CN1375590A - 纤维单向布的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种纤维增强复合材料的增强材料--纤维单向布的制造方法。首先将纤维平行排列后,然后控制纤维的整体张力,再与两面带胶纤维网格或树脂网格复合后一并进入加热区,网格胶受热熔融,在压辊压力作用下将平行排列的单向纤维粘结夹固在一起,连续快速制备纤维单布。本发明不仅可用大丝束纤维为原材料,也可用小丝束纤维,对网格纤维无特殊要求,纤维排列平直,不存在纤维弯曲的现象,其复合材料的力学性能优良,而且裁剪后不会松散,制造速度快、成本低。
Description
本发明涉及一种用于制造纤维增强复合材料的增强材料——纤维单向布的制造方法。
广泛用于航空、航天等行业的纤维增强复合材料现已开始应用于桥梁、工业和民用建筑的结构补强用的增强织物，主要包括平纹布、斜纹布、缎纹布和帘子布等，其制造方法大体有二大生产流程：一是准备，将经纱按产品规格要求制成一定幅宽、长度和总经根数并卷绕在经轴上，再将纬纱加工成满足织造要求的纡子，二是将已制作的经纱和纬纱在织机上相互交织成布，经纱以丝片形式从经轴上退解出来，然后通过后梁、分绞棒、综眼、钢筘在形成布时，经纱形成棱口，纬纱通过梭口后从织机一侧飞向另一侧，然后由摆动的筘座将梭口内纬纱打向织口，形成经纬交织的布。其中平纹布、斜纹布、缎纹布等纤维在其经纬向上经纱和纬纱是按比例分布的，所以经向性能也按比例降低；又由于经纱和纬纱是交织而成，所以经纬向纤维存在弯曲，也会导致其性能下降；在裁剪时，布的边缘会松散；帘子布虽无纤维弯曲，但不能沿经向裁剪；所有这些制造方法都只适合用于小丝束(6K以下)来纺织纤维布，因为丝束越大，加上交叉，造成树脂浸渍困难，影响复合材料性能，又由于小丝束纤维，特别是碳纤维价格较高，因而传统纺织法制备的纤维布成本较高，限制了纤维增强复合材料在建筑业的应用和发展。
本发明的目的是提供一种纤维性能好，能够任意裁剪、布的边缘不松散、成本低廉的纤维单向布的制造方法。
本发明的技术解决方案是，纤维平行排列后，控制纤维的整体张力，然后与两面带胶的纤维网格或树脂胶网复合后一并进入加热区，网格胶受热熔融，在压辊压力作用下将平行排列的单向纤维粘结夹固在一起，连续制备纤维单向布；其制备工艺是，
(1)喂丝，根据纤维单向布厚度或单位面积质量确定纤维束数；
(2)纤维排列，单向纤维在所需宽度内，通过梳子、展平辊使纤维平行排列展平；
(3)整体张力调控，平行排列的单向纤维通过张力调节器来实施纤维的整体张力调控；
(4)网格或胶网放卷，将成卷的带胶纤维网格或树脂胶网放卷，张力调至能张紧网格又不至于引起网格变形，或在此放置带胶纤维网格制备装置或树脂胶网制备装置，纤维网格可先浸胶再编制，也可先编制再浸胶；
(5)加热加压复合，平行纤维和上下网格或胶网被一对压辊轻压叠合后进入加热区，纤维网格上的胶网熔融，在压辊压力作用下将纤维粘结牢固；
(6)冷却，纤维单向布经过冷却平台冷却至室温定形；
(7)牵引，以对夹式或包缠式牵引；
(8)切边，将两边多余纤维网格或胶网切除；
(9)收卷，将纤维单向布收成卷状。
本发明不仅可采用12K及其以上大丝束碳纤维为原材料，也可采用6K以下的小丝束碳纤维，不仅适用于碳纤维，也适用于芳纶纤维、玻璃纤维及其它高性能纤维，对网格纤维无特殊要求，纤维网格或胶网的用胶为与环氧树脂相容的普通热塑性树脂或热塑性树脂与热固性树脂的共混物，由于采用整体张力控制，纤维排列平直，采用带胶网格或胶网两面粘夹的形式，不存在纤维弯曲的现象，其复合材料的力学性能优良，而且裁剪后不会松散，可以任意裁剪，制造速度快、成本低，可设计性强。
图1为本发明的工艺流程图。
