專利名稱：纖維單向布的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于制造纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的增強(qiáng)材料——纖維單向布的制造方法。
廣泛用于航空、航天等行業(yè)的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料現(xiàn)已開始應(yīng)用于橋梁、工業(yè)和民用建筑的結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)用的增強(qiáng)織物，主要包括平紋布、斜紋布、緞紋布和簾子布等，其制造方法大體有二大生產(chǎn)流程一是準(zhǔn)備，將經(jīng)紗按產(chǎn)品規(guī)格要求制成一定幅寬、長度和總經(jīng)根數(shù)并卷繞在經(jīng)軸上，再將緯紗加工成滿足織造要求的紆子，二是將已制作的經(jīng)紗和緯紗在織機(jī)上相互交織成布，經(jīng)紗以絲片形式從經(jīng)軸上退解出來，然后通過后梁、分絞棒、綜眼、鋼筘在形成布時(shí)，經(jīng)紗形成棱口，緯紗通過梭口后從織機(jī)一側(cè)飛向另一側(cè)，然后由擺動(dòng)的筘座將梭口內(nèi)緯紗打向織口，形成經(jīng)緯交織的布。其中平紋布、斜紋布、緞紋布等纖維在其經(jīng)緯向上經(jīng)紗和緯紗是按比例分布的，所以經(jīng)向性能也按比例降低；又由于經(jīng)紗和緯紗是交織而成，所以經(jīng)緯向纖維存在彎曲，也會(huì)導(dǎo)致其性能下降；在裁剪時(shí)，布的邊緣會(huì)松散；簾子布雖無纖維彎曲，但不能沿經(jīng)向裁剪；所有這些制造方法都只適合用于小絲束(6K以下)來紡織纖維布，因?yàn)榻z束越大，加上交叉，造成樹脂浸漬困難，影響復(fù)合材料性能，又由于小絲束纖維，特別是碳纖維價(jià)格較高，因而傳統(tǒng)紡織法制備的纖維布成本較高，限制了纖維增強(qiáng)復(fù)合材料在建筑業(yè)的應(yīng)用和發(fā)展。
本發(fā)明的目的是提供一種纖維性能好，能夠任意裁剪、布的邊緣不松散、成本低廉的纖維單向布的制造方法。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案是，纖維平行排列后，控制纖維的整體張力，然后與兩面帶膠的纖維網(wǎng)格或樹脂膠網(wǎng)復(fù)合后一并進(jìn)入加熱區(qū)，網(wǎng)格膠受熱熔融，在壓輥壓力作用下將平行排列的單向纖維粘結(jié)夾固在一起，連續(xù)制備纖維單向布；其制備工藝是，(1)喂絲，根據(jù)纖維單向布厚度或單位面積質(zhì)量確定纖維束數(shù)；(2)纖維排列，單向纖維在所需寬度內(nèi)，通過梳子、展平輥使纖維平行排列展平；(3)整體張力調(diào)控，平行排列的單向纖維通過張力調(diào)節(jié)器來實(shí)施纖維的整體張力調(diào)控；(4)網(wǎng)格或膠網(wǎng)放卷，將成卷的帶膠纖維網(wǎng)格或樹脂膠網(wǎng)放卷，張力調(diào)至能張緊網(wǎng)格又不至于引起網(wǎng)格變形，或在此放置帶膠纖維網(wǎng)格制備裝置或樹脂膠網(wǎng)制備裝置，纖維網(wǎng)格可先浸膠再編制，也可先編制再浸膠；(5)加熱加壓復(fù)合，平行纖維和上下網(wǎng)格或膠網(wǎng)被一對壓輥輕壓疊合后進(jìn)入加熱區(qū)，纖維網(wǎng)格上的膠網(wǎng)熔融，在壓輥壓力作用下將纖維粘結(jié)牢固；(6)冷卻，纖維單向布經(jīng)過冷卻平臺(tái)冷卻至室溫定形；(7)牽引，以對夾式或包纏式牽引；(8)切邊，將兩邊多余纖維網(wǎng)格或膠網(wǎng)切除；(9)收卷，將纖維單向布收成卷狀。
