制造丝束预浸料的设备和方法技术

本发明专利技术提供了一种制造丝束预浸料的设备，其包括：扩幅辊，调节所供应的纤维的入射角；以及两个或更多个涂覆辊，包括第一辊和第二辊，第一辊和第二辊当该第一辊与第二辊之间具有一间隙时旋转，其中，从扩幅辊供应的纤维穿过第一辊与第二辊之间的间隙被用树脂涂覆。调节用于浸入树脂所供应的纤维的入射角，来调节施加于供应到涂覆辊的纤维的张力，从而调节树脂含量。本发明专利技术还提供了一种制造丝束预浸料的方法。

Equipment and method for manufacturing tow prepreg

The invention provides a device for manufacturing tow preprepreg, which comprises an expanding roll to adjust the incidence angle of the supplied fibers, and two or more coating rolls, including a first roll and a second roll, which rotate when there is a gap between the first roll and the second roll, in which the roll is supplied from the expanding roll. The gap between the first roller and the second roller is coated with resin. The incident angle of the fibers supplied by the resin immersion is adjusted to adjust the tension applied to the fibers supplied to the coating roll, thereby adjusting the resin content. The invention also provides a method for manufacturing the prepreg of the tow.

【技术实现步骤摘要】
制造丝束预浸料的设备和方法
本公开涉及制造丝束预浸料的设备和方法，并且更具体地，涉及制造可用作用于燃料电池车辆的压力容器材料的丝束预浸料的设备和方法。
技术介绍
用于储存高压气体的压力容器需要基本上坚固且具有抗高压特性的材料，并且具体地，为了提高燃料电池车辆的燃料效率和性能，结构的轻便性是必不可少的。轻质和坚固的碳纤维复合材料的应用是替代由金属形成的压力容器的最有效的方法之一。通过长丝缠绕(filamentwinding)方法制造由复合材料形成的压力容器。长丝缠绕方法可容易地通过整体成型来制造具有圆形形状或弯曲的结构，并且在负荷转移方向上集中地强化纤维，由此具有使复合材料的性能最大化的优点。长丝缠绕方法是通过围绕形状像圆柱的旋转模具(心轴)周围缠绕连续纤维(其中浸渍树脂)并硬化该连续纤维来制造旋转对称结构的复合材料成型方法。长丝缠绕方法可以采用湿式缠绕方法以及使用丝束预浸料的干式缠绕方法，在该湿式缠绕方法中，长丝在将加强纤维缠绕到模具周围之前立即穿过树脂浴时被浸渍。在当前应用于压力容器的大多数制造工序的湿式缠绕方法中，根据工序的特性，树脂的粘度需要非常低，其中，树脂浸渍到加强纤维中并且同时缠绕在模具上。因此，难以组合各种树脂和提供添加剂，使得难以实现树脂的各种性质。而且，由于相同的原因，在缠绕期间会产生滑动现象，使得难以缠绕复杂的图案。此外，纤维布置不均匀，使得纤维的再现性和可靠性相对较低，并且由于使用液态树脂而使工作场所受到污染，从而导致较差的制造环境。此外，因为强化纤维和树脂被浸渍在压力容器生产位置中，所以难以均匀地调节强化纤维和树脂的体积比，并且产品质量体积比的缺陷可能导致压力容器本身的缺陷。同时，干式缠绕方法使用丝束预浸料作为中间体(intermediary)，使得树脂预先以预定的体积比浸渍在强化纤维中。当使用丝束预浸料时，可以省略单独的树脂浸入工序，使得能够用简单和清洁的工序来制造压力容器。此外，由于预先以正确的体积比生产中间体，所以能够防止产生压力容器的体积比的缺陷。此外，由于使用了比应用于湿式缠绕工序的树脂粘度更高的树脂，所以丝束预浸料的表面具有粘接性并且下心轴与缠绕预浸料的表面可以接合，从而防止树脂在缠绕期间滑动，以及精确地制造可以以各种图案设计的压力容器。由于上述原因，作为用于下一代复合压力容器的芯部材料的丝束预浸料已受到关注。制造丝束预浸料的方法分为溶剂工序和热熔工序。溶剂工序是通过在能够熔融树脂的溶剂中稀释具有高粘度的树脂而为树脂赋予流动性的工序，以便将树脂浸渍在强化纤维中，将稀释的树脂浸入在强化纤维中，然后干燥并去除溶剂以制造丝束预浸料，并且其制造工序简单。