CN117183395A - 一种再生碳纤维增强环氧树脂预浸料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及复合材料预浸料技术领域，具体涉及一种再生碳纤维增强环氧树脂预浸料的制备方法。其包括步骤：将再生碳纤维制备成碳纤维毡；配制出环氧树脂；将环氧树脂加热后倒入胶槽，通过恒定温度的涂膜滚轮均匀涂在离型纸上，制备成上层树脂胶膜、下层树脂胶膜；将上层树脂胶膜、下层树脂胶膜分别安装在复合机的上下胶膜放卷装置，将碳纤维毡放置在放卷装置进行复合，以制备出环氧树脂预浸料。该再生碳纤维增强环氧树脂预浸料的制备方法的目的是解决传统复合材料连续纤维预浸料由于废弃复材而导致污染环境的问题。扩展了再生碳纤维的应用工艺范围，降低了产品成本，同时对于结构复杂的制件，采用碳纤维毡具有更好的成型性。
Description
技术领域
本发明涉及复合材料预浸料技术领域，具体涉及一种再生碳纤维增强环氧树脂预浸料的制备方法。
背景技术
复合材料预浸料是用树脂基体在严格控制条件下浸渍连续纤维，制成树脂基体与增强体的组合物，是制成复合材料的中间材料，通过模压、热压罐等工艺，制备形成复合材料构件。传统复合材料预浸料采用连续纤维增强树脂基体组成。
传统复合材料连续纤维预浸料虽然可生产出满足条件的复合材料构件，但是其成本较高，近些年来，废弃复材逐年增加，污染环境，严重制约企业发展。
因此，发明人提供了一种再生碳纤维增强环氧树脂预浸料的制备方法。
发明内容
(1)要解决的技术问题
本发明实施例提供了一种再生碳纤维增强环氧树脂预浸料的制备方法，解决了传统复合材料连续纤维预浸料由于废弃复材而导致污染环境的技术问题。
(2)技术方案
本发明提供了一种再生碳纤维增强环氧树脂预浸料的制备方法，包括以下步骤：
制备再生碳纤维；
将再生碳纤维制备成碳纤维毡；
配制出环氧树脂；
将所述环氧树脂加热后倒入胶槽，通过恒定温度的涂膜滚轮均匀涂在离型纸上，制备成上层树脂胶膜、下层树脂胶膜；
将所述上层树脂胶膜、所述下层树脂胶膜分别安装在复合机的上下胶膜放卷装置，将所述碳纤维毡放置在放卷装置进行复合，以制备出环氧树脂预浸料。
进一步地，所述制备再生碳纤维，具体为：
通过将固化废料切割到要求尺寸，选取50～70mm长度的再生碳纤维由裂解回收制备再生碳纤维。
进一步地，所述将再生碳纤维制备成碳纤维毡，具体为：
将所述再生碳纤维进行短切，然后通过无纺毡设备，将短切后的再生碳纤维通过针刺工艺制备成所述碳纤维毡。
进一步地，所述将所述再生碳纤维进行短切之前还包括：将所述再生碳纤维进行上浆处理。
进一步地，所述将所述再生碳纤维进行上浆处理，具体为：采用上浆剂对所述再生碳纤维的表面进行改性处理，然后烘干。
进一步地，所述配制出环氧树脂，具体为：将环氧树脂各组分原材料加入搅拌，配制出所述环氧树脂。
进一步地，所述环氧树脂在125℃±5℃条件下的固化时间为120±5min。
进一步地，所述将所述碳纤维毡放置在放卷装置进行复合之后，还包括：采用模压工艺进行层压板固化成型。
进一步地，所述碳纤维毡的面密度为150～300g/m2。
进一步地，所述恒定温度为60～80℃。
进一步地，所述环氧树脂预浸料中环氧树脂的质量占比为60～70％。
(3)有益效果
综上，本发明通过采用再生碳纤维增强的环氧树脂的预浸料，可替代采用连续纤维的非主承力结构件和功能结构件等，扩展了再生碳纤维的应用工艺范围，也为航空内饰结构或者次承力结构提供了一种新的材料。采用该预浸料成本低，成型性好，可大幅压缩生产周期，降低生产成本，提高复杂结构制件的生产效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，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是本发明实施例提供的一种再生碳纤维增强环氧树脂预浸料的制备方法的流程示意图；
图2是本发明实施例提供的一种环氧树脂预浸料的结构示意图。
图中：
