[發明專利]制造絲束預浸料的設備和方法

有效

• 申請號: 201711130422.0
• 申請日: 2017-11-15
• 公開（公告）號: CN108724769B
• 公開（公告）日: 2020-08-04
• 發明（設計）人: 鄭在旱;樸鏞玟;樸魯顯;鄭淵中
• 申請（專利權）人: 現代自動車株式會社;起亞自動車株式會社
• 主分類號: B29C70/50
• 分類號: B29C70/50;B29B15/12;B29C43/24;B29C43/28
• 代理公司: 北京康信知識產權代理有限責任公司 11240
• 代理人: 陳鵬;李靜

本發明提供了一種制造絲束預浸料的設備，其包括：擴幅輥，調節所供應的纖維的入射角；以及兩個或更多個涂覆輥，包括第一輥和第二輥，第一輥和第二輥當該第一輥與第二輥之間具有一間隙時旋轉，其中，從擴幅輥供應的纖維穿過第一輥與第二輥之間的間隙被用樹脂涂覆。調節用于浸入樹脂所供應的纖維的入射角，來調節施加于供應到涂覆輥的纖維的張力，從而調節樹脂含量。本發明還提供了一種制造絲束預浸料的方法。

技術領域

本公開涉及制造絲束預浸料的設備和方法，并且更具體地，涉及制造可用作用于燃料電池車輛的壓力容器材料的絲束預浸料的設備和方法。

背景技術

用于儲存高壓氣體的壓力容器需要基本上堅固且具有抗高壓特性的材料，并且具體地，為了提高燃料電池車輛的燃料效率和性能，結構的輕便性是必不可少的。輕質和堅固的碳纖維復合材料的應用是替代由金屬形成的壓力容器的最有效的方法之一。

通過長絲纏繞(filament winding)方法制造由復合材料形成的壓力容器。長絲纏繞方法可容易地通過整體成型來制造具有圓形形狀或彎曲的結構，并且在負荷轉移方向上集中地強化纖維，由此具有使復合材料的性能最大化的優點。長絲纏繞方法是通過圍繞形狀像圓柱的旋轉模具(心軸)周圍纏繞連續纖維(其中浸漬樹脂)并硬化該連續纖維來制造旋轉對稱結構的復合材料成型方法。長絲纏繞方法可以采用濕式纏繞方法以及使用絲束預浸料的干式纏繞方法，在該濕式纏繞方法中，長絲在將加強纖維纏繞到模具周圍之前立即穿過樹脂浴時被浸漬。

在當前應用于壓力容器的大多數制造工序的濕式纏繞方法中，根據工序的特性，樹脂的粘度需要非常低，其中，樹脂浸漬到加強纖維中并且同時纏繞在模具上。因此，難以組合各種樹脂和提供添加劑，使得難以實現樹脂的各種性質。而且，由于相同的原因，在纏繞期間會產生滑動現象，使得難以纏繞復雜的圖案。此外，纖維布置不均勻，使得纖維的再現性和可靠性相對較低，并且由于使用液態樹脂而使工作場所受到污染，從而導致較差的制造環境。此外，因為強化纖維和樹脂被浸漬在壓力容器生產位置中，所以難以均勻地調節強化纖維和樹脂的體積比，并且產品質量體積比的缺陷可能導致壓力容器本身的缺陷。

同時，干式纏繞方法使用絲束預浸料作為中間體(intermediary)，使得樹脂預先以預定的體積比浸漬在強化纖維中。當使用絲束預浸料時，可以省略單獨的樹脂浸入工序，使得能夠用簡單和清潔的工序來制造壓力容器。此外，由于預先以正確的體積比生產中間體，所以能夠防止產生壓力容器的體積比的缺陷。此外，由于使用了比應用于濕式纏繞工序的樹脂粘度更高的樹脂，所以絲束預浸料的表面具有粘接性并且下心軸與纏繞預浸料的表面可以接合，從而防止樹脂在纏繞期間滑動，以及精確地制造可以以各種圖案設計的壓力容器。由于上述原因，作為用于下一代復合壓力容器的芯部材料的絲束預浸料已受到關注。

制造絲束預浸料的方法分為溶劑工序和熱熔工序。

溶劑工序是通過在能夠熔融樹脂的溶劑中稀釋具有高粘度的樹脂而為樹脂賦予流動性的工序，以便將樹脂浸漬在強化纖維中，將稀釋的樹脂浸入在強化纖維中，然后干燥并去除溶劑以制造絲束預浸料，并且其制造工序簡單。然而，溶劑工序難以精確控制絲束預浸料的樹脂和強化纖維的體積比，使得實際上難以在干燥期間完全去除絲束預浸料內的揮發性物質。在成型/硬化工序期間，絲束預浸料內的殘留揮發性物質被氣化以形成空隙，從而引起成型產品的性能顯著降低的問題，并且由于這個原因，通過溶劑工序制造的絲束預浸料幾乎不應用于包括高壓容器的高性能復合材料。

相反，熱熔工序是通過加熱具有高粘度的樹脂并將樹脂浸入在強化纖維中以產生流動性的方法，所以能夠制造具有少揮發性物質的絲束預浸料。因此，熱熔融工序可以精確地控制樹脂和強化纖維的體積比，并因此可以是適于制造絲束預浸料的制造工序，該絲束預浸料適用于要求高再現性、可靠性和性能的復合材料產品。然而，目前還沒有建立應用熱熔工序的絲束預浸料的制造技術的標準，并且研究和開發活動很少。此外，已知將熱熔絲束預浸料商品化的制造企業的生產效率低，并且由于這個原因，材料的價格非常高，所以難以切實地應用絲束預浸料來大量生產復合材料產品。因此，迫切需要開發準確且有效地制造絲束預浸料的設備和工序。