CN111823439A - 一种自动铺丝用超薄超软预浸丝束的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明是一种自动铺丝用超薄超软预浸丝束的制备方法，所述预浸丝束是环氧树脂基或双马树脂基碳纤维增强预浸料，其特征在于：该方法是在宽幅超薄超软的预浸丝束分切之前，在预浸丝束的下表面附着一层与预浸丝束能够粘接的硬挺材料膜，在切刀对预浸丝束进行分切时连同起支撑作用的材料膜一同进行分切，对分切后的预浸丝束进行自动缠绕收卷，对分切后的材料膜也通过废料自动收卷进行废料收集。本发明中的方法可得到高边缘质量和高宽度精度的预浸丝束，排除预浸料过薄过软对分切造成的不良影响。

Description

一种自动铺丝用超薄超软预浸丝束的制备方法

技术领域

本发明是一种自动铺丝用超薄超软预浸丝束的制备方法，属于预浸料制备技术。

背景技术：

预浸料自动铺丝成型技术以宽度较窄的单向预浸丝束为原料在特定形状模具表面进行铺放。高质量、高精度、高可靠性和高效率等优点使预浸料自动铺丝成型技术在航空航天领域中得到了越来越广泛的应用。自动铺丝成型技术所用的单向预浸丝束的制备方法主要有直接热熔法和分切法。由于自动铺丝用的预浸丝束的宽度一般较小，直接热熔法受限于边际影响，其含胶量以及宽度难以得到精确地控制，此外其生产效率也较低，难以满足自动铺丝成型技术的大规模应用。而分切法能够较好的控制预浸丝束的含胶量和精度，是主要制备预浸丝束的工艺方法。

对宽幅预浸料的分切过程中主要存在以下几个难点：预浸料中纤维单向排列，90°方向的结合能力较差，受到不规则外力的作用下容易发生劈裂、变形等问题；预浸料中的树脂处于未固化的状态，根据树脂组分及制备工艺的不同，预浸料的物理性能也会有较大差异，分切设备的通用工艺参数难以满足所有预浸料的分切要求。通过对预浸料分切过程进行试验和研究分析，发现预浸料的硬挺度是影响预浸料分切质量的关键因素。超薄超软预浸料硬挺度较低，预浸料硬挺度的试验方法是取50cm预浸丝束，在室温环境下对称悬挂在不锈钢金属挂钩或其它光滑挂钩上，静置2min后，如果悬挂点下方6cm处预浸丝束两边之间的水平距离小于10cm时，就认为该预浸料硬挺度较低，属于超薄超软预浸料。超薄超软预浸料使得分切设备的通用工艺参数难以直接用于该类预浸料的分切。普通的背衬材料在分切时难以对该类预浸料提供足够的支撑作用，使得该类宽幅预浸料在受到切刀的压力时极易发生变形，从而导致预浸料在分切过程中产生纤维拉扯、褶皱，造成铺丝用料边缘出现断丝、劈丝等缺陷以及预浸丝束宽度精度的下降，甚至会出现宽幅预浸料无法完全分切开的情况。并且随着分切距离的增加，分切效果会急剧下降。而为了保障超薄超软预浸料丝束的工艺适应性和固化之后复合材料制件的性能，应保持预浸料本身现有的理化性能及状态。在不改变预浸料本身工艺性能的基础上，若要得到良好的分切效果，则急需对超薄超软预浸料的高质量和高精度分切工艺进行改进及优化。

发明内容：

本发明正是针对上述现有技术状况而提供了一种自动铺丝用超薄超软预浸丝束的制备方法，其目的是为超薄超软预浸料提供一种可得到高质量和高精度预浸丝束的制备方法。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

该种自动铺丝用超薄超软预浸丝束的制备方法是在宽幅超薄超软的预浸丝束分切之前，在预浸丝束的下表面附着一层与预浸丝束能够粘接的硬挺材料膜，在切刀对预浸丝束进行分切时连同起支撑作用的材料膜一同进行分切，对分切后的预浸丝束进行自动缠绕收卷，对分切后的材料膜也通过废料自动收卷进行废料收集。所述预浸丝束是环氧树脂基或双马树脂基碳纤维增强预浸料。

