提高預(yù)浸帶樹脂浸透性和均勻性并減少孔隙的方法及裝置制造方法
【專利摘要】一種提高預(yù)浸帶樹脂浸透性和均勻性并減少孔隙的方法及裝置，先用熱壓輥使樹脂膠膜與由纖維絲束整合成的預(yù)浸帶滾壓貼合，此時樹脂初步浸透預(yù)浸帶；再通過超聲振動壓緊裝置進行超聲振動輔壓，得到樹脂浸透性和均勻性好且孔隙少的預(yù)浸帶。該裝置包括用于將纖維絲束整合成預(yù)浸帶的絲束整合裝置，絲束整合裝置的兩側(cè)設(shè)有樹脂膠膜卷，絲束整合裝置的出口方向上依次設(shè)有用于將預(yù)浸帶及其上下兩側(cè)的樹脂膠膜滾壓貼合的熱壓輥、對滾壓貼合后的預(yù)浸帶進行超聲振動輔壓的超聲振動壓緊裝置和收卷超聲振動輔壓后的預(yù)浸帶的收卷裝置。本發(fā)明能夠效提高樹脂在預(yù)浸帶中的浸透性及分布均勻性，同時減少預(yù)浸帶內(nèi)部孔隙缺陷，進而大大提高預(yù)浸帶的質(zhì)量。
【專利說明】提高預(yù)浸帶樹脂浸透性和均勻性并減少孔隙的方法及裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于預(yù)浸帶制造領(lǐng)域，具體涉及一種提高預(yù)浸帶樹脂浸透性和均勻性并減少孔隙的方法及裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]預(yù)浸帶是增強體與樹脂基體的組合物，是復(fù)合材料構(gòu)件的原材料之一，因此，預(yù)浸帶的質(zhì)量直接影響著復(fù)合材料構(gòu)件的性能。目前，復(fù)合材料已經(jīng)廣泛應(yīng)用于航空航天、軌道交通、能源等領(lǐng)域，對預(yù)浸帶的研究具有十分重要的意義。
[0003]評價預(yù)浸帶質(zhì)量的重要指標(biāo)之一為預(yù)浸帶浸透性及樹脂分布均勻性，同時孔隙缺陷的增多，直接導(dǎo)致了預(yù)浸帶力學(xué)性能的降低。纖維浸潰的膠量少，預(yù)浸帶浸透性不足，預(yù)浸帶的性能下降，導(dǎo)致后續(xù)復(fù)合材料構(gòu)件質(zhì)量不合格，不能滿足運用需求。目前，現(xiàn)有的預(yù)浸帶制作工藝中，很難較好的保證預(yù)浸帶的浸透性及樹脂分布均勻性、較少的孔隙缺陷，這將最終影響到復(fù)合材料在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種提高預(yù)浸帶樹脂浸透性和均勻性并減少孔隙的方法及裝置，能夠提高預(yù)浸帶的樹脂浸透性及分布均勻性，減少預(yù)浸帶內(nèi)部的孔隙缺陷。
[0005]為達到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:
[0006]一種提高預(yù)浸帶樹脂浸透性和均勻性并減少孔隙的方法，先采取干法制備的方式使樹脂膠膜與由纖維絲束整合成的預(yù)浸帶結(jié)合，并通過熱壓輥進行滾壓貼合，得到滾壓貼合后的預(yù)浸帶，此時樹脂初步浸透預(yù)浸帶；然后將滾壓貼合后的預(yù)浸帶通過超聲振動壓緊裝置進行超聲振動輔壓，使樹脂進一步浸透并均勻分布在預(yù)浸帶中，同時減少預(yù)浸帶中的孔隙缺陷，得到樹脂浸透性和均勻性好且孔隙少的預(yù)浸帶。
[0007]在超聲振動輔壓過程中，超聲振動的機械能轉(zhuǎn)換為熱能對滾壓貼合后的預(yù)浸帶進行加熱，加熱溫度為50?90°C。
[0008]對滾壓貼合后的預(yù)浸帶進行I?5次超聲振動輔壓，每次超聲振動輔壓過程中對滾壓貼合后的預(yù)浸帶的牽引速度為I?50mm/s。
[0009]在超聲振動輔壓過程中，超聲振動壓緊裝置的振動頻率為20KHz?40KHz、振幅為5 μ m?30 μ m、壓緊力為100?500N。