然而，溶剂工序难以精确控制丝束预浸料的树脂和强化纤维的体积比，使得实际上难以在干燥期间完全去除丝束预浸料内的挥发性物质。在成型/硬化工序期间，丝束预浸料内的残留挥发性物质被气化以形成空隙，从而引起成型产品的性能显着降低的问题，并且由于这个原因，通过溶剂工序制造的丝束预浸料几乎不应用于包括高压容器的高性能复合材料。相反，热熔工序是通过加热具有高粘度的树脂并将树脂浸入在强化纤维中以产生流动性的方法，所以能够制造具有少挥发性物质的丝束预浸料。因此，热熔融工序可以精确地控制树脂和强化纤维的体积比，并因此可以是适于制造丝束预浸料的制造工序，该丝束预浸料适用于要求高再现性、可靠性和性能的复合材料产品。然而，目前还没有建立应用热熔工序的丝束预浸料的制造技术的标准，并且研究和开发活动很少。此外，已知将热熔丝束预浸料商品化的制造企业的生产效率低，并且由于这个原因，材料的价格非常高，所以难以切实地应用丝束预浸料来大量生产复合材料产品。因此，迫切需要开发准确且有效地制造丝束预浸料的设备和工序。在现有技术中，为了通过使用热熔工序来制造丝束预浸料，使用作为现有的热熔型预浸料制造方法的预浸料切缝方法和树脂膜转移方法。预浸料切缝方法是通过将预先制造的具有200mm至1000mm长宽度的预浸料切割成具有期望宽度的预浸料，然后重新缠绕预浸料来制造丝束预浸料的方法，并且制造所需的设备便宜，并且其制造方法也比较简单。然而，由于在切缝预浸料的工序期间纤维被损坏，所以在所制造的预浸料的边界处可能会产生单纱，使得当将丝束预浸料应用于成型产品时难以期望高性能。树脂转移方法的优点在于能够精确地控制树脂含量，但是其具有多个步骤的制造工序复杂，并且用于制造工序的设备昂贵。由于在制造丝束预浸料期间使用辅助材料(诸如离型纸和离型膜)，所以产品的生产成本增加，从而削弱了使用丝束预浸料的复合材料的价格竞争力。由于上述原因，存在通过使用直接涂覆方法来开发丝束预浸料的制造工序的需求，该制造工序中纤维损坏最小，生产设备和制造工序简单，并且不使用辅助材料。直接涂覆方法是一种制造丝束预浸料的工序，在该工序中，强化纤维直接遇到热熔融树脂并且树脂被浸渍，而不需要单独的成膜工序或预浸料制造工序，并且该工序的核心是能够在短时间内使强化纤维的单纱最小化的涂覆技术。例如，在美国专利申请公开第2012-0251823号(下文称为专利823)中，通过调节两个涂覆辊(其能够加热供应到涂覆区域的树脂并且由金属材料形成)之间的间隙来控制涂覆在碳纤维上的树脂量，然后通过应用短时间的高温热量给予树脂流动性(为此树脂穿过浸入区域)，使树脂被浸渍在碳纤维束之间。然后，通过在冷却区域中使用冷却辊来控制浸渍树脂的碳纤维的宽度，并且给出适当的粘度以完成并制造丝束预浸料。为了调节丝束预浸料的树脂含量，专利823提出控制两个涂覆辊之间间隙的方法，但仅用两个涂覆辊难以精确调节树脂的含量。此外，特别是当制造树脂含量少的丝束预浸料时，需要使两个涂覆辊之间的间隙明显减小，而在这种情况下，对位于金属辊之间的碳纤维施加过大的压力，使得碳纤维被压碎或断裂。此外，当制造具有低树脂量的丝束预浸料时，两个涂覆辊之间的间隙小，并因此穿过涂覆辊的树脂量小，使得树脂不能充分渗透到碳纤维束之间的间隙中。因此，需要通过增加树脂浸入区域的温度或增加区段的长度来促进树脂的浸渍。然而，在用于纤维束预浸料的树脂中混入了固化剂，使得当温度过高或者高温暴露时间增加时，存在硬化开始的问题。本
技术介绍
部分中公开的上述信息仅用于增强对本专利技术背景的理解，并因此其可能包含不构成本国本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。
技术实现思路
本公开致力于解决与现有技术相关的上述问题，并提供制造丝束预浸料的设备和方法，其设定了用于控制丝束预浸料的树脂含量的控制因子并改变控制因子，从而精确控制丝束预浸料的树脂含量并防止产品损伤，诸如单纱和热损伤等。在一方面，本公开提供了一种用于制造丝束预浸料的设备，该设备包括：扩幅辊，调节所供应的纤维的入射角；以及两个或更多个涂覆辊，包括第一辊和第二辊，该第一辊和第二辊当该第一辊和第二辊之间具有一间隙时旋转，其中，从扩幅辊供应的纤维穿过第一辊与第二辊之间的间隙以被用树脂涂覆。在优选的实施方式中，其中，扩幅辊形成为能移位的，使得扩幅辊的安装位置改变。在另一个优选的实施方式中，扩幅辊可在第一位置与第二位置之间移位并可被固定在移位后的位置，在第一位置处，纤维被竖直地供应到第一辊与第二辊之间的间隙，在第二位置处，形成一预定的最大入射角。在又一个优选的实施方式本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种制造丝束预浸料的设备，所述设备包括：扩幅辊，调节所供应的纤维的入射角；以及两个或更多个涂覆辊，包括第一辊和第二辊，所述第一辊和所述第二辊当所述第一辊与所述第二辊之间具有一间隙时旋转，其中，从所述扩幅辊供应的所述纤维穿过所述第一辊与所述第二辊之间的所述间隙以被用树脂涂覆。

