一種生產絲束預浸帶的製備工藝的製作方法
2023-05-30 09:44:41
本發明屬於複合材料領域，是纖維增強樹脂複合材料的新的材料形態，對現有的複合材料形態替代，可以完成效率更高，性能更優秀，成本更低的複合材料製件。
背景技術：
纖維增強複合材料是複合材料中最大的一項，纖維與樹脂共同構成複合材料，從人類發展的技術看，目前纖維與樹脂結合形成複合材料和製件主要有四類：第一類是非連續材料，纖維短切後，直接或通過氈的方式與樹脂結合，形成非連續基礎複合材料；第二類是預浸料，連續纖維或織物與樹脂結合，形成片狀預浸料；第三類是纏繞拉擠工藝，纖維通過樹脂槽，浸潤樹脂，然後通過纏繞或模腔，一步完成複合材料的製備與製件工藝；第四類是液體成型工藝，將纖維利用紡織技術織造成預成型體，然後鋪放到模具中，泵入樹脂，完成材料複合和製件工藝。
上述纖維與樹脂的複合及成型工藝，各有優劣，整合各工藝優點，去除缺點，是複合材料創新的重要空間。
非連續材料的成型工藝簡單，可以批量生產，但是纖維短切後，不能體現連續纖維複合材料優越的力學性能。
預浸料的製備，經典的製備分兩步工序，第一是製備樹脂膜，把樹脂均勻塗敷在離型紙上，第二步是浸潤工藝，將上下兩層帶樹脂膜的離型紙覆蓋在多根絲束的纖維面或織物上，通過多對精密軋輥把樹脂壓到纖維中，確保每根微纖維被樹脂充分「溼潤」。如果要製備比較複雜型面的航空製件，需要把上面的單向預浸料做分切成6.35毫米寬的窄帶，採用自動鋪纖機鋪放材料在模具上，工藝路線很繁瑣，分切的預浸帶成本非常高。
纏繞工藝是一個纖維到製件的直接工藝，是一種低成本複合材料製造工藝，傳統的工藝是採用溼法工藝，把纖維導入到液體的樹脂槽中，浸潤樹脂後，利用擠壓輥把多餘樹脂擠掉，然後在製件模芯上完成纏繞，工作環境差，模芯轉快後樹脂摔出，樹脂分布不均勻，纖維性能發揮小。
液體成型工藝也是一個纖維到製件的直接工藝，為了提升製件的力學性能，纖維含量就要大，織物就需要製得緊密，這個為後面液體樹脂的充分、均勻浸潤形成矛盾。
技術實現要素：
本發明就是要整合上述工藝的優勢，去除劣勢，製備出一種新型的纖維增強複合材料，替代傳統材料與工藝，提升製件性能，提高工作效率，降低複合材料成本，解決複合材料製件低成本、批量生產的問題，為複合材料領域提供創新的解決方案。
本發明要解決的問題是通過以下的技術方案來實現的：研發特殊的熱固性樹脂，這些樹脂主要是指 環氧樹脂，也包括酚醛、雙馬來等樹脂，這些樹脂都要實現常溫儲存時間長(大於7天)，便於熱熔膠法浸潤，對各類纖維絲束的微纖維完全、充分浸潤；對碳纖維、玻璃纖維、芳綸、超高分子量聚乙烯纖維紗錠，通過恆張力切向放卷，把多根纖維絲束送到樹脂浸潤裝置中，樹脂對每根絲束做獨立的浸潤工藝，相互不影響，浸潤後的絲束預浸帶通過多輥驅動，牽引到卷繞機上，用精密交錯或平行卷繞方式把絲束預浸帶卷繞成紗錠，或不捲繞，在線短切。
本發明的有益效果：短切絲束預浸帶，對比其他的非連續複合材料，力學性能優越，同時還具備非連續複合材料成型工藝的簡單和批量生產的優勢；對比自動鋪纖機使用的分切預浸帶，絲束預浸帶的製備工藝大大縮減，分切必然會切斷部分纖維，導致纖維的力學性能不能充分發揮，絲束預浸帶沒有這個缺陷；分切絲束預浸帶由於複雜的工藝，複雜工藝中的耗材，成本非常高，絲束預浸帶工藝簡單，沒有或極少耗材，成本低；分切預浸帶的工藝決定了帶子的長度很短，不能有效地保證自動鋪纖機長時間的工作，絲束預浸帶源自原始纖維紗錠，可以做到原始纖維紗錠一樣的長度，保證了自動鋪纖機長時間工作，不用換紗錠；分切預浸帶必須通過冷庫儲存，絲束預浸帶可長時間常溫儲存。傳統的溼法纏繞有很多弊端，樹脂需要臨時配製，工作環境差，現場髒亂，纏繞機速度上不去，溼法纏繞的產品外觀差，纏繞過程纖維會滑動，固化過程需要旋轉製件，由於樹脂的不均與，只能發揮纖維的部分力學性能，製件的力學性能離散大，設計時取的安全係數高，這些弊端，在採用絲束預浸帶之後，全部可以改變。對於液體成型，獲取高的纖維含量，就需要把織物織造地非常密實，這又給後期的樹脂浸潤帶來困難，採用絲束預浸帶直接做密實織造，既可以得到密實的織物和很高的纖維含量，又可保證均勻、高效浸潤。總之，絲束預浸帶，這個創新的材料形態，可以集成現有纖維增強複合材料各類形態和工藝的優勢，去除各形態和工藝的劣勢，是一個革命性的技術進步。
附圖說明
圖中，1.紗架；2.浸潤；3.驅動；4.卷繞(或在線短切)。
具體實施方式
下面結合附圖對本發明進一步說明，但本發明的實施方式不限於此。
實施例
本發明一種生產絲束預浸帶的製備工藝，如圖所示。當纖維絲束通過恆張力切向放卷紗架(1)出來，把多根纖維絲束送到樹脂浸潤裝置(2)，樹脂對每根絲束做獨立的預浸工藝，相互不影響，浸潤後的絲束預浸潤帶通過多棍驅動(3)，牽引到卷繞機(4)上，用精密交錯或平行卷繞方式把絲束預浸潤帶卷繞成紗錠，或不捲繞，在線短切。