本發(fā)明不僅可采用12K及其以上大絲束碳纖維為原材料，也可采用6K以下的小絲束碳纖維，不僅適用于碳纖維，也適用于芳綸纖維、玻璃纖維及其它高性能纖維，對網(wǎng)格纖維無特殊要求，纖維網(wǎng)格或膠網(wǎng)的用膠為與環(huán)氧樹脂相容的普通熱塑性樹脂或熱塑性樹脂與熱固性樹脂的共混物，由于采用整體張力控制，纖維排列平直，采用帶膠網(wǎng)格或膠網(wǎng)兩面粘夾的形式，不存在纖維彎曲的現(xiàn)象，其復(fù)合材料的力學(xué)性能優(yōu)良，而且裁剪后不會(huì)松散，可以任意裁剪，制造速度快、成本低，可設(shè)計(jì)性強(qiáng)。


圖1為本發(fā)明的工藝流程圖。
圖中1紗架，單絲張力調(diào)控，2纖維平行排列，3張力整體調(diào)控，4網(wǎng)格或膠網(wǎng)放卷或其制備裝置，5加熱加壓復(fù)合區(qū)，6冷卻，7牽制，8切邊，9收卷。
本發(fā)明的單向布制造技術(shù)是由下述的工藝步驟完成的1喂絲，根據(jù)纖維單向布厚度或單位面積質(zhì)量確定纖維束數(shù)，計(jì)算公式為n＝b×Q÷pL式中n為纖維束數(shù)，b為纖維單向布寬度，Q為纖維單位面積質(zhì)量，pL為纖維束線密度；厚度與單位面積質(zhì)量關(guān)系為h＝Q÷pL式中h為單向布厚度，Q為纖維單位面積質(zhì)量，p為纖維密度；纖維經(jīng)單束張力調(diào)控后，從紗架上引出。
2纖維排列，單向纖維在所需寬度內(nèi)，通過梳子平行排列，通過展平輥使纖維展平。
3整體張力調(diào)控，平行排列的單向纖維通過張力調(diào)節(jié)器來實(shí)施整體張力調(diào)控，整體張力的大小與牽引方式應(yīng)相互協(xié)調(diào)。
4網(wǎng)格或膠網(wǎng)放卷，將成卷的帶膠纖維網(wǎng)格或樹脂膠網(wǎng)放卷，張力調(diào)至能張緊網(wǎng)格又不至于引起網(wǎng)格變形，或在此放置帶膠纖維網(wǎng)格制備裝置或樹脂膠網(wǎng)制備裝置，纖維網(wǎng)格可先浸膠再編制，也可先編制再浸膠，一般為規(guī)則形狀，樹脂膠網(wǎng)采用轉(zhuǎn)移法為規(guī)則形狀，采用擦膠法為不規(guī)則形狀。
5加熱加壓復(fù)合，平行纖維和上下風(fēng)格或膠網(wǎng)被一對壓輥工壓疊合后進(jìn)入加熱區(qū)，纖維網(wǎng)格上的膠網(wǎng)熔融，在壓輥壓力作用下將纖維粘結(jié)牢固，形成纖維單向布，加熱區(qū)的長度影響生產(chǎn)速度。
6冷卻，纖維單向布經(jīng)過冷卻平臺(tái)冷卻至室溫定形，便于牽引。
7牽引，牽引力較大，可避免直接收卷牽引造成布的變形，牽引方式可采用對夾式或包纏式。
8切邊，將兩邊多作纖維網(wǎng)格或膠網(wǎng)切除，便于收卷和使用。
9收卷，將纖維單向布收成卷狀。
實(shí)施例一1.T700-12K碳纖維單向布(纖維網(wǎng))，碳纖維單位面積質(zhì)量300g/m2，厚度0.167mm，寬度300mm；2.將113筒T700-12K碳纖維從紗架上引出，單絲張力調(diào)至30g左右；3.纖維通過梳子排列后展平，控制寬度為300mm；4經(jīng)整體張力控制后和上下帶膠纖維網(wǎng)格進(jìn)入復(fù)合區(qū)，纖維網(wǎng)格為10×10mm正方形，緯向帶膠，經(jīng)向不帶膠，樹脂膠為聚乙烯醇縮醛和環(huán)氧樹脂的共混物；5在復(fù)合區(qū)網(wǎng)格上的膠受熱熔融，在壓力下將單向碳纖維粘結(jié)在一起，生產(chǎn)速度為3m/min～5m/min，復(fù)合溫度為60℃～90℃，復(fù)合壓力為0.1MPa～0.3Mpa；6冷卻定形后形成碳纖維單向布，冷卻溫度為10℃～15℃；7牽引、8切邊、9收卷。其力學(xué)性能
