤S1包括：通过保温装置使所述胶液盒中的胶液保持在预设温度值。

可选地，所述步骤S4包括：使挤压后的碳纤维丝束滑动通过口径渐渐变小的第一喇叭口后，再滑动通过口径渐渐变大的第二喇叭口以完成所述滑动挤压操作。

可选地，所述步骤S4之后，包括：

S5、将缠绕在丝束缠绕架上碳纤维丝束放置在高温鼓风干燥箱内加热固化。

本发明还提供一种碳纤维丝束的浸胶装置，包括：

框架主体；

丝轴固定架，安装在所述框架主体上；

至少两个第一丝束展开辊，安装在所述框架主体上，用于将从所述丝轴固定架出来的丝束进行展开；

胶液盒放置平台，安装在所述框架主体上，用于放置胶液盒，并使所述第一丝束展开辊能位于所述胶液盒内；

第一集中辊，安装在所述框架主体上，用于将经由所述第一丝束展开辊的浸有胶液的丝束进行集中；

胶液挤压机构，安装在所述框架主体上，用于将经由所述第一集中辊的浸有胶液的丝束进行挤压以挤除多余胶液；

滑动挤压机构，安装在所述框架主体上，用于将经由胶液挤压机构的丝束进一步进行滑动挤压。

可选地，所述滑动挤压机构包括本体以及设置在所述本体上的喇叭口，所述喇叭口包括口端、大口端以及位于所述小口端与大口端之间的喇叭坡面。

可选地，所述小口端所处平面与和所述喇叭口坡面的夹角为55°至65°。

可选地，所述碳纤维丝束的浸胶装置包括：

丝束缠绕架，可转动地安装在所述框架主体上，用于收集经由所述滑动挤压机构的丝束；

电机，所述电机的输出轴端设有丝束缠绕架支杆，用于与所述丝束缠绕架相连。

可选地，所述碳纤维丝束的浸胶装置包括保温套，设置在胶液盒放置平台上或套设在所述胶液盒上，用于使所述胶液盒中的胶液保持在预设温度值。

可选地，所述胶液盒的长度不小于l＝v*t，其中，v为丝束的行进速度，t为预设值，所述预设值为10s至15s。

本发明提供了一种碳纤维丝束的浸胶方法及其浸胶装置，特别适用于大丝束的碳纤维复丝(24K、50K)，可以使每个样条完全被胶液浸透，纤维所受的张力一致，表面光滑，样品条截面气孔数量极少，保证了样品制备阶段不对结果准确性产生影响，同时减小测定样品结果的CV值，提高固化效率，样品断裂截面整齐。

通过阅读说明书，本领域普通技术人员将更好地了解这些技术方案的特征和内容。

附图说明

下面通过参考附图并结合实例具体地描述本发明，本发明的优点和实现方式将会更加明显，其中附图所示内容仅用于对本发明的解释说明，而不构成对本发明的任何意义上的限制，在附图中：

图1为本发明实施例的碳纤维丝束的浸胶方法的流程示意图。

图2为本发明实施例的碳纤维丝束的浸胶装置的结构示意图。

图3为图2所示的碳纤维丝束的浸胶装置的侧视图。

图4为本发明实施例的胶液挤压机构的结构示意图。

图5为本发明实施例的滑动挤压机构的结构示意图。

图6为经由第一浸胶装置固化的样品与经由第二浸胶装置固化的样品的强度对比图。

图7为经由第一浸胶装置固化的样品与经由第二浸胶装置固化的样品的CV值对比图。

具体实施方式

如图1所示，本发明提供一种碳纤维丝束的浸胶方法，包括：

S1、在胶液盒中通过展开辊将碳纤维丝束展开，并使碳纤维丝束在胶液盒中的浸泡时间达到预设值以上；

预设值为10s至15s，优选为12s。为使碳纤维丝束在胶液盒中的浸泡时间达到预设值以上，可以通过丝束缠绕架的转速以及预设值选择相应长度的胶液盒，更具体地，丝束缠绕架通过电机带动旋转，其转速是已知的，将该转速换算成丝束的行进速度再乘以预设值就可以得到所需的胶液盒的长度了。在本发明的一个实施例中，还通过保温装置使胶液盒中的胶液保持在预设温度值，该预设温度值小于20℃，例如是15℃。如此，可以使浸胶效果更好。

