CN115990963A - 一种改良的树脂纤维复合材料拉挤成型方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种改良的树脂纤维复合材料拉挤成型方法及装置，所述拉挤成型方法包括：将树脂制成树脂膜，将纤维进行展纱得到纤维层；将树脂膜与纤维层层叠后施加压力，使树脂被压入纤维层中，得到树脂纤维的预浸料；将预浸料送入预成型模具、成型模具中进行整理固化，得到树脂纤维复合材料。本发明所述改良的树脂纤维复合材料拉挤成型方法在预处理时，将树脂制成树脂膜、将纤维展纱制成纤维层，再通过挤压方式使树脂均匀的进入纤维中，能够更精确、均匀的控制复合材料中树脂含量与分布，有助于提高树脂纤维复合材料的整体性能。

Description

一种改良的树脂纤维复合材料拉挤成型方法及装置

技术领域

本发明涉及材料技术领域，尤其涉及一种树脂纤维复合材料拉挤成型方 法及装置。

背景技术

拉挤成型工艺是纤维复合材料生产工艺中自动化程度比较高的生产工 艺。浸渍了液体树脂的纤维在牵引力的用下经过预成型模具进行整形，在经 过成型模具时在成型模具中加热固化成型，这种工艺适于生产各种等断面形 状的复合材料型材，如棒、管、实体型材、和空腔型材等。能任意切割长度， 生产效率高，基本上不产生废料，生产环境清洁。

现有的拉挤成型工艺中，常用的是湿法拉挤，纤维先经过树脂槽，在树 脂槽中浸渍树脂后，进入预成型模具后，再进入模具进行成型。但在实际生 产中，纤维集中在一起浸渍树脂，由于纤维张力的存在，很多束的纤维组成 的大丝卷在通过树脂槽浸渍树脂的时候，大丝卷内部的纤维有可能浸渍不到 树脂或者只能浸渍到少量的树脂。表现在拉挤出的复合材料内部出现干丝、 沿着横截面树脂含量不均匀或者不是理想的分布等，严重影响复合材料的性 能。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本发明提供了一种改良的树脂纤维复合材料 拉挤成型方法及装置，将树脂制成树脂膜、将纤维展纱制成纤维层，再通过 挤压方式使树脂均匀的进入纤维中，能够更精确、均匀的控制复合材料中树 脂含量与分布，有助于提高树脂纤维复合材料的整体性能。

本发明的第一方面提供了一种树脂纤维复合材料的预处理方法，包括以 下步骤：

S1，将树脂制成树脂膜，将纤维进行展纱得到纤维层；

S2，将树脂膜与纤维层层叠后施加压力，使树脂被压入纤维层中，得到 树脂纤维的预浸料。

优选的，步骤S1中树脂膜的一面设置有离型纸层，步骤S2按照纤维层 -树脂膜-离型纸层进行层叠，施加压力后剥离离型纸层，得到预浸料。

优选的，步骤S2中施加的压力不低于100N/cm。

本发明的第二方面提供了一种树脂纤维复合材料拉挤成型方法，包括以 下步骤：

S1，将树脂制成树脂膜，将纤维进行展纱得到纤维层；

S2，将树脂膜与纤维层层叠后施加压力，使树脂被压入纤维层中，得到 树脂纤维的预浸料。

S3，将预浸料送入预成型模具、成型模具中进行整理固化，得到树脂纤 维复合材料。

优选的，步骤S1中树脂膜的一面设置有离型纸层，步骤S2按照纤维层 -树脂膜-离型纸层进行层叠，施加压力后剥离离型纸层，得到预浸料。

优选的，步骤S2中施加的压力不低于100N/cm。

本发明的第三方面提供了一种用于制备树脂纤维复合材料的装置，包括 预处理装置，预处理装置包括展纱装置、放卷装置、复合装置；展纱装置用 于对纤维展纱制成纤维层；复合装置用于对层叠后的树脂膜与纤维层施压； 放卷装置用于将树脂膜展平并送入复合装置。

优选的，预处理装置还包括树脂膜制备装置、收卷装置和传送带中的一 种或多种；树脂膜制备装置用于将树脂制备为树脂膜；当树脂膜一面设置有 离型纸层时，收卷装置用于收集剥离后的离型纸；传送带用于连接各装置并 输送物料。

优选的，所述装置还包括预成型模具和成型模具，预处理模具处理得到 的预浸料依次进入预成型模具和成型模具中。

优选的，所述装置包括两组以上的预处理装置。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

本发明对树脂纤维复合材料的拉挤成型工艺预处理方法进行改良，先将 树脂预处理为树脂膜、将纤维展纱整理为纤维层，将树脂膜和经过整理后的 薄层纤维束相互重叠后经重力挤压，能使复合材料内部树脂分布均匀，提高 树脂纤维复合材料整体性能。