在一种实施中，所述宽幅超薄超软预浸料的幅宽超过1000mm。

在一种实施中，在切刀对预浸丝束进行分切前，用冷却辊对预浸丝束进行降温，以提高预浸丝束在分切时的硬挺度。目的在于在预浸丝束通过冷却辊后通过降低预浸丝束的温度来提高宽幅超薄超软的预浸丝束的硬挺度，使超薄超软的预浸丝束在经过切刀时能够较容易的被切开。

在一种实施中，用张力调节辊调节预浸丝束在分切和缠绕收卷时的张力，使预浸丝束在分切时的张力大于缠绕收卷时的张力。

在一种实施中，所述硬挺材料膜为聚酯膜、聚氨酯膜材料。目的在于对硬挺度难以满足分切要求的预浸丝束提供支撑作用，同时对预浸丝束起到隔离和保护作用。

在一种实施中，所述的冷却辊包括内部通有冷却水或冷却液的一个或多个辊轴。

在一种实施中，所述的张力调节辊为可独立调节转速的一个或多个辊轴。通过配合设备上放卷轴和牵引轴的张力及转速来分段调节预浸丝束在分切时及收卷时的张力，因宽幅超薄超软的预浸丝束在张力较大时较容易被切开，而分切后得到的超薄超软的预浸丝束在持续承受较大张力的情况下容易发生褶皱、扭曲等现行，故对分切和收卷过程中的张力进行分段调节，使得宽幅预浸丝束可在以较大的张力进行分切，而同时分切后的预浸丝束能以较小的张力进行收卷，在使超薄超软的预浸丝束较容易被切开的同时避免因张力过大而导致超薄超软的预浸丝束发生褶皱、扭曲的情况。

在一种实施中，该制备方法进一步采取如下技术措施：

在切刀对预浸丝束进行分切前，用冷却辊对预浸丝束进行降温，以提高预浸丝束在分切时的硬挺度；

用张力调节辊调节预浸丝束在分切和缠绕收卷时的张力，使预浸丝束在分切时的张力大于缠绕收卷时的张力；

所述硬挺材料膜为聚酯膜、聚氨酯膜材料。

本发明技术方案的特点及有益效果如下：

(1)制备方法简单：本方法在传统分切法的基础上进行适当的改进和优化，原有设备仪器仍可以继续使用。

(2)不影响预浸料本身的性能：本方法所采用的改进手段均以不影响预浸料本身的理化性能为前提，在不影响预浸料本身的性能解决超薄超软预浸料的分切问题。

(3)对预浸料提供额外的保护作用：本方法使用的支撑材料与预浸料具有合适的粘接性，不仅在分切过程中对材质较软的预浸料提供一定程度的支撑，减少预浸料的变形，且在分切过程中不与预浸料产生滑移，减少分切过程中因预浸料过薄过软而导致的预浸丝束扭曲、褶皱、劈丝断丝等现象，分切后得到的预浸丝束可满足常规自动铺丝设备的需求，提高超薄超软预浸料的分切效率及宽度精度，同时对预浸料表面提供一定的保护作用。

(4)张力分段可控：本方法在分切及收卷过程中的张力可进行分段调节，即能以较大的张力进行分切的同时可以较小的张力对完成分切的超薄超软预浸丝束进行收卷，避免收卷过程中因张力较大使预浸丝束发生扭曲等情况。

具体实施方式

以下将结合实施例对本发明技术方案作进一步地详述：

实施例1：

选用聚酯膜作为支撑材料对宽幅预浸料进行支撑，聚酯膜和宽幅预浸料共同经过分切机的牵引辊，在牵引辊的压力下预浸料和聚酯膜粘合在一起，使得两者之间不发生滑移。宽幅预浸料经过自动放卷装置、牵引装置进入切刀进行分切，分切速率为12m/min，张力设定为最大张力的40％，分切得到的预浸丝束进行自动缠绕收卷。经过光学显微镜和宽度测量仪的观测，预浸丝束边缘整齐，无明显断丝和劈丝缺陷，宽度精度符合要求。