S2、通过集中辊将浸有胶液的碳纤维丝束进行集中；

S3、将集中后的浸有胶液的碳纤维丝束进行挤压以挤除多余胶液；

S4、将挤压后的碳纤维丝束进行滑动挤压操作后缠绕在丝束缠绕架上。

在本发明的一个实施例中，该滑动挤压操作包括：使挤压后的碳纤维丝束滑动通过口径渐渐变小的第一喇叭口后，再滑动通过口径渐渐变大的第二喇叭口。该滑动挤压操作可以使固化后的样品表面树脂更光滑、均匀；样品截面更接近圆形。本实施例中，第一喇叭口与第二喇叭口大小相同，可以将第一喇叭口中开口较小的一端与第二喇叭口开口较小的一端相连，此时，挤压后的碳纤维丝束从第一喇叭口中开口较大的一端进入，再出第二喇叭口中开口较大的一端出去即完成了滑动挤压操作。

可选地，步骤S4之后，可以包括步骤：

S5、将缠绕在丝束缠绕架上碳纤维丝束放置在高温鼓风干燥箱内加热固化。

更具体地，该丝束缠绕架放置在一个方形铁盘内，连同铁盘一同放入固化用的高温烘箱内。由低温往高温分四个阶段进行逐步的固化；包括：

在第一阶段采用40-70℃固化30-70分钟；

在第二阶段采用80-120℃固化30-70分钟；

在第三阶段采用120-170℃固化30-70分钟；

在第四阶段采用140-180℃固化20-40分钟。

本实施例采用四段梯度升温进行固化，即40～180℃，高温鼓风干燥箱内加热3～4h，四段不同温度、不同时间的浸胶方法，由低温往高温进行逐步的固化，使稀释剂和反应过程中产生的物质挥发速度降低，减少气孔的数量，进一步保障样品结果的准确性和精确度，得到真实的纤维丝束强度、模量结果，减小结果的CV值。

如图2、图3所示，本发明还提供一种碳纤维丝束的浸胶装置，包括：包括框架主体1以及安装在框架主体1上的丝轴固定架2、第一丝束展开辊7、胶液盒放置平台6、第一集中辊9、胶液挤压机构10、滑动挤压机构20。

其中，第一丝束展开辊7至少为2个，例如是5个，用于将从所述丝轴固定架出来的丝束进行展开；本实施例中，第一丝束展开辊7位于丝轴固定架2的下方。可选地，还可以包括导辊组，安装在框架主体1上，且位于所述丝轴固定架2与第一丝束展开辊7之间，用于将丝束导向所述第一丝束展开辊7。本实施例中的导辊组包括弯钩导向辊4以及导向辊5。

胶液盒放置平台6用于放置胶液盒16，并使所述第一丝束展开辊能位于所述胶液盒内，因此，胶液盒放置平台6一般位于第一丝束展开辊的正下方；在具体实施时，为了使第一丝束展开辊7能更方便地进入到胶液盒16内，框架主体1还可以包括第一升降机构(图中未显示)与第二升降机构(图中未显示)中的至少一个；其中，所述第一升降机构用于安装所述第一丝束展开辊；所述第二升降机构用于安装所述胶液盒放置平台。在放置胶液盒16前，可将第一丝束展开辊7与胶液盒放置平台6之间的距离拉开，从而使胶液盒16能被方便地放置在胶液盒放置平台6上，然后通过第一升降机构或第二升降机构调整第一丝束展开辊与胶液盒放置平台6之间的距离，使经由第一丝束展开辊展开的丝束可以被胶液盒16中的胶液浸没。可选地，上述胶液盒16也可以与胶液盒放置平台6一体成型。