1-上层树脂胶膜；2-下层树脂胶膜；3-碳纤维毡。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例的详细描述和附图用于示例性地说明本发明的原理，但不能用来限制本发明的范围，即本发明不限于所描述的实施例。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参照附图并结合实施例来详细说明本申请。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是本发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
图1是本发明实施例提供的一种再生碳纤维增强环氧树脂预浸料的制备方法的流程示意图，如图1所示，该方法可以包括以下步骤：
S100、制备再生碳纤维。
具体地，可以通过将固化废料切割到要求尺寸，选取50～70mm长度的再生碳纤维由裂解回收制备再生碳纤维。
S200、将再生碳纤维制备成碳纤维毡。
具体地，将再生碳纤维进行短切，然后通过无纺毡设备，将短切后的再生碳纤维通过针刺工艺制备成碳纤维毡。将再生碳纤维进行短切之前还包括：将再生碳纤维进行上浆处理，具体为：采用上浆剂对再生碳纤维的表面进行改性处理，然后烘干。再生碳纤维进行上浆处理，能够增加纤维与树脂的结合力。最终制备出的碳纤维毡的面密度可以为150～300g/m2。
S300、配制出环氧树脂。
具体地，根据实际需要将环氧树脂各组分原材料加入并搅拌均匀，配制出所需要的环氧树脂。
S400、将环氧树脂加热后倒入胶槽，通过恒定温度的涂膜滚轮均匀涂在离型纸上，制备成上层树脂胶膜、下层树脂胶膜。
具体地，恒定温度的取值可以为60～80℃。
S500、将上层树脂胶膜、下层树脂胶膜分别安装在复合机的上下胶膜放卷装置，将碳纤维毡放置在放卷装置进行复合，以制备出环氧树脂预浸料。
具体地，制备出的环氧树脂预浸料在125℃±5℃条件下的固化时间为120±5min，环氧树脂预浸料中环氧树脂的质量占比为60～70％。
在上述实施方式中，预浸料通过两步法热熔工艺实现生产。该预浸料由于采用再生碳纤维，纤维成本低、采用针刺工艺制备成纤维毡及预浸料之后，可采用干法模压工艺、热压罐工艺或真空袋工艺生产制备复合材料。
采用再生碳纤维增强的环氧树脂的预浸料，可替代采用连续纤维的非主承力结构件和功能结构件等，扩展了再生碳纤维的应用工艺范围，提升了产品质量。采用该预浸料成本低，成型性好，可大幅压缩生产周期，降低生产成本，提高复杂结构制件的生产效率。
作为一种可选的实施方式，将碳纤维毡放置在放卷装置进行复合之后，还包括：采用模压工艺进行层压板固化成型。
具体地，可以通过覆膜机将复合后的碳纤维毡与上层树脂胶膜、下层树脂胶膜进行预压实，以完成固化成型。从而将环氧树脂预浸料制备成层合板。
实施例1
一种采用再生碳纤维增强环氧树脂预浸料，具体包括以下制作步骤：
步骤一：选取50～70mm长度的再生碳纤维由热裂解回收方法制备，可以通过将固化废料切割到要求尺寸；
步骤二：采用上浆剂对再生碳纤维表面进行改性处理，然后烘干；
步骤三：短切再生碳纤维通过无纺毡设备工艺，将处理好的再生碳纤维通过针刺工艺制备成面密度为200g/m2的碳纤维毡3，如图2所示；
步骤四：树脂制备：环氧树脂各组分原材料加入搅拌配制出环氧树脂，并降温后打包成4kg一包大小的方块，放入冷库降温备用；环氧树脂在125℃±5℃条件下，固化时间为120±5min；
步骤五：利用胶膜制备设备，将环氧树脂加热后倒入胶槽，通过恒定温度70℃的涂膜滚轮均匀涂在离型纸上，制备成克重为213g的上层树脂胶膜1、下层树脂胶膜2，如图2所示；
步骤六：利用预浸料复合设备，通过热压辊轮进行压合将上层树脂胶膜1下层树脂胶膜2浸润到再生碳纤维材质的碳纤维毡3，制备再生碳纤维毡环氧树脂预浸料，其中预浸料树脂含量为68％，图2所示；
步骤七：通过覆膜机将料片预压实，并放置模腔中，并按下述流程进行层压板固化：
a)接触压(0.15±0.02)MPa，升温速率控制在2℃/min以内，室温升到(80±5)℃(电偶温度)，保温(40±5)min。