实施例2：

宽幅预浸料经过自动放卷装置、牵引装置进入切刀之前，使用通用冷却水的冷却辊对预浸料表面进行降温，使预浸料表面温度降低到15℃。降温后的宽幅预浸料经过切刀进行分切，分切速率为15m/min，张力设定为最大张力的40％，分切得到的预浸丝束进行自动缠绕收卷。经过光学显微镜和宽度测量仪的观测，预浸丝束边缘整齐，无明显断丝和劈丝缺陷，宽度精度符合要求。

实施例3：

选用聚酯膜作为支撑材料对宽幅预浸料进行支撑，聚酯膜和宽幅预浸料共同经过分切机的牵引辊，在牵引辊的压力下预浸料和聚酯膜粘合在一起，使得两者之间不发生滑移。宽幅预浸料经过自动放卷装置、牵引装置进入切刀之前，使用通用冷却液的冷却辊对预浸料表面进行降温，使预浸料表面温度降低到15℃。降温后的宽幅预浸料经过切刀进行分切，分切速率为15m/min，分切前段张力设定为最大张力的50％，设置张力调节辊，使得收卷段张力约为最大张力的30％～40％，分切得到的预浸丝束进行自动缠绕收卷。经过光学显微镜和宽度测量仪的观测，预浸丝束边缘整齐，无明显断丝和劈丝缺陷，宽度精度符合要求。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，所属领域的普通技术人员应当理解，参照上述实施例可以对本发明的具体实施方式进行修改或等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换均在申请待批的权利要求保护范围之内。

Claims (8)

1.一种自动铺丝用超薄超软预浸丝束的制备方法，所述预浸丝束是环氧树脂基或双马树脂基碳纤维增强预浸料，其特征在于：该方法是在宽幅超薄超软的预浸丝束分切之前，在预浸丝束的下表面附着一层与预浸丝束能够粘接的硬挺材料膜，在切刀对预浸丝束进行分切时连同起支撑作用的材料膜一同进行分切，对分切后的预浸丝束进行自动缠绕收卷，对分切后的材料膜也通过废料自动收卷进行废料收集。

2.根据权利要求1所述的自动铺丝用超薄超软预浸丝束的制备方法，其特征在于：所述宽幅超薄超软预浸料的幅宽超过1000mm。

3.根据权利要求1所述的自动铺丝用超薄超软预浸丝束的制备方法，其特征在于：在切刀对预浸丝束进行分切前，用冷却辊对预浸丝束进行降温，以提高预浸丝束在分切时的硬挺度。

4.根据权利要求1所述的自动铺丝用超薄超软预浸丝束的制备方法，其特征在于：用张力调节辊调节预浸丝束在分切和缠绕收卷时的张力，使预浸丝束在分切时的张力大于缠绕收卷时的张力。

5.根据权利要求1所述的自动铺丝用超薄超软预浸丝束的制备方法，其特征在于：所述硬挺材料膜为聚酯膜、聚氨酯膜材料。

6.根据权利要求3所述的自动铺丝用超薄超软预浸丝束的制备方法，其特征在于：所述的冷却辊包括内部通有冷却水或冷却液的一个或多个辊轴。

7.根据权利要求4所述的自动铺丝用超薄超软预浸丝束的制备方法，其特征在于：所述的张力调节辊为可独立调节转速的一个或多个辊轴。

8.根据权利要求1所述的自动铺丝用超薄超软预浸丝束的制备方法，其特征在于：该制备方法进一步采取如下技术措施：

在切刀对预浸丝束进行分切前，用冷却辊对预浸丝束进行降温，以提高预浸丝束在分切时的硬挺度；

用张力调节辊调节预浸丝束在分切和缠绕收卷时的张力，使预浸丝束在分切时的张力大于缠绕收卷时的张力；

所述硬挺材料膜为聚酯膜、聚氨酯膜材料。