预浸母卷和分切带及方法技术

本发明专利技术提供厚热固性预浸片和分切带及其生产方法和设备。生产方法和设备。生产方法和设备。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】预浸母卷和分切带及方法
[0001]本申请主张于2019年9月6日提交的专利技术名称为“预浸母卷和分切带及方法”的在先美国临时专利申请第62/897,114号的权益，其内容以全文引用的方式并入本文。


[0002]本申请涉及一种制备热固性预浸母卷和热固性预浸分切带的方法及其产品。具体地，本申请涉及一种在不损害分切带质量，特别是不增加空隙、纤维可润湿性差等的可能性的情况下，制备厚度增强的热固性预浸母卷和分切带的方法，以及由此产生的母卷和分切带，其中该方法包括将两张或多张热固性预浸片材，特别是单向热固性预浸片材接合，形成厚母卷，然后将形成的厚母卷分切，形成厚分切带。

技术介绍

[0003]复合材料技术的进步对产品设计和工程以及最终的制造产生了显著的影响。早期的方法包括手工铺设纤维材料和片，随后对铺设的材料进行浸渍，之后铺设预浸渍的纤维片和垫，然后进行压缩成型和固化，这些复合材料和技术在许多领域被迅速采纳和使用。然而，尽管这种方法对许多应用来说是有用的，但缓慢地有条不紊地堆积材料层是非常耗费人力的，其经常涉及到危险化学品的使用，更重要的是，涉及到使用不稳定的材料和/或操作时间有限的材料。因此，这虽然是行业的明显进步，但其应用仍然是有限的，且成本很高。
[0004]复合材料和技术的后续进展导致了连续制造技术的产生。大概，这些技术中最重要的是细丝缠绕，其中某些纤维材料的连续丝束被拉入可固化材料浴，与可固化材料一同浸渍，然后将湿丝束缠绕在芯轴上，形成所需的部件，优选采取某种即时固化措施(通常是紫外线固化)，以达到成型状态，从而防止树脂材料过度流动，在缠绕过程中保持纤维位置，随后缠绕结构被完全固化。然而，这些操作是非常缓慢和耗时的，这在很大程度上是由于丝束的宽度过窄。更重要的是，这些过程所需的资本是非常密集的，因为整个操作，从可固化组合物的制备到纤维材料丝束的润湿，以及之后的部件本身的形成，都必须在彼此邻近的地方进行，通常是在同一楼层空间。
[0005]制造和材料技术的不断进展，使人们有能力制备切割片，随后是“成型状态”或部分固化的预浸料的母卷：后者的形式是编织纤维丝束或单向平行纤维丝束的连续条和片，最典型的是玻璃或碳纤维，用热固/热固性树脂，特别是环氧树脂(epoxy)、BMI或聚酰亚胺树脂浸渍。这些预浸料通常在支撑片材上形成，或涂在支撑片材上，通常是纸或聚合物膜，特别是聚烯烃膜，它也作为分离器或内衬材料，防止切割片堆叠或连续缠绕的连续层，防止母卷以及预浸料相互接触、粘连或交融的连续层。然后，这样形成的预浸料的切割片和母卷被储存和运往最终的终端用户，用于制造复合材料结构。由于热固/热固性树脂材料的不稳定性，这些切割片和母卷在使用或进一步加工之前被储存并保持在明显降低的温度下，通常是在冰点或冰点以下，以防止或至少显著延缓热固性树脂的过早固化。事实证明，固有的成本优势和对专业技术的关注(例如，预浸料制造商专注于预浸料的化学和制造，而产品制造商专注于铺设过程)在各方面都是有利的。最终的复合材料产品制造商不再需要投资于
资本设备、消耗材料、管理费用、空间要求、专业技术和技术人员人员来制造预浸料。
[0006]早期，热固性预浸条的母卷或片材是按标准宽度制造的，然后用于AFP和ATL设备中以制造商业产品。这是可以接受的，因为许多应用有非常相似的需求和要求，例如，一般来说，棒球棒、高尔夫球杆、曲棍球杆和长曲棍球杆等都可以用一般相同宽度的带子制造，这主要是因为需求相似，对差异化的需求较少。然而，高科技的最终应用，特别是航空应用，需要更窄的带子，而且在铺设过程的不同点上，常常需要不同宽度的带子。最初，开发了生产所需宽度的带子的设备，随后，在AFP/ATL铺设头中加入了分切器，在铺设前，将母带材料分切成窄带。随后，这种AFP/ATL设备被修改为从不同宽度的预浸带的多个卷轴(通常是车卷轴)中获取预浸带。
[0007]这些进展使得越来越多的高科技应用，特别是航空应用中使用分切预浸带的机会越来越大；然而，由于这些新的应用，需要对预浸带材料的性能要求越来越高，特性增强，宽度也越来越窄。越来越多的应用要求带子的宽度小于两英寸(5.08厘米)，通常小于一英寸(2.54厘米)，窄到八分之一英寸(0.317厘米)或更小。此外，这种窄带需要的物理特性允许高速应用而不使丝束扭曲或断裂。同时，避免分切带材料和铺设过程中的如空隙等的缺陷变得越来越关键。前者需要对基体树脂的组成和加工以及预浸料的形成分别进行多参数的推进和开发。后者要求在铺设过程中具有更高的精度，并在分切带的宽度变化方面具有严格的紧密公差。