[0010]根據(jù)制得的滾壓貼合后的預(yù)浸帶的寬度，采用由若干個超聲振動壓緊裝置組成的超聲振動壓緊裝置陣列，對滾壓貼合后的預(yù)浸帶進行超聲振動輔壓，其中超聲振動壓緊裝置陣列中若干個超聲振動壓緊裝置交錯排列在滾壓貼合后的預(yù)浸帶的不同寬度位置上。
[0011]所述的纖維絲束包括碳纖維絲束和玻璃纖維絲束，所述的預(yù)浸帶包括碳纖維預(yù)浸帶和玻璃纖維預(yù)浸帶。
[0012]一種提高預(yù)浸帶樹脂浸透性和均勻性并減少孔隙的裝置，包括用于將纖維絲束整合成預(yù)浸帶的絲束整合裝置，絲束整合裝置的上下兩側(cè)設(shè)有由樹脂膠膜卷成的樹脂膠膜卷，絲束整合裝置的出口方向上依次設(shè)有用于將整合成的預(yù)浸帶及位于其上下兩側(cè)的樹脂膠膜進行滾壓貼合的熱壓輥、對滾壓貼合后的預(yù)浸帶進行超聲振動輔壓的超聲振動壓緊裝置和用于收卷超聲振動輔壓后的預(yù)浸帶的收卷裝置。
[0013]所述的超聲壓緊裝置包括用于產(chǎn)生超聲頻信號的超聲波發(fā)生器、用于將超聲頻信號轉(zhuǎn)換為超聲頻率的機械振動的換能器、用于增加超聲頻率的機械振動的振幅的變幅桿和在變幅桿的帶動下以超聲頻率的機械振動作用于預(yù)浸帶上的超聲壓頭，其中超聲波發(fā)生器通過連接線與換能器相連，換能器的下方設(shè)置有變幅桿，變幅桿的下方設(shè)置有超聲壓頭。
[0014]還包括用于配合超聲壓緊裝置對預(yù)浸帶進行超聲振動輔壓的壓輥，超聲壓緊裝置和壓輥分別位于預(yù)浸帶的兩側(cè)。
[0015]所述的絲束整合裝置的入口方向上設(shè)置有用于放置纖維絲束的纖維絲束紗架，纖維絲束紗架中的纖維絲束進入絲束整合裝置中整合成預(yù)浸帶；所述的樹脂膠膜卷與熱壓輥之間設(shè)有用于調(diào)整樹脂膠膜方向以便于熱壓輥滾壓貼合的導(dǎo)向輥。
[0016]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果:
[0017]本發(fā)明針對現(xiàn)有預(yù)浸帶制備過程中預(yù)浸帶浸透性及樹脂分布均勻性較差、預(yù)浸帶內(nèi)部孔隙缺陷較多的問題，提供了一種提高預(yù)浸帶樹脂浸透性和均勻性并減少孔隙的方法，首先采取干法制備的方式使樹脂膠膜與由纖維絲束整合成的預(yù)浸帶結(jié)合，并通過熱壓輥進行滾壓貼合，得到滾壓貼合后的預(yù)浸帶，通過熱壓輥的滾壓能夠?qū)渲瑪D壓進入到預(yù)浸帶內(nèi)部，初步實現(xiàn)樹脂對預(yù)浸帶的浸透；然后將滾壓貼合后的預(yù)浸帶通過超聲振動壓緊裝置進行超聲振動輔壓，使樹脂進一步浸透并均勻分布在預(yù)浸帶中，同時減少預(yù)浸帶中的孔隙缺陷，得到樹脂浸透性和均勻性好且孔隙少的預(yù)浸帶。超聲振動輔壓過程中，在超聲振動壓緊裝置區(qū)域?qū)a(chǎn)生大量熱量，導(dǎo)致預(yù)浸帶局部溫度的升高，導(dǎo)致樹脂的流動性增加，提高了樹脂在預(yù)浸帶內(nèi)部的均勻分布性；同時，具有一定壓緊力的超聲頻率的機械振動作用于預(yù)浸帶，樹脂在高頻的沖擊下有利于更好的與預(yù)浸帶結(jié)合，并能夠更好的向樹脂貧瘠區(qū)域的預(yù)浸帶進行浸透，填充預(yù)浸帶內(nèi)部的孔隙缺陷。因此，超聲振動輔壓過程中，可瞬間提高正在壓緊預(yù)浸帶區(qū)域的溫度，同時增強樹脂與預(yù)浸帶的結(jié)合力度，使樹脂在預(yù)浸帶中更好的向樹脂貧瘠區(qū)域進行浸透，提高樹脂對預(yù)浸帶的浸透性，提高預(yù)浸帶內(nèi)的樹脂分布均勻性，減少預(yù)浸帶內(nèi)部的孔隙缺陷。該方法靈活性好，效率高。預(yù)浸帶的制備效果可通過超聲振動壓緊裝置的頻率、振幅及壓緊力進行調(diào)節(jié)?？筛鶕?jù)最終要求達到的預(yù)浸帶的制備效果，選擇對滾壓貼合后的預(yù)浸帶進行適宜次數(shù)的超聲振動輔壓，能夠進一步提高預(yù)浸帶浸透性及樹脂分布均勻性。還可根據(jù)制備的預(yù)浸帶寬度，選擇合適數(shù)量的超聲振動壓緊裝置進行陣列排布，以滿足預(yù)浸帶的制備需求。