實(shí)施例二1.UT500-12K碳纖維單向布(纖維網(wǎng))，碳纖維單位面積質(zhì)量300g/m2，厚度0.167mm，寬度300mm；2將113筒UT500-12K碳纖維從紗架上引出，單絲張力調(diào)至30g左右；3纖維通過梳子排列后展平，控制寬度為300mm；4整體張力控制后和上下帶膠纖維網(wǎng)格進(jìn)入復(fù)合區(qū)，纖維網(wǎng)格為10×10mm正方形，緯向帶膠，經(jīng)向不帶膠，樹脂膠為丙烯酸酯和環(huán)氧樹脂的共混物；5在復(fù)合區(qū)網(wǎng)格上的膠受熱熔融，在壓力下將單向碳纖維粘結(jié)在一起，生產(chǎn)速度為3m/min～5m/min，復(fù)合溫度為60℃～90℃，復(fù)合壓力為0.1MPa～0.3Mpa；6冷卻定形后形成碳纖維單向布，冷卻溫度為10℃～15℃；7牽引、8切邊、9收卷。其力學(xué)性能
實(shí)施例三1.HTA-12K碳纖維單向布(纖維網(wǎng))，碳纖維單位面積質(zhì)量300g/m2，厚度0.167mm，寬度300mm；2將113筒HTA-12K碳纖維從紗架上引出，單絲張力調(diào)至30g左右；3纖維通過梳子排列后展平，控制寬度為300mm；4經(jīng)整體張力控制后和上下帶膠纖維網(wǎng)格進(jìn)入復(fù)合區(qū)，纖維網(wǎng)格形式為三角形，樹脂膠為乙烯-醋酸乙烯共聚物和環(huán)氧樹脂的共混物；5在復(fù)合區(qū)網(wǎng)格上的膠受熱熔融，在壓力下將單向碳纖維粘結(jié)在一起，生產(chǎn)速度為3m/min～5m/min，復(fù)合溫度為60℃～90℃，復(fù)合壓力為0.1MPa～0.3Mpa；6冷卻定形后形成碳纖維單向布，冷卻溫度為10℃～15℃；7牽引、8切邊、9收卷。其力學(xué)性能
實(shí)施例四1.FORTAFIL-80K碳纖維單向布(纖維網(wǎng))，碳纖維單位面積質(zhì)量300g/m2，厚度0.167mm，寬度300mm；2將23筒FORTAFIL-80K碳纖維從紗架上引出，單絲張力調(diào)至50g左右；3纖維通過梳子排列后展平，控制寬度為300mm；4經(jīng)整體張力控制后和上下帶膠纖維網(wǎng)格進(jìn)入復(fù)合區(qū)，纖維網(wǎng)格為10×10mm正方形，緯向帶膠，經(jīng)向不帶膠，樹脂膠為乙烯-醋酸乙烯共聚物和環(huán)氧樹脂的共混物；5在復(fù)合區(qū)網(wǎng)格上的膠受熱熔融，在壓力下將單向碳纖維粘結(jié)在一起，生產(chǎn)速度為3m/min～5m/min，復(fù)合溫度為60℃～90℃，復(fù)合壓力為0.1MPa～0.3Mpa；6冷卻定形后形成碳纖維單向布，冷卻溫度為10℃～15℃；7牽引、8切邊、9收卷。其力學(xué)性能
實(shí)施例五1.UT500-12K碳纖維單向布(膠網(wǎng))，碳纖維單位面積質(zhì)量300g/m2，厚度0.167mm，寬度300mm；2將113筒UT500-12K碳纖維從紗架上引出，單絲張力調(diào)至30g左右；3纖維通過梳子排列后展平，控制寬度為300mm；4經(jīng)整體張力控制后和上下樹脂膠網(wǎng)進(jìn)入復(fù)合區(qū)，樹脂膠網(wǎng)為菱形，樹脂溶液為丙烯酸脂和環(huán)氧樹脂共混物的丙酮溶液；5在復(fù)合區(qū)膠網(wǎng)格受熱熔融，在壓力下將單向碳纖維粘結(jié)在一起，生產(chǎn)速度為3m/min～5m/min，復(fù)合溫度為60℃～90℃，復(fù)合壓力為0.1MPa～0.3Mpa；6冷卻定形后形成碳纖維單向布，冷卻溫度為10℃～15℃；7牽引、8切邊、9收卷。其力學(xué)性能
