碳纖維預(yù)浸料的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種碳纖維預(yù)浸料的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]碳纖維是由有機纖維經(jīng)碳化及石墨化處理而得到的微晶石墨材料。碳纖維的微觀結(jié)構(gòu)類似人造石墨，是亂層石墨結(jié)構(gòu)。預(yù)浸料(Prepreg)是增強纖維(Reinforced Fiber)或織物浸潰在基體(Matrix)中制成的半固化片材，是復(fù)合材料的中間材料。碳纖維是一種力學(xué)性能優(yōu)異的新材料，它的比重不到鋼的1/4，碳纖維樹脂復(fù)合材料抗拉強度一般都在3500Mpa以上，是鋼的7、倍，抗拉彈性模量為2300(T43000Mpa亦高于鋼。同時具有優(yōu)異的導(dǎo)電性、化學(xué)惰性、耐蝕性、耐溫性等。廣泛應(yīng)用于民用，軍用，建筑，化工，工業(yè)，航天以及超級跑車領(lǐng)域，需求量逐年增加。
[0003]碳纖維預(yù)浸料是將碳纖維或織物與樹脂基體復(fù)合制成的半固化片材，是制造復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件的主要中間材料。目前碳纖維預(yù)浸料的應(yīng)用發(fā)展很快，大都由專業(yè)化工廠生產(chǎn)已經(jīng)有大量定型產(chǎn)品供用戶選用。生產(chǎn)方法大致可以分為兩類:干法和濕法。濕法是用樹脂固化體系溶液浸潰纖維，經(jīng)干燥除去溶劑，成為具有一定粘性的材料。因濕法制作過程中需大量溶劑，故環(huán)境友好性較差。干法是不用溶劑的預(yù)浸料生產(chǎn)方法，按其工藝不同可以分為:熱熔法和膠膜法。干法制備預(yù)浸料其優(yōu)點是不用溶劑，樹脂含量易控制，生產(chǎn)效率高，但設(shè)備要求較高。
[0004]目前與本發(fā)明相似實現(xiàn)方案有:1.專利CN103350513A所述使用單向纖維制備預(yù)浸料；2.專利CN102513264A所述采用自制浸膠機采用浸膠法制備碳纖維軟氈預(yù)浸料；3.專利CN102294846A所述采用干法涂膠法制備碳纖維網(wǎng)片增強型預(yù)浸料；4.專利CN101956306A所述涂膠碳纖維預(yù)浸料生產(chǎn)線。
[0005]目前預(yù)浸料的最大特點是生產(chǎn)難度大，傳統(tǒng)濕法需使用大量有機溶劑，污染嚴(yán)重。干法制備預(yù)浸料雖然比濕法有更多的優(yōu)點，但工序繁瑣、生產(chǎn)裝置復(fù)雜、昂貴。其后續(xù)的鋪層法生產(chǎn)操作緩慢，生產(chǎn)周期長。而且，通常的預(yù)浸料也不適合生產(chǎn)復(fù)雜幾何形狀產(chǎn)品，靈活性較差，在這方面，不及SMC、BMC方法。加之碳纖維本身價格就高，制造費用更高，從而導(dǎo)致碳纖維制品只限于在生產(chǎn)航空、航天、軍工類及高利潤的體育休閑器材中使用，高價格嚴(yán)重制約了碳纖維在其他工業(yè)領(lǐng)域中的大量應(yīng)用。
[0006]

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明解決的技術(shù)問題為克服現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，而提供一種碳纖維預(yù)浸料的制備方法。通過簡易改裝當(dāng)前SMC生產(chǎn)線，節(jié)約投資和成本，簡化生產(chǎn)工序，提高生產(chǎn)效率，可按客戶需求靈活采用生產(chǎn)類型。
