復(fù)合材料用的預(yù)浸料真空輔助制造方法和裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種復(fù)合材料用的預(yù)浸料真空輔助制造方法和裝置，制造方法，包括如下步驟：（1）涂覆了熱固性樹脂的第一離型層薄膜與復(fù)合在樹脂上的增強纖維或其織物在真空環(huán)境下進行浸潤，獲得浸潤物；（2）完成真空輔助浸潤過程后，將所述浸潤物覆蓋第二層離型薄膜后加熱加壓，即可獲得所述復(fù)合材料用的預(yù)浸料。本發(fā)明的制造方法，適用于不同粘度的樹脂，從而樹脂的選擇更為廣泛。該工藝也降低了對壓力和溫度的要求，從而簡化了生產(chǎn)設(shè)備和操作監(jiān)控。廣泛的樹脂選擇和簡化的工藝流程，不但降低了生產(chǎn)成本，而且擴大了預(yù)浸料的應(yīng)用范圍。
【專利說明】復(fù)合材料用的預(yù)浸料真空輔助制造方法和裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及復(fù)合材料用的預(yù)浸料制造方法和裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]增強纖維或織物與熱固性樹脂混合后，經(jīng)固化后成為復(fù)合材料。復(fù)合材料廣泛地應(yīng)用于航空，汽車，建筑和運動器材等領(lǐng)域。預(yù)浸料是常用的制造復(fù)合材料的中間產(chǎn)品。
[0003]預(yù)浸料為柔韌的寬帶。該寬帶系由增強纖維或織物為涂復(fù)在離型薄膜上的熱固性樹脂所浸潤，然后樹脂部分固化而制成。表面覆以離型薄膜后成為中間產(chǎn)品，可用于制造復(fù)合材料產(chǎn)品。
[0004]在復(fù)合材料產(chǎn)品的制造過程中，一定數(shù)量和形狀的預(yù)浸料除去覆蓋的離型薄膜疊合后放入相應(yīng)模具。然后施加一定的壓力和溫度，上述疊合的預(yù)浸料便在壓力之下加熱固化成為所需的復(fù)合材料產(chǎn)品。
[0005]目前，常規(guī)的制造預(yù)浸料的過程包括如下步驟:
[0006]液態(tài)熱固性樹脂涂覆到第一層離型薄膜上面。離型薄膜通常為防粘紙或聚乙烯薄膜。涂覆樹脂的離型薄膜與另一層涂覆或不涂覆樹脂的離型薄膜輸入一對滾筒之間。與其同步，與樹脂層等寬的增強纖維或織物也夾入上述兩層薄膜之間輸入上述一對滾筒。第一層薄膜，增強纖維或織物和第二層薄膜疊合后經(jīng)過壓力滾筒和加熱板。在壓力和溫度之下，增強纖維或織物為薄膜上的樹脂所浸潤。最后經(jīng)過冷卻收卷成為預(yù)浸料備用。
[0007]眾所周知，樹脂必須充分浸潤增強纖維或織物才能制造性能優(yōu)異的復(fù)合材料制品。為達到充分的浸潤，樹脂的初始粘度必須要低，而溫度和壓力必須要高。如上諸因素，使得樹脂的選擇受到限制，而且預(yù)浸料的生產(chǎn)設(shè)備和操作監(jiān)控趨于復(fù)雜。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的是提供一種復(fù)合材料用的預(yù)浸料真空輔助制造方法和裝置，以克服現(xiàn)有技術(shù)存在的上述缺陷。
[0009]本發(fā)明所述的方法，包括如下步驟:
[0010](I)涂覆了熱固性樹脂的第一離型層薄膜與復(fù)合在樹脂上的增強纖維或其織物在真空環(huán)境下進行浸潤，隨著空氣的抽除，熱固性樹脂滲透入增強纖維或織物，浸潤過程得以完成，獲得浸潤物；
[0011]所述第一離型層薄膜為防粘紙或聚乙烯膜，熱固性樹脂可以有較寬的粘度范圍，比如40°C時的粘度為2,000 ~ 30，OOOcp ；
[0012]優(yōu)選的，所述熱固性樹脂為環(huán)氧樹脂，乙烯基樹脂和不飽和聚酯或聚氨脂等熱固性樹脂；
[0013]所述增強纖維或其織物沒有限制，如為無機、有機或金屬增強纖維或其織物。無機類包括碳纖維、硼纖維、玻璃纖維，硅碳纖維及其相應(yīng)的織物、鋁化纖維或有機硅碳纖維等或其織物；有機類包括芳綸纖維和聚乙烯纖維及其相應(yīng)的織物。金屬類包括鋁纖維，鋼纖維和鈦纖維及其相應(yīng)的織物；
[0014]熱固性樹脂的涂覆厚度取決于增強纖維或織物的重量，增強纖維或其織物與熱固性樹脂的重量比為100/28?100/40，優(yōu)選比例為100/35 ；
[0015]浸潤時的真空度愈高愈有利于浸潤，囿于設(shè)備的限制，實際操作中，不應(yīng)低于700毫米水銀柱，優(yōu)選的，真空度為720?750毫米水銀柱，進一步優(yōu)選的，真空度為730?745毫米水銀柱；