图中1纱架，单丝张力调控，2纤维平行排列，3张力整体调控，4网格或胶网放卷或其制备装置，5加热加压复合区，6冷却，7牵制，8切边，9收卷。
本发明的单向布制造技术是由下述的工艺步骤完成的：
1喂丝，根据纤维单向布厚度或单位面积质量确定纤维束数，计算公式为：n＝b×Q÷pL式中n为纤维束数，b为纤维单向布宽度，Q为纤维单位面积质量，pL为纤维束线密度；厚度与单位面积质量关系为h＝Q÷pL式中：h为单向布厚度，Q为纤维单位面积质量，p为纤维密度；纤维经单束张力调控后，从纱架上引出。
2纤维排列，单向纤维在所需宽度内，通过梳子平行排列，通过展平辊使纤维展平。
3整体张力调控，平行排列的单向纤维通过张力调节器来实施整体张力调控，整体张力的大小与牵引方式应相互协调。
4网格或胶网放卷，将成卷的带胶纤维网格或树脂胶网放卷，张力调至能张紧网格又不至于引起网格变形，或在此放置带胶纤维网格制备装置或树脂胶网制备装置，纤维网格可先浸胶再编制，也可先编制再浸胶，一般为规则形状，树脂胶网采用转移法为规则形状，采用擦胶法为不规则形状。
5加热加压复合，平行纤维和上下风格或胶网被一对压辊工压叠合后进入加热区，纤维网格上的胶网熔融，在压辊压力作用下将纤维粘结牢固，形成纤维单向布，加热区的长度影响生产速度。
6冷却，纤维单向布经过冷却平台冷却至室温定形，便于牵引。
7牵引，牵引力较大，可避免直接收卷牵引造成布的变形，牵引方式可采用对夹式或包缠式。
8切边，将两边多作纤维网格或胶网切除，便于收卷和使用。
9收卷，将纤维单向布收成卷状。
实施例一：
1.T700-12K碳纤维单向布(纤维网)，碳纤维单位面积质量300g/m2，
厚度0.167mm，宽度300mm；
2.将113筒T700-12K碳纤维从纱架上引出，单丝张力调至30g左右；
3.纤维通过梳子排列后展平，控制宽度为300mm；
4经整体张力控制后和上下带胶纤维网格进入复合区，纤维网格为10×10mm正方形，纬向带胶，经向不带胶，树脂胶为聚乙烯醇缩醛和环氧树脂的共混物；
5在复合区网格上的胶受热熔融，在压力下将单向碳纤维粘结在一起，生产速度为3m/min～5m/min，复合温度为60℃～90℃，复合压力为0.1MPa～0.3Mpa；
6冷却定形后形成碳纤维单向布，冷却温度为10℃～15℃；
7牵引、8切边、9收卷。其力学性能：
| 项目 | 性能 | 测试方法 |
| 拉伸强度(MPa) | 4050 | GB3354-82 |
| 拉伸模量(MPa) | 240 | GB3354-82 |
| 搭接强度(MPa) | 3930 | 非标 |
| 试样手糊成型，树脂为室温固化环氧树脂，拉伸性能按厚度0.167mm计算，搭接试样长度为300mm，搭接长度为100mm，破坏形式为纤维断裂，搭接界面完好。 | ||
实施例二：
1.UT500-12K碳纤维单向布(纤维网)，碳纤维单位面积质量300g/m2，厚度0.167mm，宽度300mm；
2将113筒UT500-12K碳纤维从纱架上引出，单丝张力调至30g左右；
3纤维通过梳子排列后展平，控制宽度为300mm；
4整体张力控制后和上下带胶纤维网格进入复合区，纤维网格为10×10mm正方形，纬向带胶，经向不带胶，树脂胶为丙烯酸酯和环氧树脂的共混物；
5在复合区网格上的胶受热熔融，在压力下将单向碳纤维粘结在一起，生产速度为3m/min～5m/min，复合温度为60℃～90℃，复合压力为0.1MPa～0.3Mpa；
6冷却定形后形成碳纤维单向布，冷却温度为10℃～15℃；
7牵引、8切边、9收卷。其力学性能：
| 项目 | 性能 | 测试方法 |
| 拉伸强度(MPa) | 4040 | GB3354-82 |
| 拉伸模量(MPa) | 240 | GB3354-82 |