[0008]本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為:一種碳纖維預(yù)浸料的制備方法，其特征是所述制備方法采用片狀模塑料機組，所述片狀模塑料機組刮糊槽外圍設(shè)置有恒溫保溫裝置，收卷機構(gòu)采用卷筒式收卷裝置及配套料架，主要步驟包括樹脂糊制作，樹脂糊采用占樹脂糊總重的50%-60%的樹脂、30%-40%的填料、10%的小料混合制成，制成的樹脂糊粘度在2000-5000 mPa.s ;樹脂糊、液體增稠劑在線混合，液體增稠劑選用氧化鎂粉末加載體樹脂進行配制，氧化鎂粉末重量占液體增稠劑總重量的百分比為35%-40%，在500rpm轉(zhuǎn)速的攪拌機下攪拌混合20min,在線混合后的糊料粘度在5000 mPa.s以下；碳纖維與在線混合后的糊料復(fù)合浸潰，在線混合后的糊料投放到安有過濾網(wǎng)的刮糊槽中，使在線混合后的糊料均勻刮附于承載膜上，開啟碳纖維輸送機構(gòu)，使碳纖維鋪設(shè)在上下兩層附有糊料的承載膜之間，經(jīng)浸潰滾筒完成碳纖維與在線混合后的糊料的滲透復(fù)合，采用卷筒式收卷裝置完成收卷；熟化。
[0009]本發(fā)明所述碳纖維為短切碳纖維、成品短切碳纖維、成卷碳纖維、成卷碳纖維織物中的一種或幾種；對于短切碳纖維，在紗箱內(nèi)裝置打紗輥；對于成品短切碳纖維，增設(shè)碳纖維送料機構(gòu)和計量輥；對于成卷碳纖維，在線切割裝置采用導(dǎo)電切割滾筒；對于成卷碳纖維織物，增設(shè)載物架及附屬氣動緊固張緊裝置。本發(fā)明充分利用現(xiàn)有的片狀模塑料機組，并針對不同的碳纖維原料采用相應(yīng)的設(shè)備，擴大了片狀模塑料機組的應(yīng)用范圍，使得其同時具備生產(chǎn)片狀模塑料和碳纖維預(yù)浸料的功能。
[0010]本發(fā)明所述碳纖維與在線混合后的糊料復(fù)合浸潰步驟中的刮糊厚度為0.2-lmm,刮糊幅寬500-1100mm，機組運行速度3_20m/min，浸潰壓力為0.4-0.5MPa。
[0011]本發(fā)明所述熟化步驟中的烘房溫度為40-45°C，熟化時間為48_72h。
[0012]本發(fā)明具有簡潔方便，充分利用片狀模塑料機組，成本低，生產(chǎn)效率高，污染小等特點。
【附圖說明】
[0013]圖1為本發(fā)明實施例短切碳纖維、成卷碳纖維織物組合構(gòu)成碳纖維預(yù)浸料主體的工藝示意圖。
[0014]圖2為本發(fā)明實施例短切碳纖維構(gòu)成碳纖維預(yù)浸料主體的工藝示意圖。
[0015]圖3為本發(fā)明實施例成卷碳纖維織物構(gòu)成碳纖維預(yù)浸料主體的工藝示意圖。
[0016]圖4為本發(fā)明實施例的流程示意圖。
【具體實施方式】
[0017]參見圖1?圖4，本發(fā)明實施例碳纖維預(yù)浸料的制備方法依托傳統(tǒng)SMC (片狀模塑料)機組，需對原有生產(chǎn)線增設(shè)和改造，主要改裝要點如下:
①針對短切碳纖維，需在紗箱內(nèi)裝置打紗輥1，以保證短切碳纖維可連續(xù)、均勻灑落于承載膜2上。對于成品短切碳纖維，需增設(shè)碳纖維送料機構(gòu)、計量輥，保證其穩(wěn)定連續(xù)送料。對于在線切割的成卷碳纖維，需采用導(dǎo)電切割滾筒，防止因靜電作用造成纏輥等現(xiàn)象。
[0018]②針對成卷碳纖維織物(包括成卷單向連續(xù)長纖)，需增設(shè)載物架及附屬氣動緊固張緊裝置，保證送料穩(wěn)定性。
[0019]③紗箱內(nèi)部電器裝置應(yīng)采取必要密封措施，防止碳纖維落入造成電源短路。切紗輥、壓紗輥等與碳纖維直接接觸設(shè)備應(yīng)使用導(dǎo)電材料或接地。
[0020]④建議在刮糊槽外圍設(shè)置恒溫保溫裝置，以保證糊料粘度及工藝一致性。[0021 ] ⑤收卷機構(gòu)由折疊式改為卷筒式收卷裝置及配套料架。
[0022]本發(fā)明實施例具有SMC生產(chǎn)的靈活性，工藝操作簡潔可行，主要分三個步驟:
(I)準(zhǔn)備工作:
本階段主要為原材