[0018]本發(fā)明提供的提高預(yù)浸帶樹脂浸透性和均勻性并減少孔隙的裝置，包括用于將纖維絲束整合成預(yù)浸帶的絲束整合裝置、用于將整合出的預(yù)浸帶及位于其上下兩側(cè)的樹脂膠膜進行滾壓貼合的熱壓輥、以及對滾壓貼合后的預(yù)浸帶進行超聲振動輔壓的超聲振動壓緊裝置。能夠?qū)⒗w維絲束的整合、樹脂膠膜的滾壓貼合和預(yù)浸帶的超聲振動輔壓按順序依次完成，其中超聲振動壓緊裝置能夠提供適宜的頻率、振幅及壓緊力和加熱溫度，以達到提高樹脂對預(yù)浸帶的浸透性，提高預(yù)浸帶內(nèi)的樹脂分布均勻性，減少預(yù)浸帶內(nèi)部的孔隙缺陷的目的。同時該裝置還具有結(jié)構(gòu)簡單、操作方便的優(yōu)點?！緦＠綀D】

【附圖說明】
[0019]圖1為本發(fā)明提高預(yù)浸帶樹脂浸透性和均勻性并減少孔隙的裝置示意圖；
[0020]圖2為超聲振動壓緊裝置陣列的示意圖；
[0021]其中:1為纖維絲束紗架，2為絲束整合裝置，3為樹脂膠膜卷，4為導(dǎo)向輥，5為熱壓輥，6為超聲振動壓緊裝置，7為收卷裝置，8為滾壓貼合后的預(yù)浸帶，9為壓輥，10為超聲壓頭，11為變幅桿，12為換能器，13為超聲波發(fā)生器。
【具體實施方式】
[0022]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步的詳細(xì)說明，所述是對本發(fā)明的解釋而不是限定。
[0023]參見圖1，本發(fā)明提供了一種提高預(yù)浸帶樹脂浸透性和均勻性并減少孔隙的裝置，包括用于將纖維絲束整合成預(yù)浸帶的絲束整合裝置2，絲束整合裝置2的入口方向上設(shè)置有用于放置纖維絲束的纖維絲束紗架1，絲束整合裝置2的上下兩側(cè)設(shè)有由樹脂膠膜卷成的樹脂膠膜卷3，絲束整合裝置2的出口方向上依次設(shè)有用于將整合出的預(yù)浸帶及位于其上下兩側(cè)的樹脂膠膜進行滾壓貼合的熱壓輥5、對滾壓貼合后的預(yù)浸帶8進行超聲振動輔壓的超聲振動壓緊裝置6和用于收卷超聲振動輔壓后的預(yù)浸帶的收卷裝置7。樹脂膠膜卷3與熱壓輥5之間設(shè)有用于調(diào)整樹脂膠膜方向以便于熱壓輥5滾壓貼合的導(dǎo)向輥4。超聲壓緊裝置6和壓輥9分別位于預(yù)浸帶的兩側(cè)，壓輥9配合超聲壓緊裝置6對預(yù)浸帶進行超聲振動輔壓。超聲壓緊裝置6包括用于產(chǎn)生超聲頻信號的超聲波發(fā)生器13、用于將超聲頻信號轉(zhuǎn)換為超聲頻率的機械振動的換能器12、用于增加超聲頻率的機械振動的振幅的變幅桿11和在變幅桿11的帶動下以超聲頻率的機械振動作用于預(yù)浸帶上的超聲壓頭10，其中超聲波發(fā)生器13通過連接線與換能器12相連，換能器12的下方設(shè)置有變幅桿11，變幅桿11的下方設(shè)置有超聲壓頭10。
[0024]參見圖1和圖2，本發(fā)明提供了一種提高預(yù)浸帶樹脂浸透性和均勻性并減少孔隙缺陷的方法，首先采取干法制備的方式使樹脂膠膜與由玻璃纖維絲束或碳纖維絲束整合成的玻璃纖維預(yù)浸帶或碳纖維預(yù)浸帶結(jié)合，并通過熱壓輥5進行滾壓貼合，得到滾壓貼合后的預(yù)浸帶8 (具體請參考文獻:纖維纏繞工藝浸膠技術(shù)研究進展[J]，玻璃鋼/復(fù)合材料，2010年05期)，此時樹脂初步浸透預(yù)浸帶；然后將滾壓貼合后的預(yù)浸帶8通過超聲振動壓緊裝置6進行周期性的超聲振動輔壓，實現(xiàn)對預(yù)浸帶的壓緊壓實，使樹脂進一步浸透預(yù)浸帶并在預(yù)浸帶中分布的更加均勻，同時減少預(yù)浸帶中的孔隙缺陷，得到樹脂浸透性和均勻性好且孔隙少的預(yù)浸帶。
