CN116551889A - 一种纤维预浸料的铺贴方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于纤维复合材料成型技术领域，提供了一种纤维预浸料的铺贴方法，包括以下步骤：（1）将纤维铺设到树脂膜上，得到纤维预浸料；（2）采用压辊将所述步骤（1）得到的纤维预浸料铺贴到模具表面，完成铺贴；所述压辊由4~12个单元压辊组成；所述单元压辊的直径为20~60mm，单元压辊的长度为10~40mm。本发明通过采用由多个单元压辊组成的压辊铺贴纤维预浸料，同时控制单元压辊的直径和长度，实现了纤维预浸料的快速、精细铺贴，且不需要使用铺丝机，成本较低。实施例的结果显示，本发明提供的铺贴方法的铺贴效率为85~95%，铺贴误差为±1mm，铺贴速度为20~40cm/min。
Description
技术领域
本发明涉及纤维复合材料成型技术领域，尤其涉及一种纤维预浸料的铺贴方法。
背景技术
在航空航天领域，由于复合材料的轻质高强等优良特性，其使用越来越广泛。传统上，制作复合材料是通过手工方式，将高性能纤维预浸料铺贴在模具内表面，然后经过模压或热压罐或其它成型方式，固化成高性能复合材料。然而，手工铺贴存在产品质量一致性较差、工作效率较低的缺点。另外，也可将预浸料纤维丝束通过铺丝机进行铺贴，铺丝机通常需要从国外进口，设备的自动化程度较高，但价格昂贵。因此，亟需一种铺贴效率高、铺贴效果好且成本低的铺贴方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种纤维预浸料的铺贴方法，本发明提供的铺贴方法铺贴效果好、铺贴效率高，且不需要使用铺丝机，成本较低。
为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：
本发明提供了一种纤维预浸料的铺贴方法，包括以下步骤：
（1）将纤维铺设到树脂膜上，得到纤维预浸料；
（2）采用压辊将所述步骤（1）得到的纤维预浸料铺贴到模具表面，完成铺贴；所述压辊由4~12个单元压辊组成；所述单元压辊的直径为20~60mm，单元压辊的长度为10~40mm。
优选地，所述步骤（1）中的纤维包括碳纤维、玻璃纤维、超高分子量聚乙烯纤维或芳纶纤维。
优选地，所述步骤（1）中的树脂膜包括环氧树脂膜、聚酯树脂膜、酚醛树脂膜或乙烯基酯树脂膜。
优选地，所述步骤（1）中树脂膜的厚度为0.05~0.8mm。
优选地，所述步骤（1）中纤维预浸料的厚度为0.05~2.5mm。
优选地，所述步骤（1）中纤维的铺设方向为0°、-45°、+45°和90°中的一种或几种。
优选地，所述步骤（2）中压辊的行进速度为20~40cm/min，压辊的正压力为50~1000Pa。
优选地，所述步骤（1）中铺设的温度和所述步骤（2）中铺贴的温度独立地为40~60℃。
优选地，所述步骤（2）中单元压辊为柔性结构。
本发明提供了一种纤维预浸料的铺贴方法，包括以下步骤：（1）将纤维铺设到树脂膜上，得到纤维预浸料；（2）采用压辊将所述步骤（1）得到的纤维预浸料铺贴到模具表面，完成铺贴；所述压辊由4~12个单元压辊组成；所述单元压辊的直径为20~60mm，单元压辊的长度为10~40mm。本发明通过采用由多个单元压辊组成的压辊铺贴纤维预浸料，同时控制单元压辊的直径和长度，实现了纤维预浸料的快速、精细铺贴，且不需要使用铺丝机，成本较低。实施例的结果显示，本发明提供的铺贴方法的铺贴效率为85~95%，铺贴误差为±1mm，铺贴速度为20~40cm/min。
附图说明
图1为本发明中纤维预浸料的结构示意图；
图2为本发明采用的压辊的剖面图；
图3为本发明提供的纤维预浸料的铺贴方法的过程示意图；
其中，100-不粘涂层；200-单元压辊；300-压辊的轴；400-纤维预浸料；500-纤维铺设方向；600-模具；700-单元压辊。
具体实施方式
本发明提供了一种纤维预浸料的铺贴方法，包括以下步骤：
（1）将纤维铺设到树脂膜上，得到纤维预浸料；
（2）采用压辊将所述步骤（1）得到的纤维预浸料铺贴到模具表面，完成铺贴；所述压辊由4~12个单元压辊组成；所述单元压辊的直径为20~60mm，单元压辊的长度为10~40mm。
本发明将纤维铺设到树脂膜上，得到纤维预浸料。