通过本发明提供的树脂纤维复合材料拉挤成型方法或其预处理方法，通 过控制树脂膜以及纤维层的参数，可精确控制纤维与树脂的相对比例，获得 理想的树脂分布，能够制造出局部树脂含量不一致的树脂纤维复合材料，例 如在同一型材中控制不同层的树脂膜与纤维层参数，获得一面为功能性、另 一面为结构性的复合材料，满足对复合材料的多种需求。

附图说明

图1为本发明所述用于制备树脂纤维复合材料装置的一种结构示意图；

图2为本发明所述用于制备树脂纤维复合材料装置的另一种结 构示意图；

图3为实施例3中多组预浸料的排布结构示意图；

图4为实施例4中多组预浸料的排布结构示意图；

图5为实施例5中多组预浸料的排布结构示意图；

其中，1为展纱装置，2为放卷装置，3为收卷装置，4为复合装置，5 为预成型模具，6为成型模具。

具体实施方式

下面将对本发明的技术方案进行描述。显然，所描述的实施例仅是本申 请一部分实施方式，而不是全部的实施方式。需要说明的是，基于本发明中 的这些实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本申 请保护的范围。

本发明公开了一种树脂纤维复合材料拉挤成型方法，包括以下步骤，下 述步骤中S1、S2为预处理方法，可以得到树脂纤维的预浸料。

S1，将树脂制成树脂膜，将纤维进行展纱得到纤维层①。

在本发明中，可通过胶模具将树脂制成需要规格和参数的树脂膜。在本 发明中，树脂膜的厚度可根据树脂的体积密度、复合材料中树脂与纤维相对 比例、树脂含量等参数确定；不同区域的树脂膜可以调节为不同参数，以适 应多样化的树脂纤维复合材料需求。在本发明的一些具体实施方式中，制成 的树脂膜一面设置有离型纸层②，离型纸光滑一面与树脂膜连接以便后续处 理分离离型纸；设置离型纸层有助于保护树脂膜，在S2步骤加压时树脂不 易黏连设备，减少树脂损失，确保树脂与纤维的精确配比控制。

在本发明的一些具体实施方式中，可通过展纱装置对纤维进行展纱，如 图1示出了一种展纱装置结构。未展纱的干纤维中各个单股纤维是紧贴的， 展纱装置能够将各个纤维束中的纤维展平，同时纤维也向纤维束的两侧移动， 最终各个纤维束中的纤维会变成一个复合工艺要求的纤维带，沿着宽度方向 上纤维的分布是均匀的。

S2，得到树脂膜和纤维层后，本发明将树脂膜与纤维层层叠得到“树脂 膜-纤维层”层叠物，向层叠物施加压力，使树脂被压入纤维层中，得到树脂 纤维的预浸料④。

在本发明的一些具体实施方式中，为了进一步提高树脂浸入纤维的效率， 可以采取多次施压和/或加热施压等方式；高温有助于树脂进入纤维之间的空 隙，加热温度可根据树脂的流变曲线确定，例如选择粘度开始变平稳的温度 区间。在本发明的一些具体实施方式中，采用带有压辊的复合装置对层叠后 的树脂膜+纤维层进行施压，加热施压可通过加热压辊的方式实现。在本发 明中，所述施加压力的压力通常不低于100N/cm。在一些具体实施方式中， 施加的压力为100-160N/cm。

在本发明的一些具体实施方式中，当树脂膜为卷状或非平整状态时，为 了确保树脂膜与纤维层平整、准确的层叠，采用放卷装置对树脂膜进行输送， 放卷装置在输送树脂膜时可提供一定张力使树脂膜绷直，树脂膜变为平整、 无褶皱的非自由状态，以进一步实现精确控制树脂与纤维含量。

在本发明的一些具体实施方式中，当树脂膜一面还设置有离型纸层时， 则按照“纤维层-树脂膜-离型纸层”的顺序进行层叠得到层叠物，施加压力后 剥离离型纸层，得到树脂纤维的预浸料③。在本发明的一些具体实施方式中， 当树脂膜一面还设置有离型纸层时，为了方便收集剥离后的离型纸，可以设 置收卷装置，收卷装置可将剥离后的离型纸⑤收紧成卷。