在本发明的一个实施例中，碳纤维丝束的浸胶装置包括保温套(图中未显示)，设置在胶液盒放置平台6上或套设在胶液盒16上，用于使胶液盒中的胶液保持在预设温度值，该预设温度值小于20℃，例如是15℃。如此，可以使浸胶效果更好。

胶液盒的长度不小于l＝v*t，其中，v为丝束的行进速度，t为预设值，预设值为10s至15s。更具体地，丝束缠绕架通过电机带动旋转，其转速是可以设置的，将该转速进行换算即可得到丝束的行进速度。由于丝束在胶液盒中是在第一丝束展开辊上前行的，因此，胶液盒的长度可以等于或略大于上述l值。在具体操作时，可以根据转速选择合适长度的胶液盒，也可以通过胶液盒的长度设置合适的转速。如此，可以控制丝束在树脂中的浸泡时间，保证丝束能够彻底浸透。

在选取时间预设值t时，可以通过计时，观察在不同时间下丝束的浸透效果，选取效果较好的时间值作为预设值t，也就是说，可以通过浸胶效果来确定的浸胶时间即预设值t。

第一集中辊9用于将经由所述第一丝束展开辊的浸有胶液的丝束进行集中；本实施例中，第一集中辊9位于第一丝束展开辊7的上方。

可选地，还包括第二丝束展开辊8，安装在所述框架主体上，且位于所述第一丝束展开辊7与第一集中辊9之间。一般地，多个第一丝束展开辊7可以设置在水平方向上，第二丝束展开辊8也可以为多个，沿竖直方向设置；第一丝束展开辊7位于第二丝束展开辊8的下方，使丝束低进高出。

胶液挤压机构10用于将经由所述第一集中辊的浸有胶液的丝束进行挤压以挤除多余胶液。如图4所示，本实施例中，胶液挤压机构10包括辊架21以及安装在所述辊架21上的第一辊子22和第二辊子23；弹性件24，第一端固定在所述第一辊子22上，第二端固定在所述辊架21上；所述第二辊子23位于所述第一辊子22与所述弹性件24的第二端之间。更具体地，第一辊子22和第二辊子23平行设置，弹性件24为两个，分别固定在所述第一辊子22的两端，当浸有胶液的丝束进入到第一辊子22和第二辊子23之间时，弹性件24可以发生适量形变，弹性件24可以是弹簧。需要说明的是，在本发明的另一实施中，弹性件24的第二端也可以固定在第二辊子上。

滑动挤压机构20安装在框架主体1上，用于将经由胶液挤压机构10的丝束进一步进行滑动挤压。

本实施例中，滑动挤压机构20包括本体21，本体21上设有用于安装在框架主体1上的通孔26。本体21上设有喇叭口25，喇叭口25包括小口端22、大口端23以及位于小口端22与大口端23之间的喇叭坡面24。丝束经由大口端23进入，小口端22出来。小口端22的直径可以根据丝束的粗细确定。喇叭口太大起不到挤压效果，丝束表面会有雨滴状的树脂；喇叭口太小容易伤到丝，把丝拉毛。本发明将喇叭口的小口端所处平面与和喇叭口坡面的夹角设定为55°至65°，优选为60°从而保证挤压效果。经实验表明，其他尺寸不会影响挤压效果，为了方便丝束穿过，本实施例中，喇叭口的厚度大于5mm，例如为8mm。

在本发明的另一个实施例中，本体21的上表面和下表面分别设有第一第一喇叭口与第二喇叭口，第一喇叭口与第二喇叭口相互连通，更具体地，第一喇叭口中的小口端与第二喇叭口的小口端相连通。第一喇叭口与第二喇叭口的相连处可以采用倒角设计，圆滑过渡。第一喇叭口与第二喇叭口的特征与上述喇叭口25一致，在此不再赘述。