[0025]將制備的預(yù)浸帶通過超聲振動壓緊裝置進行周期性的超聲振動輔壓，可有效提高預(yù)浸帶的浸透性及樹脂分布均勻性。同時，通過超聲振動壓緊裝置壓緊預(yù)浸帶可以有效的減少預(yù)浸帶內(nèi)部的孔隙缺陷。
[0026]超聲振動壓緊裝置的振動頻率為20KHz?40KHz，振幅為5 ii m?30 ii m，壓緊力為100?500N。超聲振動輔壓過程中，超聲振動的機械能轉(zhuǎn)換為熱能，對滾壓貼合后的預(yù)浸帶進行加熱，控制加熱溫度為50°C?90°C。預(yù)浸帶的制備效果可通過超聲振動壓緊裝置的頻率、振幅及壓緊力進行調(diào)節(jié)。
[0027]可以根據(jù)最終要求達到的預(yù)浸帶的制備效果選擇對滾壓貼合后的預(yù)浸帶進行I?5次超聲振動輔壓，能夠進一步提高預(yù)浸帶浸透性及樹脂分布均勻性，每次超聲振動輔壓過程中對滾壓貼合后的預(yù)浸帶的牽引速度為I?50毫米每秒。
[0028]如圖2所示，由于超聲振動壓緊裝置的尺寸、功率等的限制，可采用由若干個超聲振動壓緊裝置組成的超聲振動壓緊裝置陣列，對滾壓貼合后的預(yù)浸帶進行超聲振動輔壓，以滿足預(yù)浸帶制備的寬度需求，其中超聲振動壓緊裝置陣列中若干個超聲振動壓緊裝置交錯排列在滾壓貼合后的預(yù)浸帶的不同寬度位置上，保證滾壓貼合后的預(yù)浸帶的所有寬度位置都能被超聲振動壓緊裝置超聲振動輔壓。
[0029]本發(fā)明提供的提高預(yù)浸帶樹脂浸透性和均勻性并減少孔隙的方法及裝置，可有效解決現(xiàn)有預(yù)浸帶浸透性差的問題，提高預(yù)浸帶質(zhì)量，靈活性好，有較好的應(yīng)用前景。
[0030]以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實施方式對本發(fā)明所作的進一步詳細(xì)說明，不能認(rèn)定本發(fā)明的【具體實施方式】僅限于此，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，所做出簡單的推演或替換，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本發(fā)明由所提交的權(quán)利要求書確定專利保護范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種提高預(yù)浸帶樹脂浸透性和均勻性并減少孔隙的方法，其特征在于:先采取干法制備的方式使樹脂膠膜與由纖維絲束整合成的預(yù)浸帶結(jié)合，并通過熱壓輥進行滾壓貼合，得到滾壓貼合后的預(yù)浸帶，此時樹脂初步浸透預(yù)浸帶；然后將滾壓貼合后的預(yù)浸帶通過超聲振動壓緊裝置進行超聲振動輔壓，使樹脂進一步浸透并均勻分布在預(yù)浸帶中，同時減少預(yù)浸帶中的孔隙缺陷，得到樹脂浸透性和均勻性好且孔隙少的預(yù)浸帶。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高預(yù)浸帶樹脂浸透性和均勻性并減少孔隙的方法，其特征在于:在超聲振動輔壓過程中，超聲振動的機械能轉(zhuǎn)換為熱能對滾壓貼合后的預(yù)浸帶進行加熱，加熱溫度為50~90°C。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高預(yù)浸帶樹脂浸透性和均勻性并減少孔隙的方法，其特征在于:對滾壓貼合后的預(yù)浸帶進行I~5次超聲振動輔壓，每次超聲振動輔壓過程中對滾壓貼合后的預(yù)浸帶的牽引速度為I~50mm/s。