S3，得到树脂渗入纤维的预浸料后，将预浸料送入预成型模具、成型模 具中进行整理固化，得到树脂纤维复合材料。

在本发明中，预浸料通过一定路线输送至预成型模具中，组合、整形成 需要纤维端面的预成型物料，预成型物料进入成型模具中不发生滑动。在本 发明的一些具体实施方式中，当树脂纤维复合材料需要局部树脂与纤维不同 的结构时，可将多种不同配比的预浸料按照需要的方式送入预成型模具中整 形。

在本发明中，成型模具可通过加热使预成型物料中的树脂固化，得到目 标树脂纤维复合材料，复合材料被远端的牵引机以固定速率从成型模具中拉 出可实现连续生产。

如图1、图2所示，本发明还提供了一种适用于上述树脂纤维复合材料 拉挤成型方法的制备装置，包括预处理装置，预处理装置包括展纱装置1、 放卷装置2、复合装置4，还可以包括树脂膜制备装置、收卷装置3和传送 带中的一种或多种；所述制备装置还可以包括预成型模具5和成型模具6。

在本发明中，展纱装置1用于对纤维展纱制成纤维层，用于将纤维束中 的纤维展平，使纤维层中的纤维沿宽度方向均匀分布；本发明展纱装置可以 采用已知的展纱结构，可以是一排圆柱静态滑动结构，也可以是一排圆柱中 有部分圆柱可以震动的形式，也可以是二者的组合。

在本发明中，放卷装置2用于将树脂膜展平并送入复合装置4。当树脂 膜为卷状或非平整状态时，为了确保树脂膜与纤维层平整、准确的层叠，采 用放卷装置2对树脂膜进行输送，放卷装置2在输送树脂膜时可提供一定张 力使树脂膜绷直，树脂膜变为平整、无褶皱的非自由状态，以进一步实现精 确控制树脂与纤维含量。

在本发明中，复合装置4用于对层叠后的树脂膜与纤维层施压；在本发 明的一些具体实施方式中，复合装置4为带有压辊的装置，例如带有多组压 辊的装置、或压辊可加热的装置。

在本发明中，树脂膜制备装置用于将树脂制备为树脂膜；树脂膜的厚度 可根据树脂的体积密度、复合材料中树脂与纤维相对比例、树脂含量等参数 确定；不同区域的树脂膜可以调节为不同参数，以适应多样化的树脂纤维复 合材料需求。

在本发明中，当树脂膜一面设置有离型纸层时，可增加收卷装置3，收 卷装置3可将剥离后的离型纸收集成卷。

在本发明中，传送带用于连接各个装置进行物料传送。

在本发明中，预成型模具5用于组合、整形成需要纤维端面的预成型物 料，预成型物料进入成型模具中不发生滑动。

在本发明中，成型模具6可对预成型物料进行加热，使树脂固化，得到 目标树脂纤维复合材料。如需生产连续的复合材料，可在装置远端设置的牵 引机，以固定速率将树脂纤维复合材料从成型模具中拉出实现连续生产。

在本发明的一些优选实施方式中，本装置可包括多组预处理装置(图2)， 本装置可通过不同组的预处理装置获得不同规格的树脂膜和纤维的预浸料， 可以做出局部不一样树脂含量的型材，达到理想的树脂分布。

在本发明的一些具体实施方式中，本装置可仅包括预处理装置，以便与 其他现有设备或生产线配合使用。

下面结合实施例对本发明提供的技术方案进行详细的说明，但是不能把 它们理解为对本发明保护范围的限定。下列实施例中未注明具体条件的实验 方法，通常按照常规条件，或按照制造厂商所建议的条件。

实施例1

如图1所示，适用于本发明所述树脂纤维复合材料拉挤成型方法的制备 装置，包括预处理装置、预成型模具5和成型模具6；预处理装置包括展纱 装置1、放卷装置2、收卷装置3、复合装置4和传送带。展纱装置1用于对 纤维展纱制成纤维层；放卷装置2用于将树脂膜展平并送入复合装置4；复 合装置4为带有多组压辊的装置，用于对层叠后的树脂膜与纤维层施压；收 卷装置3用于将剥离后的离型纸收集成卷；传送带用于连接各个装置进行物料传送；预成型模具5用于组合、整形成需要纤维端面的预成型物料，预成 型物料进入成型模具中不发生滑动；成型模具6可对预成型物料进行加热， 使树脂固化，得到目标树脂纤维复合材料。装置远端设有牵引机，以固定速 率从成型模具中拉出进行连续生产。