为了更好地调节丝束张力，还可以包括张力调节机构3，与所述丝轴固定架相连，用于调节丝束张力。

为了更快更好地收集浸有还包括丝束缠绕架14，可转动地安装在所述框架主体1上，用于收集经由滑动挤压机构20的丝束；本实施例中，丝束缠绕架14上加工有凹槽来固定浸胶后的碳纤维丝束；该凹槽可以尽可能地深，避免发生由于工艺变动，丝束变粗，而使丝束溢出的现象。丝束缠绕架14采用电动方式驱动，从而使丝束在树脂中的浸泡时间保持一致，减少了人为干扰。更具体地，包括电机15，电机15的输出轴端设有丝束缠绕架支杆13，丝束缠绕架支杆13可转动地安装在框架主体1上，用于与丝束缠绕架14相连。丝束缠绕架支杆13上可以设有外螺纹，丝束缠绕架14可以与之旋合使用。通过电机带动丝束缠绕架14转动，可以使丝束在树脂中的浸泡时间保持一致，减少了人为干扰。

此外，还包括：第二集中辊11，安装在所述框架主体1上，且位于所述胶液挤压机构10与丝束缠绕架14之间；槽辊12，安装在所述框架主体1上，且位于所述第二集中辊11与丝束缠绕架14之间。

在使用本发明实施例提供的碳纤维丝束的浸胶装置，将所需要浸胶的纤维样品丝轴放置在丝轴固定架2上，使用楔形模具固定，将纤维束从丝轴一端开始，经过导辊组，即弯钩导向辊4以及导向辊5，到第一丝束展开辊7，第二丝束展开辊8，穿过第一集中辊9，到达胶液挤压机构10，经过第二集中辊11和槽辊12，到达丝束缠绕架14，用燕尾夹固定纤维的端头，调节张力机构3，同时查看各个导辊是否润滑良好，确认好上述条件后，将胶液盒放置在平台上，调节平台的高度，将丝束展开辊组7放置在胶液盒16的底部，固定好之后，将配制好的胶液倒入胶液盒16中，同时保证倒入的胶液将多个第一丝束展开辊7全部淹没，通过电机带动丝束缠绕架14就可以开始样品浸胶过程了，调整电机转速或根据电机转速选择相应长度的胶液盒，从而使丝束在胶液盒16中的浸泡时间达到为10s至15s。该装置通过使用不同的导辊，对附着有树脂的纤维束进行展开、再展开、集中、再集中，使树脂充分的进入到纤维束的内部，保证每根纤维都完全被浸透，受力均匀，保证了样品制备阶段不对结果准确性产生影响，同时减小测定样品结果的CV值，提高固化效率，样品断裂截面整齐。

本发明中通过设置电机转速以及选择胶液盒的长度从而保证浸胶时间达到预设值，通过保温套使胶液盒中的胶液保持在低温，保证浸胶效果；此外，通过滑动挤压机构完成滑动挤压操作从而使样品表面树脂更光滑。

为了进一步表明达到预设值的浸胶时间、保温套及滑动挤压机构(滑动挤压操作)对浸胶固化效果影响，通过实验数据进一步说明：

在该实验中，第一浸胶装置中浸胶时间没有进行控制，一般为8s或9s；且第一浸胶装置中不包含保温套及滑动挤压机构。第二浸胶装置中通过胶液盒长度的选择使浸胶时间达到预设值，本实施例中为12s，且第二浸胶装置中包含保温套及滑动挤压机构，保温套使胶液盒中的胶液保持低温状态，本实施例中为15℃，滑动挤压机构能在完成滑动挤压操作。

对CT-5001E1(50K)碳纤维样品分别第一浸胶装置和第二固定装置进行浸胶，浸胶结束后采用本发明提供的步骤S5进行固化，使用Zwick Z020材料试验机测定的丝束结果并进行比较。

本实施例中，取52个样品分别用第一浸胶装置和第二固定装置进行浸胶，浸胶结束后采用本发明提供的步骤S5进行固化，使用Zwick Z020材料试验机测定的丝束结果对比如图5、图6所示，可以看出，采用第二固定装置进行浸胶固化得到的样品与采用第以固定装置进行浸胶固化得到的样品，强度数值有了明显增加，且CV值明显变小。采用第二固定装置进行浸胶固化得到的样品之间的强度数值和CV值的差异也比较小。