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任意一項所述的提高預(yù)浸帶樹脂浸透性和均勻性并減少孔隙的方法，其特征在于:在超聲振動輔壓過程中，超聲振動壓緊裝置的振動頻率為20KHz~40KHz、振幅為5 μ m~3O μ m、壓緊力為100~δΟΟΝ。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任意一項所述的提高預(yù)浸帶樹脂浸透性和均勻性并減少孔隙的方法，其特征在于:根據(jù)制得的滾壓貼合后的預(yù)浸帶的寬度，采用由若干個超聲振動壓緊裝置組成的超聲振動壓緊裝置陣列，對滾壓貼合后的預(yù)浸帶進行超聲振動輔壓，其中超聲振動壓緊裝置陣列中若干個超聲振動壓緊裝置交錯排列在滾壓貼合后的預(yù)浸帶的不同寬度位置上。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任意一項所述的提高預(yù)浸帶樹脂浸透性和均勻性并減少孔隙的方法，其特征在于:所述的纖維絲束包括碳纖維絲束和玻璃纖維絲束，所述的預(yù)浸帶包括碳纖維預(yù)浸帶和玻璃纖維預(yù)浸帶。
7.一種提高預(yù)浸帶樹脂浸透性和均勻性并減少孔隙的裝置，其特征在于:包括用于將纖維絲束整合成預(yù)浸帶的絲束整合裝置(2)，絲束整合裝置(2)的上下兩側(cè)設(shè)有由樹脂膠膜卷成的樹脂膠膜卷(3)，絲束整合裝置(2)的出口方向上依次設(shè)有用于將整合成的預(yù)浸帶及位于其上下兩側(cè)的樹脂膠膜進行滾壓貼合的熱壓輥(5)、對滾壓貼合后的預(yù)浸帶(8)進行超聲振動輔壓的超聲振動壓緊裝置(6)和用于收卷超聲振動輔壓后的預(yù)浸帶的收卷裝置(7)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的提高預(yù)浸帶樹脂浸透性和均勻性并減少孔隙的裝置，其特征在于:所述的超聲壓緊裝置(6)包括用于產(chǎn)生超聲頻信號的超聲波發(fā)生器(13)、用于將超聲頻信號轉(zhuǎn)換為超聲頻率的機械振動的換能器(12)、用于增加超聲頻率的機械振動的振幅的變幅桿(11)和在變幅桿(11)的帶動下以超聲頻率的機械振動作用于預(yù)浸帶上的超聲壓頭(10)，其中超聲波發(fā)生器(13)通過連接線與換能器(12)相連，換能器(12)的下方設(shè)置有變幅桿(11)，變幅桿(11)的下方設(shè)置有超聲壓頭(10 )。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的提高預(yù)浸帶樹脂浸透性和均勻性并減少孔隙的裝置，其特征在于:還包括用于配合超聲壓緊裝置(6 )對預(yù)浸帶進行超聲振動輔壓的壓輥(9 )，超聲壓緊裝置(6)和壓輥(9)分別位于預(yù)浸帶的兩側(cè)。
10.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的提高預(yù)浸帶樹脂浸透性和均勻性并減少孔隙的裝置，其特征在于:所述的絲束整合裝置(2)的入口方向上設(shè)置有用于放置纖維絲束的纖維絲束紗架(1)，纖維絲束紗架(1)中的纖維絲束進入絲束整合裝置(2)中整合成預(yù)浸帶；所述的樹脂膠膜卷(3)與熱壓輥(5)之間設(shè)有用于調(diào)整樹脂膠 膜方向以便于熱壓輥(5)滾壓貼合的導(dǎo)向棍(4 )。
【文檔編號】B29B15/12GK103802230SQ201410064701
【公開日】2014年5月21日 申請日期:2014年2月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月25日
【發(fā)明者】段玉崗, 李超 申請人:西安交通大學(xué)