實(shí)施例六1.T700-12K碳纖維單向布(膠網(wǎng))，碳纖維單位面積質(zhì)量300g/m2，厚度0.167mm，寬度300mm；2將113筒T700-12K碳纖維從紗架上引出，單絲張力調(diào)至30g左右；3纖維通過梳子排列后展平，控制寬度為300mm；4經(jīng)整體張力控制后和上下樹脂膠網(wǎng)進(jìn)入復(fù)合區(qū)，樹脂膠網(wǎng)為不規(guī)則形狀，緯向帶膠，經(jīng)向不帶膠，樹脂膠為乙烯-醋酸乙烯共聚物和環(huán)氧樹脂的共混物；5在復(fù)合區(qū)網(wǎng)格上的膠受熱熔融，在壓力下將單向碳纖維粘結(jié)在一起，生產(chǎn)速度為3m/min～5m/min，復(fù)合溫度為60℃～90℃，復(fù)合壓力為0.1MPa～0.3Mpa；6冷卻定形后形成碳纖維單向布，冷卻溫度為10℃～15℃；7牽引、8切邊、9收卷。其力學(xué)性能
權(quán)利要求
1.一種纖維單向布的制造方法，其特征是，將纖維平行排列后，控制纖維的整體張力，然后與兩面帶膠纖維網(wǎng)格或樹脂膠網(wǎng)復(fù)合后一并進(jìn)入加熱區(qū)，網(wǎng)格膠受熱熔融，在壓輥壓力作用下將平行排列的單向纖維粘結(jié)夾固在一起，連續(xù)制備纖維單布。
2.根據(jù)權(quán)利要求1述的纖維單向布的制造方法，其特征是，纖維單向布的制造工藝是，(1)喂絲，根據(jù)纖維單向布厚度或單位面積質(zhì)量確定纖維束數(shù)；(2)纖維排列，單向纖維在所需寬度內(nèi)，通過梳子、展平輥使纖維平行排列展平；(3)整體張力調(diào)控，平行排列的單向纖維通過張力調(diào)節(jié)器來實(shí)施整體張力調(diào)控；(4)網(wǎng)格或膠網(wǎng)放卷，將成卷的帶膠纖維網(wǎng)格或樹脂膠網(wǎng)放卷，張力調(diào)至能張緊網(wǎng)格又不至于引起網(wǎng)格變形，或在此放置帶膠纖維網(wǎng)格制備裝置或樹脂膠網(wǎng)制備裝置，纖維網(wǎng)格可先浸膠再編制，也可先編制再浸膠；(5)加熱加壓復(fù)合，平行纖維和上下網(wǎng)格或膠網(wǎng)被一對壓輥輕壓疊合后進(jìn)入加熱區(qū)，纖維網(wǎng)格上的膠網(wǎng)熔融，在壓輥壓力作用下將纖維粘結(jié)牢固；(6)冷卻，纖維單向布經(jīng)過冷卻平臺(tái)冷卻至室溫定形；(7)牽引，以對夾式或包纏式牽引；(8)切邊，將兩邊多余纖維網(wǎng)格或膠網(wǎng)切除；(9)收卷，將纖維單向布收成卷狀。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的纖維單向布的制造方法，其特征是，粘結(jié)夾固平行排列的單向纖維采用兩面帶膠纖維網(wǎng)格或樹脂膠網(wǎng)格。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的纖維單向布的制造方法，其特征是，纖維網(wǎng)格或樹脂膠網(wǎng)為四邊形或三角形
全文摘要
本發(fā)明涉及一種纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的增強(qiáng)材料--纖維單向布的制造方法。首先將纖維平行排列后,然后控制纖維的整體張力,再與兩面帶膠纖維網(wǎng)格或樹脂網(wǎng)格復(fù)合后一并進(jìn)入加熱區(qū),網(wǎng)格膠受熱熔融,在壓輥壓力作用下將平行排列的單向纖維粘結(jié)夾固在一起,連續(xù)快速制備纖維單布。本發(fā)明不僅可用大絲束纖維為原材料,也可用小絲束纖維,對網(wǎng)格纖維無特殊要求,纖維排列平直,不存在纖維彎曲的現(xiàn)象,其復(fù)合材料的力學(xué)性能優(yōu)良,而且裁剪后不會(huì)松散,制造速度快、成本低。
文檔編號D04H3/12GK1375590SQ0110967
公開日2002年10月23日 申請日期2001年3月19日 優(yōu)先權(quán)日2001年3月19日
發(fā)明者沈超 申請人:北京航空材料研究院