[0016]浸潤時的操作溫度取決于所用熱固性樹脂的反應(yīng)活性，其范圍在40C?120°C ；
[0017]涂覆了熱固性樹脂的第一離型層薄膜與復(fù)合在樹脂上的增強纖維或其織物在真空環(huán)境下的停留時間不應(yīng)少于30秒，時間過短，浸潤過程無法及時完成，一般為30?60秒，時間過長可能導(dǎo)致樹脂成分逃逸，影響最終產(chǎn)品性能；
[0018](2)完成真空輔助浸潤過程后，所述浸潤物覆蓋第二層離型薄膜后進入常規(guī)預(yù)浸料制造程序，即加熱加壓，冷卻后收卷，即可獲得所述的復(fù)合材料用的預(yù)浸料；所述預(yù)浸料制造工藝為公知的技術(shù)，請參見 “Prepreg Technology” Hexcel Corporation, March2005,publication N0.FGUO17b及美國專利5，387，301等文獻，本發(fā)明不再贅述；
[0019]本發(fā)明的制造方法，適用于不同粘度的樹脂，從而樹脂的選擇更為廣泛。該工藝也降低了對壓力和溫度的要求，從而簡化了生產(chǎn)設(shè)備和操作監(jiān)控。廣泛的樹脂選擇和簡化的工藝流程，不但降低了生產(chǎn)成本，而且擴大了預(yù)浸料的應(yīng)用范圍。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1為預(yù)浸料真空輔助制造方法的裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021]圖2為真空室的裝置結(jié)構(gòu)和樹脂對纖維織物的滲透示意圖。
【具體實施方式】
[0022]參見圖1?2，用于實現(xiàn)本發(fā)明的方法的裝置，包括第一離型薄膜卷筒1、熱固性樹脂涂布設(shè)備2、加熱裝置3、增強纖維或其織物儲存卷筒4、熱壓導(dǎo)向滾筒5、與真空源6相連通的真空室7、加熱加壓區(qū)8、冷卻區(qū)9、第二離型薄膜收放裝置10和預(yù)浸料成品收卷筒11 ；
[0023]所述真空室7的一側(cè)設(shè)有進口 701，另一側(cè)設(shè)有出口 702，所述進口 701和出口 702之間為加工通道703，所述進口 701和出口 702均設(shè)有允許涂覆了熱固性樹脂201的第一離型層薄膜101與復(fù)合在熱固性樹脂上的增強纖維或其織物401通過并同時維持真空度的密封構(gòu)件30 ；
[0024]如圖2所示，優(yōu)選的，所述密封構(gòu)件30為門簾式密封裝置，所示門簾式密封裝置包括上密封門簾301和下密封門簾302，所述上密封門簾301的一端通過連接構(gòu)件303與所述進口 4和出口 5的上端相連接，另一端向下延伸至所述的加工通道703 ;所述下密封門簾302的一端通過連接構(gòu)件303與所述進口 4和出口 5的下端相連接，另一端向上延伸至所述的加工通道703 ；
[0025]上密封門簾301和下密封門簾302的材料優(yōu)選采用橡膠或類似材料制成，肖氏A硬度為70?90 ;
[0026]所述真空室7設(shè)置在所述第一離型薄膜卷筒1、樹脂涂布設(shè)備2和增強纖維或織物儲存卷筒4之后；[0027]所述熱壓導(dǎo)向滾筒5、加熱加壓區(qū)8、冷卻區(qū)9、第二離型薄膜收放裝置10和預(yù)浸料成品收卷筒11依次設(shè)置在真空室7的另一側(cè)；
[0028]優(yōu)選的，還包括切割輪12，所述切割輪12設(shè)置在收卷筒11之前；
[0029]熱固性樹脂涂布設(shè)備2優(yōu)選滾筒、刮刀式或行星輪等，沒有限制；
[0030]圖1的示意圖，所述裝置是水平方向的，顯然，也可以是垂直方向或任何角度設(shè)置，并不影響本發(fā)明的實施。
[0031]采用上述裝置，實現(xiàn)本發(fā)明的方法，包括如下步驟:
[0032](I)將第一離型薄膜101從第一離型薄膜卷筒I送入加熱裝置3加熱至40°C?120°C，取決于樹脂的反應(yīng)活性，熱固性樹脂201通過熱固性樹脂涂布設(shè)備2，將樹脂201涂覆到第一層離型薄膜101上，涂覆了熱固性樹脂201的第一層離型薄膜101，通過密封構(gòu)件30進入真空室7，與其同步，增強纖維或其織物401，也從增強纖維或其織物儲存卷筒4通過密封構(gòu)件30進入真空室7，并覆蓋在所述熱固性樹脂201上，在所述的加工通道703中，隨著空氣的抽除，熱固性樹脂I滲透入增強纖維或其織物401中，浸潤過程得以完成，獲得浸潤物50 ；