使用时，将纤维送入展纱装置1进行展纱，得到纤维层①；将树脂制备 成树脂膜并在一面设有离型纸层，得到带有离型纸层的树脂膜②。利用放卷 装置2将带有离型纸层的树脂膜②展平输送入复合装置4中、同时将纤维层 ①送入复合装置4中，形成“纤维层-树脂膜-离型纸层”层叠物，复合装置 4对上述层叠物施加压力，使树脂压入纤维中，得到树脂纤维的预浸料④并 剥离离型纸层。复合装置4输出预浸料④和离型纸层⑤，收卷装置5收集离型纸层⑤，预浸料④依次送入预成型模具5和成型模具6，得到树脂纤维复 合材料⑥。

实施例2

如图2所示，适用于本发明所述树脂纤维复合材料拉挤成型方法的制备 装置，包括3组平行的预处理装置、预成型模具5和成型模具6；每组预处 理装置包括展纱装置1、放卷装置2、收卷装置3、复合装置4和传送带。展 纱装置1用于对纤维展纱制成纤维层；放卷装置2用于将树脂膜展平并送入 复合装置4；复合装置4为带有多组压辊的装置，用于对层叠后的树脂膜与 纤维层施压；收卷装置3用于将剥离后的离型纸收集成卷；传送带用于连接各个装置进行物料传送；预成型模具5用于组合、整形成需要纤维端面的预 成型物料，预成型物料进入成型模具中不发生滑动；成型模具6可对预成型 物料进行加热，使树脂固化，得到目标树脂纤维复合材料。装置远端设有牵 引机，以固定速率从成型模具中拉出进行连续生产。

使用时，将纤维送入展纱装置1进行展纱，得到纤维层①；将树脂制备 成树脂膜并在一面设有离型纸层，得到带有离型纸层的树脂膜②。利用放卷 装置2将带有离型纸层的树脂膜②展平输送入复合装置4中、同时将纤维层 ①送入复合装置4中，形成“纤维层-树脂膜-离型纸层”层叠物，复合装置 4对上述层叠物施加压力，使树脂压入纤维中，得到树脂纤维的预浸料④并 剥离离型纸层。

复合装置4输出预浸料④和离型纸层⑤，收卷装置5收集离型纸层⑤， 组预处理装置可制备树脂与纤维不同比例的预浸料，多个预浸料按照一定规 律在预成型模具5中进行整形排布，共同送入成型模具6进行加热固化，得 到树脂纤维复合材料⑥。

实施例3

1、目标树脂纤维复合材料规格

尺寸：50mm*5mm，纤维体积含量：65％；

原料：纤维碳纤维48K，环氧型树脂(体积密度：1.15g/cm³)。

2、制备方法

经计算和分析，制备目标树脂纤维复合材料需要的纤维束根数为92根， 计划分4层进入模具，则每层纤维为23束；复合材料树脂所占的面积为 87.5mm²，则需要五层树脂膜，总体铺层如图3所示，5层的截面积比为： 1:2:2:2:1。既分别占的复合材料截面积为11mm²、22mm²、22mm²、22mm²、 11mm²，树脂膜的厚度分别为0.22mm、0.44mm、0.44mm、0.44mm、0.22mm。 根据树脂的密度所需要的树脂膜的面密度分别为253g/m²和506g/m²。考虑 到树脂内可能微气泡的影响。树脂胶膜的面密度可以增加5％，既取265g/m²和530g/m²。

利用如实施例1所示的装置进行制备：按照上述计算结果制备树脂膜， 按照50mm的尺寸进行分切。每一组树脂膜和纤维制备为一组预浸料，5组 预浸料送入预成型模具5并按图3所示排列，再送入成型模具加热固化，得 到树脂纤维复合材料1。

实施例4

1、目标树脂纤维复合材料规格

尺寸：60mm*4mm，纤维体积含量：要求一面纤维的体积含量为65％， 另一面的纤维的体积含量为50％；

原料：纤维碳纤维48K，环氧型树脂(体积密度：1.15g/cm³)。

2、制备方法

由于封板不厚，在厚度方向上分两个区域的纤维体积含量区域。0-2mm 的纤维体积含量设定为65％，2-4mm的纤维体积含量设定为50％。经计算， 如图4所示，0-2mm区域纤维束为44股，分两层排列；2-4mm区域纤维束 为34股，分两层排列。参考实施例3的计算方式，0-2mm区域内三层树脂 膜的厚度分别为：0.18mm、0.36mm和0.18mm。2-4mm区域内三层树脂膜 的厚度分别为0.25mm、0.5mm和0.25mm。所有铺层共6层树脂膜。但第3、 4层树脂可以进行合并。这样就形成了5层树脂膜，厚度分别是0.18mm、 0.36mm、0.43mm、0.5mm和0.25mm。相应的树脂膜面重分贝是：207g/m²、 415g/m²、495g/m²、575g/m²和288g/m²。考虑到树脂内可能微气泡的影响。 树脂胶膜的面密度可以增加5％，既取220g/m²、435g/m²、520g/m²、605g/m²和302g/m²。