本发明对所述铺设的方式没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的铺设方式即可。在本发明中，所述铺设所用设备优选为压辊。
在本发明中，所述铺设的温度优选为40~60℃。本发明优选在上述温度范围内将纤维铺设到树脂膜上，使树脂膜具有一定的粘度，有利于纤维的粘附。
在本发明中，所述铺设的正压力优选为50~1000Pa，更优选为100~800Pa。
在本发明中，所述纤维的铺设方向优选为0°、-45°、+45°和90°中的一种或几种，更优选为-45°、+45°和90°中的一种或几种。
在本发明中，所述纤维优选包括碳纤维、玻璃纤维、超高分子量聚乙烯纤维或芳纶纤维，更优选为碳纤维或玻璃纤维。在本发明的具体实施方式中，所述碳纤维优选为T300碳纤维3K连续丝束；所述玻璃纤维优选为1200tex玻璃纤维连续丝束；所述芳纶纤维优选为芳纶1313纤维。本发明对所述纤维的来源没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的市售产品即可。
在本发明中，所述树脂膜优选包括环氧树脂膜、聚酯树脂膜、酚醛树脂膜或乙烯基酯树脂膜，更优选为环氧树脂膜或聚酯树脂膜。在本发明中，所述环氧树脂膜优选为环氧热固性树脂膜。本发明对所述树脂膜的来源没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的市售产品即可。
在本发明中，所述树脂膜的厚度优选为0.05~0.8mm，更优选为0.1~0.5mm。
在本发明中，所述纤维预浸料的厚度优选为0.05~2.5mm，更优选为0.15~2.0mm。
图1为本发明中纤维预浸料的结构示意图，纤维预浸料中纤维以一定的方向铺设在树脂膜表面；图1中，400为纤维预浸料，500为纤维铺设方向。
得到纤维预浸料后，本发明采用压辊将所述纤维预浸料铺贴到模具表面，完成铺贴。本发明通过采用压辊铺贴纤维预浸料，实现了纤维预浸料的快速、精细铺贴，且不需要使用铺丝机，成本较低。
在本发明中，所述压辊由4~12个单元压辊组成，优选为6~10个。本发明通过采用由多个单元压辊构成的压辊进行铺贴，实现了纤维预浸料的快速、精细铺贴。
在本发明中，所述单元压辊的直径为20~60mm，优选为30~50mm，更优选为40~50mm。本发明通过采用直径在上述范围内的单元压辊，使得纤维预浸料能够很好的贴合模具，从而实现纤维预浸料的快速、精细铺贴。
在本发明中，所述单元压辊的长度为10~40mm，优选为20~36mm，更优选为28~36mm。本发明通过采用长度在上述范围内的单元压辊，使得纤维预浸料能够很好的贴合模具，从而实现纤维预浸料的快速、精细铺贴。
图2为本发明所用压辊的剖面图，图2中，100为不粘涂层，200为单元压辊，300为压辊的轴。可以看出，本发明所采用的压辊由多个单元压辊组成。
在本发明中，所述压辊的行进速度优选为20~40cm/min，更优选为20~35cm/min。本发明优选将所述压辊的行进速度控制在上述范围内，有利于精细铺贴。
在本发明中，所述压辊的正压力优选为50~1000Pa，更优选为100~800Pa。本发明优选将所述压辊的正压力控制在上述范围内，有利于精细铺贴。
在本发明中，所述铺贴的温度优选为40~60℃。本发明优选在上述温度范围内进行铺贴，该温度下树脂膜具有一定的粘度，能够起到动态粘附的作用，防止纤维滑移。
在本发明中，所述单元压辊优选为柔性结构；所述单元压辊的轴的材质优选为硅胶；所述单元压辊的表面的材质优选包括无纺布、网格布或薄膜。本发明采用具有柔性结构的单元压辊，有利于将纤维预浸料压向模具凹坑处并贴合，同时具有压力范围自适应调节的优点，使压力具有一定范围，还具有使压力成一覆盖面的优点，从而覆盖一定范围的薄膜。
在本发明中，所述单元压辊的表面优选涂有不粘涂层；所述不粘涂层的材质优选为聚四氟乙烯。
图3为本发明提供的纤维预浸料的铺贴方法的过程示意图，图3中，400为纤维预浸料；600为模具；700为单元压辊。本发明通过采用由多个单元压辊构成的压辊，将纤维预浸料成功铺贴到了模具表面。
完成铺贴后，本发明优选将所述模具进行合模，然后依次进行固化、开模、打磨、上腻子、补胶和抛光，得到纤维树脂复合材料。