[0033]熱固性樹脂的涂覆厚度取決于增強纖維或織物的重量，增強纖維或其織物與熱固性樹脂的重量比為100/28?100/40，優(yōu)選比例為100/35 ；
[0034]真空室7的真空度不應(yīng)低于700毫米水銀柱，溫度為40°C?120°C，取決于樹脂反應(yīng)活性；優(yōu)選的，真空度為720?750毫米水銀柱，進一步優(yōu)選的，真空度為730?745毫米水銀柱；
[0035]涂覆了熱固性樹脂的第一離型層薄膜與復(fù)合在樹脂上的增強纖維或其織物在真空室7中的停留時間以完成浸潤為目的，一般為30秒到60秒鐘；
[0036](2)然后，在收卷筒11牽引下，所述浸潤物50進入加熱加壓區(qū)8，通過所述熱壓導(dǎo)向滾筒5進行熱壓，與其同步，涂覆或不涂覆樹脂層的第二層離型薄膜110，也從第二離型薄膜收放裝置10輸入熱壓導(dǎo)向滾筒5，第二層離型薄膜110覆蓋在浸潤物50上面，第二層離型薄膜110的目的是防止熱固性樹脂201中的揮發(fā)成份逃逸而影響樹脂性能，第一層離型薄膜101、熱固性樹脂201、增強纖維或其織物131、透氣層19和第二層離型薄膜701在加熱加壓區(qū)8，通過熱壓導(dǎo)向滾筒5的熱壓，復(fù)合在一起，然后經(jīng)過冷卻區(qū)9冷卻，第二層離型薄膜110分離，由第二離型薄膜收放裝置10，獲得的疊合層經(jīng)過切割輪12切割后，經(jīng)預(yù)浸料成品收卷筒11收卷筒收卷，獲得目標產(chǎn)物一預(yù)浸料；
[0037]加熱加壓區(qū)8的溫度為25 V?100°C，以降低黏度但不觸發(fā)樹脂反應(yīng)為宜；熱壓導(dǎo)向滾筒5施加的壓力為I?20kg/cm2，實際操作壓力取決于增強物的每平方米的單重和樹脂的黏度，具體的操作過程可參見“Prepreg Technology” Hexcel Corporation, March2005，publication N0.FGU 017b及美國專利5，387，301等文獻公開的技術(shù)。
[0038]所述第二離型層薄膜的材料與第二離型層薄膜相同，為防粘紙或聚乙烯膜，可采用商業(yè)化的類似產(chǎn)品；
[0039]實施例1
[0040]采用圖1?圖2的裝置，制備20公分寬環(huán)氧乙烯基酯樹脂預(yù)浸料，進而制作復(fù)合材料板。
[0041]熱固性樹脂采用市售環(huán)氧乙烯基酯樹脂。25°C的粘度為15，000cp。[0042]增強纖維或織物采用市售1180克/平米的單向玻璃布。
[0043]離型薄膜采用市售聚乙烯薄膜。
[0044]工藝條件:
[0045]單向玻璃布和樹脂層的重量比為100/35 ；
[0046]加熱裝置3的加熱溫度為40°C ；
[0047]真空室7的真空度為735毫米水銀柱，溫度為50°C ；
[0048]涂覆了熱固性樹脂的第一離型層薄膜與復(fù)合在樹脂上的增強纖維或其織物在真空室中的停留時間40秒鐘；
[0049]加熱加壓區(qū)8的溫度為50°C，壓力為1.5kg/cm2 ；
[0050]將5層獲得的預(yù)浸料除去離型薄膜疊合后，放入附真空系統(tǒng)的平板模具。達到并保持700毫米水銀柱后，然后放入60°C烘箱3小時，制成20公分寬，50公分長，0.4厘米厚的復(fù)合材料板。
[0051]檢測結(jié)果如下:
[0052]O度方向拉伸強度為980MPa，按GB/T2567-2008測試；
[0053]O度方向拉伸模量為110 6?&，按68八2567-2008測試。
[0054]實施例2
[0055]采用圖1~圖2的裝置，制備20公分寬環(huán)氧樹脂預(yù)浸料，進而制作復(fù)合材料板。
[0056]熱固性樹脂采用市售環(huán)氧樹脂。25°C的粘度為2，800Cpl5，000Cp。
[0057]增強纖維或織物采用市售1180克/平米的單向玻璃布。
[0058]離型薄膜采用市售聚乙烯薄膜。
[0059]工藝條件:
[0060]單向玻璃布和樹脂層的重量比為100/32 ；
[0061]加熱裝置3的加熱溫度為50°C ；
[0062]真空室7的真空度為750毫米水銀柱，溫度為60°C ；
[0063]涂覆了熱固性樹脂的第一離型層薄膜與復(fù)合在樹脂上的增強纖維或其織物在真空室中的停留時間30秒；
[0064]加熱加壓區(qū)8的溫度為70°C壓力為10kg/cm2 ；