本发明实施例提供的碳纤维丝束的浸胶方法及其浸胶装置，通过设置电机转速以及选择胶液盒的长度从而保证浸胶时间达到预设值，通过滑动挤压机构完成滑动挤压操作从而使样品表面树脂更光滑，还通过保温套使胶液盒中的胶液保持在低温，保证浸胶效果，从而增加固化后碳纤维丝束的强度数值，减小CV值。

以上参照附图说明了本发明的优选实施例，本领域技术人员不脱离本发明的范围和实质，可以有多种变型方案实现本发明。举例而言，作为一个实施例的部分示出或描述的特征可用于另一实施例以得到又一实施例。以上仅为本发明较佳可行的实施例而已，并非因此局限本发明的权利范围，凡运用本发明说明书及附图内容所作的等效变化，均包含于本发明的权利范围之内。

Claims (10)

1.一种碳纤维丝束的浸胶方法，其特征在于，包括：

S1、在胶液盒中通过展开辊将碳纤维丝束展开，并使所述碳纤维丝束在所述胶液盒中的浸泡时间达到预设值以上；

S2、通过集中辊将浸有胶液的碳纤维丝束进行集中；

S3、将集中后的浸有胶液的碳纤维丝束进行挤压以挤除多余胶液；

S4、将挤压后的碳纤维丝束进行滑动挤压操作后缠绕在丝束缠绕架上。

2.根据权利要求1所述碳纤维丝束的浸胶方法，其特征在于，所述步骤S1中，所述预设值为10s至15s。

3.根据权利要求1所述碳纤维丝束的浸胶方法，其特征在于，所述步骤S1包括：通过所述丝束缠绕架的转速以及所述预设值选择相应长度的胶液盒。

4.根据权利要求1所述碳纤维丝束的浸胶方法，其特征在于，所述步骤S1包括：通过保温装置使所述胶液盒中的胶液保持在预设温度值。

5.根据权利要求1所述碳纤维丝束的浸胶方法，其特征在于，所述步骤S4包括：使挤压后的碳纤维丝束滑动通过口径渐渐变小的第一喇叭口后，再滑动通过口径渐渐变大的第二喇叭口以完成所述滑动挤压操作。

6.一种碳纤维丝束的浸胶装置，其特征在于，包括：

框架主体；

丝轴固定架，安装在所述框架主体上；

至少两个第一丝束展开辊，安装在所述框架主体上，用于将从所述丝轴固定架出来的丝束进行展开；

胶液盒放置平台，安装在所述框架主体上，用于放置胶液盒，并使所述第一丝束展开辊能位于所述胶液盒内；

第一集中辊，安装在所述框架主体上，用于将经由所述第一丝束展开辊的浸有胶液的丝束进行集中；

胶液挤压机构，安装在所述框架主体上，用于将经由所述第一集中辊的浸有胶液的丝束进行挤压以挤除多余胶液；

滑动挤压机构，安装在所述框架主体上，用于将经由胶液挤压机构的丝束进一步进行滑动挤压。

7.根据权利要求6所述碳纤维丝束的浸胶装置，其特征在于，所述滑动挤压机构包括本体以及设置在所述本体上的喇叭口，所述喇叭口包括口端、大口端以及位于所述小口端与大口端之间的喇叭坡面。

8.根据权利要求7所述碳纤维丝束的浸胶装置，其特征在于，所述小口端所处平面与和所述喇叭口坡面的夹角为55°至65°。

9.根据权利要求6所述碳纤维丝束的浸胶装置，其特征在于，所述碳纤维丝束的浸胶装置包括保温套，设置在胶液盒放置平台上或套设在所述胶液盒上，用于使所述胶液盒中的胶液保持在预设温度值。

10.根据权利要求6所述碳纤维丝束的浸胶装置，其特征在于，所述胶液盒的长度不小于l＝v*t，其中，v为丝束缠绕的速度，t为预设值，所述预设值为10s至15s。

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