| 搭接强度(MPa) | 3900 | 非标 |
| 试样手糊成型，树脂为室温固化环氧树脂，拉伸性能按厚度0.167mm计算，搭接试样长度为300mm，搭接长度为100mm，破坏形式为纤维断裂，搭接界面完好。 | ||
实施例三：
1.HTA-12K碳纤维单向布(纤维网)，碳纤维单位面积质量300g/m2，厚度0.167mm，宽度300mm；
2将113筒HTA-12K碳纤维从纱架上引出，单丝张力调至30g左右；
3纤维通过梳子排列后展平，控制宽度为300mm；
4经整体张力控制后和上下带胶纤维网格进入复合区，纤维网格形式为三角形，树脂胶为乙烯-醋酸乙烯共聚物和环氧树脂的共混物；
5在复合区网格上的胶受热熔融，在压力下将单向碳纤维粘结在一起，生产速度为3m/min～5m/min，复合温度为60℃～90℃，复合压力为0.1MPa～0.3Mpa；
6冷却定形后形成碳纤维单向布，冷却温度为10℃～15℃；
7牵引、8切边、9收卷。其力学性能：
| 项目 | 性能 | 测试方法 |
| 拉伸强度(MPa) | 3600 | GB3354-82 |
| 拉伸模量(MPa) | 235 | GB3354-82 |
| 搭接强度(MPa) | 3400 | 非标 |
| 试样手糊成型，树脂为室温固化环氧树脂，拉伸性能按厚度0.167mm计算，搭接试样长度为300mm，搭接长度为100mm，破坏形式为纤维断裂，搭接界面完好。 | ||
实施例四：
1.FORTAFIL-80K碳纤维单向布(纤维网)，碳纤维单位面积质量300g/m2，厚度0.167mm，宽度300mm；
2将23筒FORTAFIL-80K碳纤维从纱架上引出，单丝张力调至50g左右；
3纤维通过梳子排列后展平，控制宽度为300mm；
4经整体张力控制后和上下带胶纤维网格进入复合区，纤维网格为10×10mm正方形，纬向带胶，经向不带胶，树脂胶为乙烯-醋酸乙烯共聚物和环氧树脂的共混物；
5在复合区网格上的胶受热熔融，在压力下将单向碳纤维粘结在一起，生产速度为3m/min～5m/min，复合温度为60℃～90℃，复合压力为0.1MPa～0.3Mpa；
6冷却定形后形成碳纤维单向布，冷却温度为10℃～15℃；
7牵引、8切边、9收卷。其力学性能：
| 项目 | 性能 | 测试方法 |
| 拉伸强度(MPa) | 3200 | GB3354-82 |
| 拉伸模量(MPa) | 230 | GB3354-82 |
| 搭接强度(MPa) | 3150 | 非标 |
| 试样手糊成型，树脂为室温固化环氧树脂，拉伸性能按厚度0.167mm计算，搭接试样长度为300mm，搭接长度为100mm，破坏形式为纤维断裂，搭接界面完好。 | ||
实施例五：
1.UT500-12K碳纤维单向布(胶网)，碳纤维单位面积质量300g/m2，厚度0.167mm，宽度300mm；
2将113筒UT500-12K碳纤维从纱架上引出，单丝张力调至30g左右；
3纤维通过梳子排列后展平，控制宽度为300mm；
4经整体张力控制后和上下树脂胶网进入复合区，树脂胶网为菱形，树脂溶液为丙烯酸脂和环氧树脂共混物的丙酮溶液；
5在复合区胶网格受热熔融，在压力下将单向碳纤维粘结在一起，生产速度为3m/min～5m/min，复合温度为60℃～90℃，复合压力为0.1MPa～0.3Mpa；
6冷却定形后形成碳纤维单向布，冷却温度为10℃～15℃；
7牵引、8切边、9收卷。其力学性能：
| 项目 | 性能 | 测试方法 |
| 拉伸强度(MPa) | 4000 | GB3354-82 |
| 拉伸模量(MPa) | 240 | GB3354-82 |
| 搭接强度(MPa) | 3900 | 非标 |