在本发明中，所述固化的温度优选120~150℃；所述固化的时间优选60-120min；所述固化的设备优选为热压机或热压罐。
本发明通过采用由多个单元压辊组成的压辊铺贴纤维预浸料，同时控制单元压辊的直径和长度，实现了纤维预浸料的快速、精细铺贴，且不需要使用铺丝机，成本较低。
下面将结合本发明中的实施例，对本发明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。
实施例1
（1）采用压辊将T300碳纤维3K连续丝束在40℃下按照-45°的铺设方向铺设到厚度为0.1mm的环氧热固性树脂膜上，得到厚度为2.0mm的纤维预浸料；其中，铺设的正压力为400Pa；
（2）在40℃下，采用压辊将步骤（1）得到的纤维预浸料铺贴到模具表面，完成铺贴；其中，压辊由6个单元压辊组成，单元压辊的直径为40mm，单元压辊的长度为28mm，单元压辊为柔性结构，单元压辊的轴的材质为硅胶，单元压辊的表面的材质为无纺布，单元压辊的表面涂有聚四氟乙烯；压辊的行进速度为25cm/min，压辊的正压力为500Pa；
（3）将步骤（2）中铺贴有纤维预浸料的上、下模具进行合模，然后送入热压机中，在120℃下固化100min，降温至室温，取出模具，开模取出纤维树脂复合材料，经打磨、上腻子、补胶、抛光和产品检验后包装入库。
实施例2
（1）采用压辊将1200tex玻璃纤维连续丝束在50℃下按照+45°的铺设方向铺设到厚度为0.15mm的环氧热固性树脂膜上，得到厚度为1.5mm的纤维预浸料；其中，铺设的正压力为200Pa；
（2）在50℃下，采用压辊将步骤（1）得到的纤维预浸料铺贴到模具表面，完成铺贴；其中，压辊由6个单元压辊组成，单元压辊的直径为50mm，单元压辊的长度为36mm，单元压辊为柔性结构，单元压辊的轴的材质为硅胶，单元压辊的表面的材质为无纺布，单元压辊的表面涂有聚四氟乙烯；压辊的行进速度为35cm/min，压辊的正压力为200Pa；
（3）将步骤（2）中铺贴有纤维预浸料的上、下模具进行合模，然后送入热压机中，在150℃下固化90min，降温至室温，取出模具，开模取出纤维树脂复合材料，经打磨、上腻子、补胶、抛光和产品检验后包装入库。
表1 实施例1~2中的铺贴方法和现有铺丝机的铺贴效果
由以上实施例可以看出，本发明提供的纤维预浸料的铺贴方法铺贴效果好、铺贴效率高，且不需要使用铺丝机，成本较低，其铺贴效率为85%，铺贴误差为±1mm，铺贴速度为35cm/min。
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，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种纤维预浸料的铺贴方法，包括以下步骤：
（1）将纤维铺设到树脂膜上，得到纤维预浸料；
（2）采用压辊将所述步骤（1）得到的纤维预浸料铺贴到模具表面，完成铺贴；所述压辊由4~12个单元压辊组成；所述单元压辊的直径为20~60mm，单元压辊的长度为10~40mm。
2.根据权利要求1所述的铺贴方法，其特征在于，所述步骤（1）中的纤维包括碳纤维、玻璃纤维、超高分子量聚乙烯纤维或芳纶纤维。
3.根据权利要求1所述的铺贴方法，其特征在于，所述步骤（1）中的树脂膜包括环氧树脂膜、聚酯树脂膜、酚醛树脂膜或乙烯基酯树脂膜。
4.根据权利要求1所述的铺贴方法，其特征在于，所述步骤（1）中树脂膜的厚度为0.05~0.8mm。
5.根据权利要求1所述的铺贴方法，其特征在于，所述步骤（1）中纤维预浸料的厚度为0.05~2.5mm。
6.根据权利要求1所述的铺贴方法，其特征在于，所述步骤（1）中纤维的铺设方向为0°、-45°、+45°和90°中的一种或几种。
7.根据权利要求1所述的铺贴方法，其特征在于，所述步骤（2）中压辊的行进速度为20~40cm/min，压辊的正压力为50~1000Pa。
8.根据权利要求1所述的铺贴方法，其特征在于，所述步骤（1）中铺设的温度和所述步骤（2）中铺贴的温度独立地为40~60℃。
9.根据权利要求1所述的铺贴方法，其特征在于，所述步骤（2）中单元压辊为柔性结构。
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