[0065]將5層獲得的預(yù)浸料除去離型薄膜疊合后，放入附真空系統(tǒng)的平板模具。達到并保持700毫米水銀柱，然后放入110°C烘箱3小時，制成20公分寬，50公分長，0.4厘米厚的復(fù)合材料板。
[0066]檢測結(jié)果如下:
[0067]O度方向拉伸強度為1050MPa，按GB/T2567-2008測試；
[0068]O度方向拉伸模量為105GPa，按GB/T2567-2008測試。
【權(quán)利要求】
1.復(fù)合材料用的預(yù)浸料真空輔助制造方法，其特征在于，包括如下步驟: (1)涂覆了熱固性樹脂的第一離型層薄膜與復(fù)合在樹脂上的增強纖維或其織物在真空環(huán)境下進行浸潤，獲得浸潤物； (2)完成真空輔助浸潤過程后，將所述浸潤物覆蓋第二層離型薄膜后進入加熱加壓，即可獲得所述復(fù)合材料用的預(yù)浸料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一離型層薄膜為防粘紙或聚乙烯膜，所述熱固性樹脂40°C時的粘度為2，OOO?30，OOOcp，所述熱固性樹脂為環(huán)氧樹脂，乙烯基樹脂和不飽和聚酯或聚氨脂，所述增強纖維或其織物為無機、有機或金屬增強纖維或其織物。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，增強纖維或其織物與熱固性樹脂的重量比為 100/28 ?100/40。
4.根據(jù)權(quán)利要求1?3任一項所述的方法，其特征在于，浸潤時的真空度不低于700毫米水銀柱。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，浸潤時的真空度為720?750毫米水銀柱。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，浸潤時的溫度為40°C?120°C。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，涂覆了熱固性樹脂的第一離型層薄膜與復(fù)合在樹脂上的增強纖維或其織物在真空環(huán)境下的停留時間為30?60秒。
8.用于實現(xiàn)權(quán)利要求1?7任一項所述方法的裝置，其特征在于，包括第一離型薄膜卷筒(I)、熱固性樹脂涂布設(shè)備(2)、加熱裝置(3)、增強纖維或其織物儲存卷筒(4)、熱壓導(dǎo)向滾筒(5)、與真空源(6)相連通的真空室(7)、加熱加壓區(qū)(8)、冷卻區(qū)(9)、第二離型薄膜收放裝置(10)和預(yù)浸料成品收卷筒(11); 所述真空室(7 )的一側(cè)設(shè)有進口( 701)，另一側(cè)設(shè)有出口( 702 )，所述進口( 701)和出口(702)之間為加工通道(703)，所述進口(701)和出口(702)均設(shè)有允許涂覆了熱固性樹脂(201)的第一離型層薄膜(101)與復(fù)合在熱固性樹脂上的增強纖維或其織物(401)通過并同時維持真空度的密封構(gòu)件(30);所述真空室(7)設(shè)置在所述第一離型薄膜卷筒(I)、樹脂涂布設(shè)備(2)和增強纖維或織物儲存卷筒(4)之后； 所述熱壓導(dǎo)向滾筒(5)、加熱加壓區(qū)(8)、冷卻區(qū)(9)、第二離型薄膜收放裝置(10)和預(yù)浸料成品收卷筒(11)依次設(shè)置在真空室(7)的另一側(cè)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的裝置，其特征在于，所述密封構(gòu)件(30)包括上密封門簾(301)和下密封門簾(302)，所述上密封門簾(301)的一端通過連接構(gòu)件(303)與所述進口(4)和出口(5)的上端相連接，另一端向下延伸至所述的加工通道(703);所述下密封門簾(302)的一端通過連接構(gòu)件(303)與所述進口(4)和出口(5)的下端相連接，另一端向上延伸至所述的加工通道(703)。
10.根據(jù)權(quán)利要求8、9或10所述的裝置，其特征在于，還包括切割輪(12)，所述切割輪(12)設(shè)置在收卷筒(11)之前。
【文檔編號】B29C70/34GK103522554SQ201210234569
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2012年7月6日 優(yōu)先權(quán)日:2012年7月6日
【發(fā)明者】甘樹榜 申請人:上海欣晨新技術(shù)有限公司