一種樹脂差異分布的預浸料製備方法與流程
2024-03-30 04:09:05
本發明涉及複合材料技術領域，特別涉及一種樹脂差異分布的預浸料製備方法。
背景技術：
纖維/樹脂基複合材料具有高比強度、高比模量、耐腐蝕、耐燒蝕、抗疲勞和尺寸穩定等一系列優異性能，已經軌道交通、體育休閒領域以及航空、航天結構件中得到廣泛的應用；預浸料是基體樹脂與增強材料結合形成的複合材料中間狀態產品，通過一定的鋪層工藝和固化工藝形成一定結構形狀、力學性能的複合材料。
預浸料在手工或自動設備鋪貼中，預浸料的操作工藝性好壞很大程度的影響了製件製造的效率，甚至會影響到最終的產品質量；粘性是預浸料操作工藝性的重要參考依據，直接影響了預浸料的鋪貼工藝性，不同的鋪層方式及模具形狀對預浸料的粘性要求不一樣，最佳的狀態是：既能與模具的隨型性好同時能將鋪貼好的預浸料進行分離。一種樹脂配方可能會應用到多種應用環境，為了適應不同應用環境，通常會調整樹脂配方來改變預浸料的粘性，但這樣的操作工藝缺點在於：一方面降低了材料的應用範圍；另一方面增加了資金的投入及延長材料開發的時間周期。
技術實現要素：
為解決上述問題，本發明提供了一種樹脂差異分布的預浸料製備方法，在不改變原體系樹脂配方的條件下，通過調節預浸料生成工藝進行粘性調整，能製備出滿足不同應用環境要求的預浸料，可以擴大材料應用範圍並節約材料研發成本。
本發明所述的一種樹脂差異分布的預浸料製備方法，其步驟為：
（1）將增韌劑粉末與基體樹脂經過充分混合後放置在塗膠機中，分別製成含不同樹脂克重的上膠膜及下膠膜；
（2）將步驟（1）得到的上膠膜和下膠膜分別通過紅外線儀檢測其厚度或面密度，然後分別通過冷卻板降低其溫度；
（3）將步驟（2）得到的上膠膜和下膠膜從預浸料機的上、下膠膜輥中引出，並分別與增強體的上下表面複合，然後通過熱壓輥，在熱壓輥的壓力下使上、下膠膜的樹脂基體熔融並分別對應浸漬到增強體中，得到上下表面粘性不同的預浸料；
（4）將步驟（3）得到的預浸料冷卻降溫後，對其進行切邊，並在其上下表面分別覆上PE膜或離型紙，然後將所述預浸料收卷。
其中，所述增強體材料可為玻璃纖維、碳纖維、芳綸纖維的任意一種或一種以上的組合物，所述增韌劑粉末為基體樹脂質量的5-30%。
進一步改進，步驟（1）中所述上膠膜的面密度（即樹脂克重）為40-50gsm，所述下膠膜的面密度（即樹脂克重）為20-30gsm。
由於基體樹脂都是單一組分，成分包含了樹脂及固化劑或催化劑，體系中化學交聯反應無時不刻地進行著，增加樹脂受熱史，樹脂反應程度提高，預浸料粘性下降，減少樹脂受熱史，預浸料粘性提高。
目前預浸料生產大都是採用熔融法，通常包括塗膜和含浸兩道工序，這種方法的好處：1）操作環境得到改善；2）樹脂含量能得到很好的控制；3）預浸料的揮發份能進一步降低。
由於預浸料的粘性主要是通過樹脂成分提供，樹脂在纖維層表面分布多少，直接影響到預浸料表面的粘性，進而影響到後續預浸料鋪層的工藝性，不同鋪貼面對粘性的需求不同，本發明通過塗膠機在步驟（1）所述的塗膜過程當中，不改變原體系基體樹脂配方，通過調節上、下膠膜的克重，生產上、下不同樹脂克重的膠膜，通過含浸工藝得到上下表面不同粘性的預浸料，可將粘性大的一面直接鋪貼在曲率較大的模具表面，避免發生預浸料與模具剝離而無法進行鋪貼，同時減少輔助加熱設備的投入，提高預浸料鋪貼的工作效率。
進一步改進，所述步驟（3）中熱壓輥的溫度為60～110℃。
進一步改進，所述步驟（3）中所述的熱壓輥之間的間距為0.08mm-0.25mm。
預浸料機的熱壓輥壓力作用的大小影響樹脂往纖維內部滲透多少，調節輥之間距離，可以控制受熱後的樹脂受壓力作用下向纖維內流動的程度，造成預浸料表面樹脂多少不同，進而影響預浸料表面粘性的大小。
進一步改進，所述增韌劑粉末至少包括交聯丁腈橡膠、聚醚碸、聚醚醚酮、核殼橡膠、聚醯亞胺、聚醯胺中的一種。
高性能預浸料通常韌性有一定的要求，為了滿足樹脂體系的耐熱性，熱塑性增韌劑是首選，以上熱塑性增韌劑屬於熱熔型且熱熔粘度很大，一旦增韌劑在樹脂基體中溶解，體系的粘度上漲很高，不利於後續的預浸料生產。本發明解決的另一技術問題是提供樹脂混合方式改進對預浸料粘性的調整。
進一步改進，所述增韌劑粉末以粉末分散狀態或熔融分散狀態或分布在基體樹脂中。
進一步改進，所述增韌劑粉末以粉末分散和熔融分散狀態分布在樹脂基體中，所述粉末分散和所述熔融分散的比例為0.2～5:1～5。
進一步改進，所述增韌劑粉末的分散粒徑D50≤50μm。