利用如实施例2所示的装置进行制备：按照上述计算结果制备树脂膜， 按照60mm的尺寸进行分切。每一组树脂膜和纤维制备为一组预浸料，5组 预浸料送入预成型模具5并按图4所示排列，再送入成型模具加热固化，得 到树脂纤维复合材料2。

实施例5

1、目标树脂纤维复合材料规格

尺寸：80mm*3mm，纤维体积含量：厚度为0-2mm范围内纤维体积含 量为65％，2-3mm范围内纤维体积含量为50％；

原料：玻璃纤维为2400tex；树脂：0-2mm范围内为邻苯型树脂，体积 密度：1.05g/cm³。：2-3mm范围内为乙烯基型树脂，体积密度：1.05g/cm³。

2、制备方法

0-2mm区域纤维束为111股，分三层排列；2-3mm区域纤维束为42股， 分两层排列，各层铺层排布如图5所示。参考实施例3的计算方式，0-2mm 区域内三层树脂膜的厚度分别为：0.12mm、0.24mm、0.24mm和0.12mm。 2-3mm区域内三层树脂膜的厚度分别为0.12mm、0.25mm和0.12mm。所有 铺层共7层树脂膜。考虑减少邻苯型树脂对乙烯基型树脂性能的影响。相邻 的邻苯型和乙烯基型的树脂膜可以进行合并成乙烯基型。这样就形成了6层 树脂膜，厚度分别是0.12mm、0.24mm、0.24mm、0.24mm、0.25mm和0.12mm。 相应的树脂膜面重分贝是：126g/m²、252g/m²、252g/m²、252g/m²、131g/m²和126g/m²。考虑到树脂内可能微气泡的影响和减少树脂膜面重的规格，树 脂胶膜的面密度可以增加5％，既取132g/m²、265g/m²、265g/m²、265g/m²、 265g/m²和132g/m²。既邻苯型树脂膜面重为132g/m²的一层，面重为265g/m²的为2层。乙烯基型树脂膜面重为132g/m²的一层，面重为265g/m²的为2 层。

利用如实施例3所示的装置进行制备：按照上述计算结果制备树脂膜， 按照80mm的尺寸进行分切。每一组树脂膜和纤维制备为一组预浸料，5组 预浸料送入预成型模具5并按图5所示排列，再送入成型模具加热固化，得 到树脂纤维复合材料3。树脂纤维复合材料3是一种一面为功能性、另一面 为结构性的复合材料，邻苯树脂为结构材料，乙烯基树脂为防腐蚀树脂，能 够满足对复合材料的多种需求。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普 通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润 饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种树脂纤维复合材料的预处理方法，包括以下步骤：

S1，将树脂制成树脂膜，将纤维进行展纱得到纤维层；

S2，将树脂膜与纤维层层叠后施加压力，使树脂被压入纤维层中，得到树脂纤维的预浸料。

2.根据权利要求1所述的预处理方法，其特征在于，步骤S1中，树脂膜的一面设置有离型纸层，步骤S2按照纤维层-树脂膜-离型纸层进行层叠，施加压力后剥离离型纸层，得到预浸料。

3.根据权利要求1所述的预处理方法，其特征在于，步骤S2中，施加的压力不低于100N/cm。

4.一种改良的树脂纤维复合材料拉挤成型方法，其特征在于，包括权利要求1-3任意一项所述的预处理方法，和下述步骤：

S3，将预浸料送入预成型模具、成型模具中进行整理固化，得到树脂纤维复合材料。

5.一种用于制备树脂纤维复合材料的装置，其特征在于，包括预处理装置，预处理装置包括展纱装置、放卷装置、复合装置；

展纱装置用于对纤维展纱制成纤维层；

复合装置用于对层叠后的树脂膜与纤维层施压；

放卷装置用于将树脂膜展平并送入复合装置。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，预处理装置还包括树脂膜制备装置、收卷装置和传送带中的一种或多种；

树脂膜制备装置用于将树脂制备为树脂膜；

当树脂膜一面设置有离型纸层时，收卷装置用于收集剥离后的离型纸；

传送带用于连接各装置并输送物料。

7.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述装置还包括预成型模具和成型模具，预处理模具处理得到的预浸料依次进入预成型模具和成型模具中。

8.根据权利要求5或7所述的装置，其特征在于，所述装置包括两组以上的预处理装置。

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