[0008]这些高级的要求通过开发生产分切带的设备和工艺得以实现：通过复杂的分切和缠绕设备，将热固性预浸料的宽片分切成窄条，通常称为分切带(slit tape)，形成宽窄不同的预浸带，同时在基体配方和预浸片制造和加工方面也取得进一步的改善。
[0009]尽管预浸料和它们的制造及其特性是基于无数的变量，但有两个关键变量是热固/热固性树脂基体与纤维含量的比例，以及纤维与树脂在整个材料厚度上的浸渍程度和充分性。影响这些变量的参数通常包括温度、压力、粘度、纤维张力、纤维束的密度以及特定丝束中的纤维/纤维束的数量。通过多年的发展，现在已经发现，对于目前的热固/热固性树脂基体来说，为了获得合适的预浸料使其在固化状态下具有必要的物理性能，以及获得没有或基本上没有空隙并适当的润湿的预浸料，重要的是，如果不是必要的话，纤维密度具有约30g/m2至约300g/m2，甚至高达400g/m2或以上，优选约190g/m2的空气重量，以及树脂含量为30至40，优选约35重量百分比。所得的预浸料的厚度为约0.001”(25.4μm)到约0.015”(381μm)，甚至高达0.02”(500μm)或更多，优选为约0.004”(101.6μm)到约0.012”(304.8μm)，更优选为约0.006”(152.4μm)到约0.009”(228.6μm)。虽然低纤维空气重量预浸料的生产通常不会遇到浸渍问题，但由于难以确保低空气重量纤维在所形成的预浸料的宽度上有良好的、相对均匀的分布，常常会导致预浸料在纤维的整个预浸料宽度上有许多缺口。这些缺口在形成的预浸料的完整性和分切过程中都会产生问题，特别是会对保持分切公差的能力产生不利影响。另一方面，更高的预浸料纤维空重通常没有这样的缺口问题；相反，由于更难确保树脂的浸透和纤维的充分润湿，它们的浸渍水平更不稳定和/或更低。因此，这些预浸料的稳定性很差，特别是在ATL/AFP工艺的分切带形式中。虽然较低粘度的热固性基体树脂可以在较高的纤维密度下实现更好的浸透和润湿，但所产生的预浸料的性能会受到影响和/或预浸料的成本过高。具体来说，它们的质量往往不稳定，使它们不适合于预期的最终应用，特别是在高科技和航空领域的应用。此外，浸渍水平差和/或浸渍水平不一致的预
浸料无法达到分切带所要求的紧密公差：即公差不超过0.01英寸(254微米)，优选不超过0.005英寸(127微米)。
[0010]没有比波音787飞机更能证明预浸料，特别是A本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种生产厚热固性预浸母卷的方法，所述方法包括将常规热固性预浸料的两个或更多个片沿其长度方向逐一对齐，每个片具有接合表面，并将片沿其接合表面接合，以形成厚热固性预浸片材。2.根据权利要求1所述的方法，其中，常规预浸材料的至少一个所述片的接合表面在接合前被加热。3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述接合片受到压力，将材料的所述片相互压紧。4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，所述厚热固性预浸材料被缠绕成母卷。5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中，所述厚热固性预浸材料通过分切器形成分切带，然后进行缠绕。6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中，所得的预浸材料的厚度是使用常规预浸片制造所不能达到的。7.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中，所述所得的预浸材料与使用常规预浸片制造成的相同厚度和组成的预浸片材相比，空隙更少和/或润湿性更好。8.根据权利要求1至5中任一项的方法形成的厚预浸母片材。9.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：侯弘典，
申请(专利权)人：伟博工业公司，
类型：发明
国别省市：