| 试样手糊成型，树脂为室温固化环氧树脂，拉伸性能按厚度0.167mm计算，搭接试样长度为300mm，搭接长度为100mm，破坏形式为纤维断裂，搭接界面完好。 | ||
实施例六：
1.T700-12K碳纤维单向布(胶网)，碳纤维单位面积质量300g/m2，厚度0.167mm，宽度300mm；
2将113筒T700-12K碳纤维从纱架上引出，单丝张力调至30g左右；
3纤维通过梳子排列后展平，控制宽度为300mm；
4经整体张力控制后和上下树脂胶网进入复合区，树脂胶网为不规则形状，纬向带胶，经向不带胶，树脂胶为乙烯-醋酸乙烯共聚物和环氧树脂的共混物；
5在复合区网格上的胶受热熔融，在压力下将单向碳纤维粘结在一起，生产速度为3m/min～5m/min，复合温度为60℃～90℃，复合压力为0.1MPa～0.3Mpa；
6冷却定形后形成碳纤维单向布，冷却温度为10℃～15℃；
7牵引、8切边、9收卷。其力学性能：
| 项目 | 性能 | 测试方法 |
| 拉伸强度(MPa) | 4000 | GB3354-82 |
| 拉伸模量(MPa) | 240 | GB3354-82 |
| 搭接强度(MPa) | 3900 | 非标 |
| 试样手糊成型，树脂为室温固化环氧树脂，拉伸性能按厚度0.167mm计算，搭接试样长度为300mm，搭接长度为100mm，破坏形式为纤维断裂，搭接界面完好。 | ||
Claims (4)
1.一种纤维单向布的制造方法，其特征是，将纤维平行排列后，控制纤维的整体张力，然后与两面带胶纤维网格或树脂胶网复合后一并进入加热区，网格胶受热熔融，在压辊压力作用下将平行排列的单向纤维粘结夹固在一起，连续制备纤维单布。
2.根据权利要求1述的纤维单向布的制造方法，其特征是，纤维单向布的制造工艺是，
(1)喂丝，根据纤维单向布厚度或单位面积质量确定纤维束数；
(2)纤维排列，单向纤维在所需宽度内，通过梳子、展平辊使纤维平行排列展平；
(3)整体张力调控，平行排列的单向纤维通过张力调节器来实施整体张力调控；
(4)网格或胶网放卷，将成卷的带胶纤维网格或树脂胶网放卷，张力调至能张紧网格又不至于引起网格变形，或在此放置带胶纤维网格制备装置或树脂胶网制备装置，纤维网格可先浸胶再编制，也可先编制再浸胶；
(5)加热加压复合，平行纤维和上下网格或胶网被一对压辊轻压叠合后进入加热区，纤维网格上的胶网熔融，在压辊压力作用下将纤维粘结牢固；
(6)冷却，纤维单向布经过冷却平台冷却至室温定形；
(7)牵引，以对夹式或包缠式牵引；
(8)切边，将两边多余纤维网格或胶网切除；
(9)收卷，将纤维单向布收成卷状。
3.根据权利要求1所述的纤维单向布的制造方法，其特征是，粘结夹固平行排列的单向纤维采用两面带胶纤维网格或树脂胶网格。
4.根据权利要求1所述的纤维单向布的制造方法，其特征是，纤维网格或树脂胶网为四边形或三角形
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|---|---|---|---|
| CN 01109677 CN1375590A (zh) | 2001-03-19 | 2001-03-19 | 纤维单向布的制造方法 |
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| CN1375590A true CN1375590A (zh) | 2002-10-23 |
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2001
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