[發(fā)明專利]一種復(fù)合材料管的連續(xù)化制備方法

有效

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• 申請日: 2012-04-24
• 公開（公告）號: CN102642316A
• 公開（公告）日: 2012-08-22
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 施云舟;潘任行;朱曉萌;王彪;王華平
• 申請（專利權(quán)）人: 東華大學
• 主分類號: B29C70/50
• 分類號: B29C70/50;B29C70/54;B29C53/60;B29L23/00
• 代理公司: 上海天翔知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31224
• 代理人: 呂伴

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種復(fù)合材料管的連續(xù)化制備方法，特別涉及一種纖維增強復(fù)合材料管的連續(xù)化制備方法。

背景技術(shù)

纖維增強復(fù)合材料管是一種復(fù)合材料制品，常見的增強纖維有玻璃纖維和碳纖維等。和傳統(tǒng)的金屬管材相比，其擁有質(zhì)量輕，強度高，耐蝕性強的優(yōu)點，可被用于代替金屬材料作為各種結(jié)構(gòu)件，在航空航天、汽車制造、紡織機械等許多領(lǐng)域都有廣泛應(yīng)用。

纖維增強復(fù)合材料管通常通過纏繞成型或卷管成型的方法進行制備，纏繞成型即浸過樹脂基體膠液的連續(xù)纖維在張力作用下按照一定規(guī)律纏繞到芯模上，達到一定厚度后經(jīng)固化、脫模獲得的。纖維纏繞成型工藝具有機械自動化、可靠性高、生產(chǎn)效率高、制品質(zhì)量高而穩(wěn)定的優(yōu)點。然而現(xiàn)有的纖維纏繞設(shè)備無法進行小角度或軸向纖維的纏繞，纏繞角一般要求大于15度。當纏繞角小于15度時，纖維在張力作用下易在管口處發(fā)生滑脫，使纏繞失敗，另外還會出現(xiàn)展紗不良的問題。

卷管成型是將連續(xù)纖維預(yù)浸料在卷管機上熱卷成型復(fù)合材料管材的一種方法。和纏繞成型相比，卷管成型的優(yōu)勢在于該方法對鋪層纖維的方向沒有限制，可進行小角度或軸向纖維鋪層的鋪設(shè)，且操作方便；其缺點在于成型過程中連續(xù)纖維預(yù)浸料的張力較小，導(dǎo)致所制得管材的強度不高，主要用于對強度要求較低的民用制品的成型，如魚竿和高爾夫球桿等。

隨著科學技術(shù)的發(fā)展，許多領(lǐng)域?qū)Σ牧系男阅芤蔡岢隽烁叩囊蟆榱耸构芗哂斜M可能高的抗彎剛度和軸向強度，纖維應(yīng)沿軸向排布，且纖維與芯模軸線夾角越小，管的抗彎剛度和軸向強度越高。由于纏繞角度的限制，纏繞成型的纖維增強復(fù)合材料管的抗彎剛度和軸向強度都不高；卷管成型雖然能進行軸向纖維的鋪設(shè)，但是所制得管件的強度無法滿足較高要求。

為了使管件保證軸向強度的同時，具有較高抗彎剛度和軸向強度，目前纏繞成型工藝已有了不同方式的改進。常用的方法是在纏繞前在芯模表面包覆一層或多層纖維網(wǎng)格布或纖維氈作為內(nèi)襯層，在進行纖維的纏繞成型，這種方法通過內(nèi)襯層提供了一定的軸向強度，但效果并不顯著。其余方法主要可分為兩類。一類是在芯模端頭設(shè)計掛紗裝置，以防止在小角度纏繞時紗線滑脫，但這類方法需要使用特制的芯模，脫模時還需拆除掛紗裝置，且掛紗裝置占據(jù)了一定纏繞面積；另一類是一定寬度的單向布或網(wǎng)格布帶經(jīng)浸膠后以環(huán)向纏繞的方式在芯模表面纏繞，提供一定的軸向強度，通過這類方法制得的復(fù)合材料管能保證一定的軸向強度，但由于增強纖維沿軸線方向不連續(xù)，所以抗彎剛度并不高。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對現(xiàn)有纖維纏繞工藝難以實施軸向鋪層和小角度鋪層，所制得的纖維纏繞管抗彎剛度和軸向強度不高，應(yīng)用領(lǐng)域受限的問題，發(fā)明了一種能夠鋪設(shè)任意角度纖維，尤其是軸向和小角度纖維，并進行連續(xù)化制備的方法。本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種復(fù)合材料管的連續(xù)化制備方法，所述的連續(xù)化制備方法是指鋪層連續(xù)化，所述的鋪層包括兩個基本工序：

(1)卷繞，是指將連續(xù)纖維預(yù)浸料預(yù)熱后，在待加工表面卷繞一周，形成一層預(yù)浸料卷繞層。所述的連續(xù)纖維預(yù)浸料是指單向纖維預(yù)浸帶或纖維編織預(yù)浸布，預(yù)浸料的寬度與復(fù)合材料管的長度相同，在待加工面上卷繞n周后形成的n層預(yù)浸料卷繞層。預(yù)熱的方式有熱輥加熱、紅外燈輻照、熱風預(yù)熱或電熱板預(yù)熱，也可為其他預(yù)熱方式。預(yù)熱的目的是提高預(yù)浸料中樹脂基體的流動性，使預(yù)浸料充分發(fā)軟發(fā)粘，但又不出現(xiàn)明顯的流膠現(xiàn)象，提高預(yù)浸料的黏結(jié)性能。

(2)纏繞，是指將浸過樹脂基體膠液的連續(xù)纖維纏繞到待加工表面，纖維既不重疊又不離縫，均勻連續(xù)布滿待加工表面，形成一層纖維纏繞層。由于纏繞過程中，纖維是連續(xù)的，張緊的，所以成型后的纖維纏繞層能夠最大程度發(fā)揮纖維的強度。

鋪層：工序(1)和工序(2)在同一設(shè)備上輪流進行，順序按制品的不同鋪層要求進行調(diào)節(jié)；所述的輪流進行是指鋪層時，一層或一層以上纖維纏繞層與一層或一層以上預(yù)浸料卷繞層交替鋪設(shè)，至少交替兩次。

在所述的一層或一層以上纖維纏繞層中，相鄰兩層纖維纏繞層的纖維可以是同一種連續(xù)纖維，也可以是兩種不同的連續(xù)纖維。

在所述的一層或一層以上預(yù)浸料卷繞層中，相鄰兩層預(yù)浸料卷繞層可以同為單向纖維預(yù)浸帶或同為纖維編織預(yù)浸布，也可一層為單向纖維預(yù)浸帶，另一層為纖維編織預(yù)浸布。若相鄰兩層預(yù)浸料卷繞層同為單向纖維預(yù)浸帶，則這兩層可以為同一種單向纖維預(yù)浸帶，也可為兩種不同的單向纖維預(yù)浸帶；若相鄰兩層預(yù)浸料卷繞層同為纖維編織預(yù)浸布，則這兩層可以為同一種纖維編織預(yù)浸布，也可為兩種不同的纖維編織預(yù)浸布。