b)升温至85～90℃(电偶温度)，加压(0.4～0.5)MPa。
c)升温至90℃(电偶温度)以上，加压(0.7～0.9)Mpa。
d)升温至125±5℃(电偶温度)，保温(120±5)min。
e)降温自然冷却至70℃以下卸压。
步骤八：按照航标检测标准对预浸料进行理化性能及力学性能检测，检测结果如下表1，表2，表3。
表1未固化预浸料的理化性能
| 序号 | 项目 | 指标形式 | 指标要求 |
| 1 | 纤维面密度，g/m2 | 平均值范围 | 195±15 |
| 2 | 挥发份含量，％ | 最大平均值 | 0.5 |
| 3 | 树脂含量，％ | 平均值范围 | 68±2 |
表2未固化预浸料的理化性能
| 项目 | 条件 | 指标形式 | 指标值 |
| 固化后单层厚度，mm | 室温，干态 | 平均值范围 | 0.46±0.01 |
| 层合板密度，g/cm3 | 室温，干态 | 平均值范围 | 1.34±0.02 |
| 玻璃化转变温度，℃ | 室温，干态 | 最小平均值 | 126 |
表3层合板的力学性能
需要明确的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同或相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。本发明并不局限于上文所描述并在图中示出的特定步骤和结构。并且，为了简明起见，这里省略对已知方法技术的详细描述。
以上仅为本申请的实施例而已，并不限制于本申请。在不脱离本发明的范围的情况下对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围内。
Claims (10)
1.一种再生碳纤维增强环氧树脂预浸料的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
制备再生碳纤维；
将再生碳纤维制备成碳纤维毡；
配制出环氧树脂；
将所述环氧树脂加热后倒入胶槽，通过恒定温度的涂膜滚轮均匀涂在离型纸上，制备成上层树脂胶膜、下层树脂胶膜；
将所述上层树脂胶膜、所述下层树脂胶膜分别安装在复合机的上下胶膜放卷装置，将所述碳纤维毡放置在放卷装置进行复合，以制备出环氧树脂预浸料。
2.根据权利要求1所述的再生碳纤维增强环氧树脂预浸料的制备方法，其特征在于，所述将再生碳纤维制备成碳纤维毡，具体为：
将所述再生碳纤维进行短切，然后通过无纺毡设备，将短切后的再生碳纤维通过针刺工艺制备成所述碳纤维毡。
3.根据权利要求1所述的再生碳纤维增强环氧树脂预浸料的制备方法，其特征在于，所述将所述再生碳纤维进行短切之前还包括：
将所述再生碳纤维进行上浆处理。
4.根据权利要求3所述的再生碳纤维增强环氧树脂预浸料的制备方法，其特征在于，所述将所述再生碳纤维进行上浆处理，具体为：
采用上浆剂对所述再生碳纤维的表面进行改性处理，然后烘干。
5.根据权利要求1所述的再生碳纤维增强环氧树脂预浸料的制备方法，其特征在于，所述配制出环氧树脂，具体为：
将环氧树脂各组分原材料加入搅拌，配制出所述环氧树脂。
6.根据权利要求5所述的再生碳纤维增强环氧树脂预浸料的制备方法，其特征在于，所述环氧树脂在125℃±5℃条件下的固化时间为120±5min。
7.根据权利要求1所述的再生碳纤维增强环氧树脂预浸料的制备方法，其特征在于，所述将所述碳纤维毡放置在放卷装置进行复合之后，还包括：采用模压工艺进行层压板固化成型。
8.根据权利要求1所述的再生碳纤维增强环氧树脂预浸料的制备方法，其特征在于，所述碳纤维毡的面密度为150～300g/m2。
9.根据权利要求1所述的再生碳纤维增强环氧树脂预浸料的制备方法，其特征在于，所述恒定温度为60～80℃。
10.根据权利要求1所述的再生碳纤维增强环氧树脂预浸料的制备方法，其特征在于，所述环氧树脂预浸料中环氧树脂的质量占比为60～70％。
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