進一步改進，優選的，所述基體樹脂為低粘度樹脂，室溫條件下所述基體樹脂粘度小於或等於10000cps，且大於或等於5000cps。
對於預浸料基體樹脂粘性不高（如酚醛、苯並噁嗪）的體系，亦採用粘性不均勻分布滿足後期預浸料操作工藝性，粘性不均勻分布，可帶來與基材的不同剝離力，滿足在預浸料自動鋪帶過程中預浸料對模具及離型紙粘性的不同要求。
基體樹脂配方不改變，可通過增韌劑在樹脂基體的溶解程度和增韌劑的位置分布來調節預浸料表面的粘性，同時不影響最終複合材料的性能。增韌劑在樹脂基體的存在形式可以是粉末、熔融液體或兩者皆有，較優的組合是粉末與熔融液態同時存在，一方面可以提高增韌劑樹脂基體的比例，增加材料的韌性，同時又可以避免過多增韌劑粉料，增加預浸料生產難度，也避免增韌劑完全熔融，粘度急劇增大，增加樹脂混合與預浸料生產難度。
為了避免上述問題的存在，可將熔體粘度高的熱塑性增韌劑，如交聯丁腈橡膠或聚醚碸或聚醚醚酮或聚苯醚或聚醚醯亞胺或核殼聚合物，與樹脂配方中室溫粘度為2000～30000cps樹脂在較低溫度（通常為室溫條件）下進行預混合，優選室溫粘度為2000～10000cps的樹脂，通過上述預浸料的塗膜工藝，形成樹脂增韌膜，進而通過上述的含浸工藝，形成增韌劑不同分布，能較大程度的改變預浸料粘性的分布，為樹脂、預浸料生產的工藝操作帶來較大的操作空間，進而影響到預浸料的粘性控制。
本發明的有益效果為：通過不同生產工藝能使預浸料粘性得到合理的分布，有效改善預浸料的操作工藝性。適應對粘性不同要求的特殊應用環境，有利於擴大材料的應用範圍。
附圖說明
為了使本發明的內容更容易被清楚地理解，下面根據具體實施例並結合附圖，對本發明作進一步詳細的說明：
圖1是熔融法預浸料工藝流程圖。
其中，1-塗膠機，2-紅外線儀，3-預浸料機，4-冷卻輥，5-PE膜或離型紙，6-收卷盤。
具體實施方式
實施例 1
一種樹脂差異分布的預浸料製備方法，其步驟為：
（1）將增韌劑粉末與基體樹脂經過充分混合後放置在塗膠機中，按照樹脂含量33%，纖維面密度133gsm規格生產預浸料，分別製成面密度為40g的上膠膜及面密度為25g的下膠膜；
（2）將步驟（1）得到的上膠膜和下膠膜分別通過紅外線儀檢測其厚度或面密度，然後分別通過冷卻板降低其溫度；
（3）將步驟（2）得到的上膠膜和下膠膜從預浸料機的上、下膠膜輥中引出，並分別與增強體的上下表面複合，然後通過預浸料上下兩根熱壓輥之間，通過熱壓輥的壓力使上、下膠膜的樹脂基體熔融並分別對應浸漬到增強體中，得到上下表面粘性不同的預浸料；
（4）將步驟（3）得到的預浸料冷卻降溫後，對其進行切邊，並在其上下表面分別覆上PE膜，然後將所述預浸料通過收卷盤收卷。
其中，步驟（3）中熱壓輥的溫度為95℃，兩根熱壓輥之間的距離為0.2mm。
其中，步驟（1）中增韌劑粉末以粉末分散和熔融分散狀態分布在基體樹脂中，粉末分散和熔融分散的比例為5:5 。
步驟（3）中增強體材料為碳纖維織物，增韌劑為PES粉末（聚醚碸聚合物）。
實施例 2
一種樹脂差異分布的預浸料製備方法，其步驟為：
（1）將增韌劑粉末與基體樹脂經過充分混合後放置在塗膠機中，按照樹脂含量38%，纖維面密度145gsm規格生產預浸料,分別製成面密度為50g的上膠膜及面密度為28g的下膠膜；
（2）將步驟（1）得到的上膠膜和下膠膜分別通過紅外線儀檢測其厚度或面密度，然後分別通過冷卻板降低其溫度；
（3）將步驟（2）得到的上膠膜和下膠膜從預浸料機的上、下膠膜輥中引出，並分別與增強體的上下表面複合，然後通過預浸料上下兩根熱壓輥之間，通過熱壓輥的壓力使上、下膠膜的樹脂基體熔融並分別對應浸漬到增強體中，得到上下表面粘性不同的預浸料；
（4）將步驟（3）得到的預浸料冷卻降溫後，對其進行切邊，並在其上下表面分別覆上PE膜，然後將所述預浸料收卷。
其中，步驟（3）中熱壓輥的溫度為85℃，兩根熱壓輥之間的距離為0.2mm，
其中，步驟（1）中增韌劑粉末以粉末分散和熔融分散狀態分布在基體樹脂中，粉末分散和熔融分散的比例為3:1。
步驟（3）中增強體材料為碳纖維織物，增韌劑為PES粉末。
對於預浸料自動鋪帶技術，本發明所述的方法生產的預浸料，其可以滿足預浸料鋪貼的生產效率及鋪貼質量，預浸料與紙託（離型紙）粘性小，剝離力小，不會造成在鋪貼過程中帶料的現象；且預浸料之間具有相當的粘性，避免鋪貼過程中發生層與層之間分層及錯位的現象。
以上所述僅為本發明的優選方案，並非作為對本發明的進一步限定，凡是利用本發明說明書及附圖內容所作的各種等效變化均在本發明的保護範圍之內。