CN117067440A - 一种线连续稳定自动铺设用干纤维带的一体成型制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及干纤维带制备技术领域，尤其涉及一种线连续稳定自动铺设用干纤维带的一体成型制备方法，包括以下步骤：对碳纤维进行预处理，使其温度和张力均达到设定范围内；对经过预处理的纤维层进行乳液的施加，所述乳液中包括环氧树脂或者热塑性聚合物中的至少一种液体；对经过乳液的纤维层进行干燥处理；经干燥后在纤维层表面施加定型剂；对施加了定型剂的纤维层表面进行加热和加压，使其定型；对定型后的纤维层进行分切，分切为设定宽度的干纤维带。本发明通过上述工艺改进，减少了干纤维带分切边缘断丝、毛羽以及硬挺度的问题，提高了纤维带自动铺设的连续稳定性，降低了因堵丝、断丝造成的等待、返工等现象。
Description
技术领域
本发明涉及干纤维带制备技术领域，尤其涉及一种线连续稳定自动铺设用干纤维带的一体成型制备方法。
背景技术
目前干纤维带主要应用于ATL/AFP（自动铺带机/铺丝机）工艺中，干纤维带的性能对自动铺丝工艺具有较大影响，尤其是窄带在ATL工艺中使用自动铺丝设备铺丝时经常出现断纱、堵丝等问题，致使铺设工作中断和预成型体返修，影响了自动铺丝的效率。
现有技术中，为了进一步提高干纤维带的性能，如公开号为CN113696518A的中国发明专利于2021年11月26日公开了一种干纤维带复合生产设备及其生产工艺，其通过对碳纤维带进行静电喷粉加热熔融的方式，在碳纤维带上熔喷一层碳毡，避免了传统方式中干纤维带和碳毡之间的偏移的问题。
然而发明发现，上述方案形成的干纤维带在实际铺丝时依然存在干纤维带分切边缘断丝、毛羽以及硬挺度等问题。
发明内容
鉴于以上技术问题中的至少一项，本发明提供了一种线连续稳定自动铺设用干纤维带的一体成型制备方法，采用成型工艺的改进以提高干纤维带的成型质量。
根据本发明的第一方面，提供一种线连续稳定自动铺设用干纤维带的一体成型制备方法，包括以下步骤：
对碳纤维进行预处理，使其温度和张力均达到设定范围内；
对经过预处理的纤维层进行乳液的施加，所述乳液中包括环氧树脂或者热塑性聚合物中的至少一种液体；
对经过乳液的纤维层进行干燥处理；
经干燥后在纤维层表面施加定型剂；
对施加了定型剂的纤维层表面进行加热和加压，使其定型；
对定型后的纤维层进行分切，分切为设定宽度的干纤维带。
在本发明的一些实施例中，所述预处理包括预加热处理，碳纤维经所述预加热处理后的温度范围为35-80℃。
在本发明的一些实施例中，所述预处理还包括恒张力处理，碳纤维经过所述恒张力处理后的张力值范围为10-100N。
在本发明的一些实施例中，所述预加热与加热采用热辊或者钢带形式进行，以提高温度控制的精确性。
在本发明的一些实施例中，所述乳液的施加采用喷涂或者浸渍的形式进行。
在本发明的一些实施例中，所述乳液盛放于具有搅拌装置的容器内，以保证其均匀性。
在本发明的一些实施例中，所述定型剂以颗粒或者液体的形式施加。
在本发明的一些实施例中，对定型后的干纤维带进行分切的宽度范围为2-1000mm。
在本发明的一些实施例中，还包括网毡的施加步骤，所述网毡的施加在预处理后、施加乳液前进行。
在本发明的一些实施例中，还包括网毡的施加步骤，所述网毡的施加在干燥后、施加定型剂之前进行。
本发明的有益效果为：本发明通过对碳纤维进行预加热和恒张力处理，使得经过预处理的碳纤维对定型剂的穿透力和结合能力进行了加强，与现有技术相比，大大的减少了干纤维带分切边缘断丝、毛羽以及硬挺度的问题，提高了纤维带自动铺设的连续稳定性，降低了因堵丝、断丝造成的等待、返工等现象。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例中线连续稳定自动铺设用干纤维带的一体成型制备方法的步骤流程图；
图2为本发明实施例中线连续稳定自动铺设用干纤维带的一体成型制备方法的一种工艺路线图；
图3为本发明实施例中线连续稳定自动铺设用干纤维带的一体成型制备方法的另一种工艺路线图。
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。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
如图1所示的线连续稳定自动铺设用干纤维带的一体成型制备方法，包括以下步骤：
S10：对碳纤维进行预处理，使其温度和张力均达到设定范围内；在本发明实施例中，通过对碳纤维进行张拉，在张拉过程中碳纤维的直径会变细，进而使得定型剂在施加时的穿透力增强，通过对碳纤维的加热，可以提高定型剂在施加时与碳纤维的结合力。
S20：对经过预处理的纤维层进行乳液的施加，乳液中包括环氧树脂或者热塑性聚合物中的至少一种液体；通过施加乳液的方式，乳液中的环氧树脂或者热塑性聚合物可以附着在碳纤维上，以进一步提高碳纤维与定型剂的结合效果；
S30：对经过乳液的纤维层进行干燥处理；乳液经过干燥由液态逐渐凝固并形成保护膜；
S40：经干燥后在纤维层表面施加定型剂；这里需要指出的是，在本发明实施例中，对于定型剂的施加，可以是采用微粒形式进行喷洒，也可以是采用液体方式进行浸没；