【技术特征摘要】
2017.04.13 KR 10-2017-00477871.一种制造丝束预浸料的设备，所述设备包括：扩幅辊，调节所供应的纤维的入射角；以及两个或更多个涂覆辊，包括第一辊和第二辊，所述第一辊和所述第二辊当所述第一辊与所述第二辊之间具有一间隙时旋转，其中，从所述扩幅辊供应的所述纤维穿过所述第一辊与所述第二辊之间的所述间隙以被用树脂涂覆。2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述扩幅辊形成为能移位的，使得所述扩幅辊的安装位置改变。3.根据权利要求2所述的设备，其中，所述扩幅辊能在第一位置与第二位置之间移位并被固定在移位后的位置，在所述第一位置处，所述纤维被竖直地供应到所述第一辊与所述第二辊之间的所述间隙，在所述第二位置处，形成一预定的最大入射角。4.根据权利要求1所述的设备，其中，所述扩幅辊从0°到30°调节所述纤维的入射角。5.根据权利要求1所述的设备，其中，所述第一辊和所述第二辊由不同材料形成，并且所述第一辊和所述第二辊中的一个具有由弹性材料形成的表面。6.根据权利要求5所述的设备，其中，所述第一辊和所述第二辊中的除了具有由弹性材料形成的表面的辊之外的一个具有由非弹性材料形成的表面。7.根据权利要求5所述的设备，还包括：第三辊，在所述第二辊与所述第三辊之间形成一间隙，其中，所述纤维穿过所述第二辊与所述第三辊之间的所述间隙，其中，所述第三辊具有由与所述第一辊的表面的材料相同的材料形成的表面。8.根据权利要求7所述的设备，其中，所述第一辊和所述第三辊的表面的材料是橡胶，并且所述第二辊的表面的材料是金属。9.根据权利要求7所述的设备，其中，所述第一辊和所述第三辊的表面的材料是金属，并且所述第二辊的表面的材料是橡胶。10.根据权利要求7所述的设备，其中，所述第一辊与所述第二辊之间的所述间隙大于所述第二辊与所述第三辊之间的所述间隙。11.根据权利要求1所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑在旱，朴镛玟，朴鲁显，郑渊中，
申请(专利权)人：现代自动车株式会社，起亚自动车株式会社，
类型：发明
国别省市：韩国,KR