S50：对施加了定型剂的纤维层表面进行加热和加压，使其定型；通过加热和加压的方式，使得定型剂固化，以此来提高干纤维带的硬挺度；
S60：对定型后的纤维层进行分切，分切为设定宽度的干纤维带。这里需要指出的是，定型后的干纤维带进行分切的宽度范围为2-1000m，纤维带的宽度根据自动铺丝工艺的需求进行设置，在进行干纤维带的分切后，再对干纤维带进行收卷。
在上述实施例中，通过对碳纤维进行预加热和恒张力处理，使得经过预处理的碳纤维对定型剂的穿透力和结合能力进行了加强，与现有技术相比，大大的减少了干纤维带分切边缘断丝、毛羽以及硬挺度的问题，提高了纤维带自动铺设的连续稳定性，降低了因堵丝、断丝造成的等待、返工等现象。
在上述实施例的基础上，在本发明实施例中，预处理包括预加热处理，碳纤维经预加热处理后的温度范围为35-80℃。在具体进行加热时，在本发明实施例中可以采用热辊或者钢带的形式进行，这里需要指出的是，在本发明实施例中，采用感应方法对钢带进行加热，例如采用纵向磁通感应加热，在钢带里面具有感应线圈，供电后感应线圈产生与带材表面平行的磁通，通过磁通对钢带进行感应加热；在本发明实施例中，在热辊或者钢带的表面设置有温度传感器，通过实时监测并通过PID温度控制器对温度进行控制，其工艺温度可以实现±1℃范围内精确控制。通过对温度的精确控制，有效地解决了因加热不均造成的局部区域定型剂固化或者穿透不足的问题。在上述实施例的基础上，本发明实施例中的预处理还包括恒张力处理，碳纤维经过恒张力处理后的张力值范围为10-100N。这里需要指出的是，在本发明的一些实施例中，恒张力处理具有多种方式，例如可以采用力矩电机进行恒张力放卷，或者采用张力辊配合称重传感器实现张力变化时张力辊角度的调整来实现碳纤维上的张力恒定。
在本发明实施例中，在进行乳液的施加时，可以采用多种形式，例如采用喷涂或者浸渍的形式进行。同时为了保证乳液的均匀性，在本发明实施例中，乳液盛放于具有搅拌装置的容器内，以保证其均匀性。这里的搅拌装置可以是机械形式例如搅拌叶，也可以采用超声波振动搅拌的形式来进行。此外，在本发明实施例中，定型剂以颗粒或者液体的形式施加。通过定型剂的添加可以增加干纤维带的硬挺度，进而减少堵丝、断丝现象的产生。
在本发明一些实施例中，为了进一步提高干纤维带的整体性，还包括施加网毡的工序，关于网毡的施加，在本发明的实施例中具有两种施加方式，一种如图2中所示，网毡的施加在预处理后、施加乳液前进行。这里需要指出的是，图中的纱线指的是碳纤维，并且此处的预处理后指的是对纱线进行预处理后，同样对网毡进行加热和恒张力施加，然后将网毡与纱线复合，以此来提高网毡和纱线的穿透性和结合能力。另一种实施方式如图3中所示，网毡的施加在干燥后、施加定型剂之前进行。
本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (10)
1.一种线连续稳定自动铺设用干纤维带的一体成型制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
对碳纤维进行预处理，使其温度和张力均达到设定范围内；
对经过预处理的纤维层进行乳液的施加，所述乳液中包括环氧树脂或者热塑性聚合物中的至少一种液体；
对经过乳液的纤维层进行干燥处理；
经干燥后在纤维层表面施加定型剂；
对施加了定型剂的纤维层表面进行加热和加压，使其定型；
对定型后的纤维层进行分切，分切为设定宽度的干纤维带。
2.根据权利要求1所述的线连续稳定自动铺设用干纤维带的一体成型制备方法，其特征在于，所述预处理包括预加热处理，碳纤维经所述预加热处理后的温度范围为35-80℃。
3.根据权利要求1所述的线连续稳定自动铺设用干纤维带的一体成型制备方法，其特征在于，所述预处理还包括恒张力处理，碳纤维经过所述恒张力处理后的张力值范围为10-100N。
4.根据权利要求2所述的线连续稳定自动铺设用干纤维带的一体成型制备方法，其特征在于，所述预加热与加热采用热辊或者钢带形式进行，以提高温度控制的精确性。
5.根据权利要求1所述的线连续稳定自动铺设用干纤维带的一体成型制备方法，其特征在于，所述乳液的施加采用喷涂或者浸渍的形式进行。
6.根据权利要求1所述的线连续稳定自动铺设用干纤维带的一体成型制备方法，其特征在于，所述乳液盛放于具有搅拌装置的容器内，以保证其均匀性。
7.根据权利要求1所述的线连续稳定自动铺设用干纤维带的一体成型制备方法，其特征在于，所述定型剂以颗粒或者液体的形式施加。
8.根据权利要求1所述的线连续稳定自动铺设用干纤维带的一体成型制备方法，其特征在于，对定型后的干纤维带进行分切的宽度范围为2-1000mm。
9.根据权利要求1所述的线连续稳定自动铺设用干纤维带的一体成型制备方法，其特征在于，还包括网毡的施加步骤，所述网毡的施加在预处理后、施加乳液前进行。
10.根据权利要求1所述的线连续稳定自动铺设用干纤维带的一体成型制备方法，其特征在于，还包括网毡的施加步骤，所述网毡的施加在干燥后、施加定型剂之前进行。
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