一种低表面粘性预浸料及其制备方法与分切方法

技术领域

本发明涉及预浸料分切技术领域，特别提供了一种适用于自动铺丝的低表面粘性预浸料及其制备方法与进行窄带分切的方法。

背景技术

自动铺丝成型技术以宽度较窄(3.18、6.35、12.7mm)的单向窄带预浸料为原料，按特定顺序输送若干根丝束组合为宽度可变的预浸带后铺放到模具表面实现自动铺放。自动铺丝用单向窄带预浸料制备方法有直接热熔法和分切法。直接热熔法制备的单向窄带预浸料含胶量及丝束宽度难以控制。因此，分切法是制备自动铺丝用单向窄带预浸料的主要方法。

预浸料的表面粘性是影响预浸料分切质量的关键因素。当预浸料表面粘性较高时，在分切过程中预浸料表面会与切刀之间发生较为严重的粘连现象，这就造成预浸料丝束的边缘会发生撕扯，导致劈丝和断丝；其次，切刀上粘连的高粘性预浸料会将分切过程中预浸料内部的干纱粘出，逐渐形成毛团；再次，预浸料的表面粘性过高也会导致分切过程中产生的碎屑在切刀上累积是切刀变钝，随着分切距离的增加，分切效果会急剧下降。

通过对预浸料树脂进行专项优化，对自动铺丝用预浸料进行配方调整和工艺提升，打造一款具有适中的表面黏性和较好的铺贴工艺性、能够适用于自动铺丝机高速分切的预浸料。在完成预浸料性能升级后，匹配相应的进刀深度、张力等参数，从而实现预浸料窄带更高质量和更高精度的分切。本发明通过配方调整和胶含量匹配两方面进行探索，旨在得到一款高质量高精度的自动铺丝单向窄带预浸料。

发明内容

(1)要解决的技术问题

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种具有低表面粘性预浸料及其制备方法与分切方法，解决现有预浸料分切中存在宽度精度低边缘质量差的技术问题，提高单向窄带预浸料的质量和精度。

(2)技术方案

第一方面，本发明提供一种低表面粘性预浸料的制备方法，包括以下步骤：

由树脂基体、固化剂和工程塑料颗粒通过熔融共混制备常规增韧树脂胶膜，将该常规增韧树脂胶膜作为第一浸胶膜；

由树脂基体、固化剂、工程塑料颗粒和工程塑料微米级颗粒通过熔融共混制备低表面粘性增脂胶膜，将该低表面粘性树脂胶膜作为第二浸胶膜；

将第一浸胶膜引入纤维增强材料的上下表面，进行多组压辊压合，得到第一浸预浸料；

将第二浸胶膜引入第一浸预浸料的上下表面，进行多组压辊压合，得到低表面粘性预浸料。

优选地，所述树脂基体为环氧树脂、双马树脂、酚醛树脂、氰酸脂中的一种。

优选地，所述工程塑料颗粒为PES、PAEK、PEEK、PEI、PI材料中的一种或多种。

优选地，所述工程塑料颗粒总熔融共混时，溶胀于或熔融于树脂基体中。

优选地，所述工程塑料颗粒在第一浸预浸料中的质量比例为4～28wt％。

优选地，所述工程塑料微米级颗粒为PES、PAEK、PEEK、PEI、PI、PP、PA、PPS微米级不溶颗粒中的一种或多种。

优选地，所述工程塑料微米级颗粒的颗粒尺寸为5～150μm。

优选地，制备常规增韧树脂胶膜时，树脂基体、固化剂、工程塑料颗粒的质量份数依次为50～80份、10～30份、5～15份。

优选地，制备低表面粘性树脂胶膜时，树脂基体、固化剂、工程塑料颗粒、工程塑料微米级颗粒的质量份数依次为50～80份、10～30份、5～15份、5～30份。

优选地，所述纤维增强材料为玻璃纤维、碳纤维、玄武岩纤维、芳纶纤维中的一种，为单向纤维；所述纤维增强材料的克重为100～400g/m

优选地，所述第一浸胶膜克重为3～50g/m

优选地，第一浸胶膜被压合时的参数为：温度95～130℃，预浸压力0.1～0.5MPa。

优选地，第二浸胶膜被压合时的参数为：温度85～130℃，预浸压力0.1～0.5MPa。

优选地，进入第一浸胶膜和第二浸胶膜时，控制预浸速度为1.0～3.0m/min。

第二方面，本发明提供一种低表面粘性预浸料，由上述制备方法制备得到，其结构包括由常规增韧树脂胶膜和纤维增强材料组成的第一浸预浸料和低表面粘性树脂胶膜，低表面粘性树脂胶膜包裹在第一浸预浸料的外侧。

优选地，所述低表面粘性预浸料的全部胶含量为28％～38％，优选30％～36％。

第三方面，本发明还提供一种低表面粘性预浸料的分切方法，其步骤包括：将通过上述制备方法制备得到的低表面粘性预浸料进行分切，最终得到适用于自动铺丝的低表面粘性的单向窄带预浸料。

(3)有益效果

本发明提供的技术方案中，首先准备常规增韧树脂胶膜与低表面粘性树脂胶膜作为第一浸胶膜和第二浸胶膜，先后向纤维增强材料上下表面引入这两种树脂胶膜。第一浸胶膜在第一浸操作中被引入到纤维增强材料上下表面，经过多组压辊压合，得到第一浸预浸料；随后第二浸胶膜在第二浸操作中被引入到第一浸预浸料表面，经过多组压辊压合，得到低表面粘性预浸料。

第一浸胶膜在第一浸操作中能够使得纤维增强材料达到良好的浸润程度。第二浸胶膜由于含有一定量的不溶颗粒，其黏度高于第一浸胶膜，粘性低于第一浸胶膜，当把其引入到第一浸预浸料上下表面后，第二浸胶膜会给预浸料带来更低的表面粘性，有助于提高预浸料产品在实际分切过程中的精确度及其自动铺丝单向窄带预浸料自动化铺放的适用性。

附图说明

图1是采用四膜两浸工艺制备低表面粘性预浸料的示意图。

图2是低表面粘性预浸料的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附图作详细说明如下。

本发明提供的一种低表面粘性预浸料的制备方法，主要包括以下步骤：

1)两种胶膜制备步骤，具体包括：

1-1)第一浸胶膜制备步骤：由树脂基体、固化剂和工程塑料颗粒通过熔融共混制成常规增韧树脂，将该常规增韧树脂作为第一浸胶膜；

1-2)第二浸胶膜制备步骤：由树脂基体、固化剂、工程塑料颗粒和工程塑料微米级颗粒通过熔融共混制成低表面粘性增韧树脂，将该低表面粘性增韧树脂作为第二浸胶膜；

2)四膜两浸工艺操作步骤，如图1所示，具体包括：

2-1)第一浸操作步骤：将第一浸胶膜引入纤维增强材料的上下表面，进行多组压辊压合，得到第一浸预浸料；

2-2)第二浸操作步骤：将第二浸胶膜引入第一浸预浸料的上下表面，进行多组压辊压合，得到低表面粘性预浸料(又称低表面粘性的四膜两浸单向预浸料)。

本发明提供的一种低表面粘性的单向预浸料，其结构如图2所示，包括由常规增韧树脂胶膜(即第一浸胶膜)和纤维增强材料(即单向纤维)组成的第一浸预浸料、低表面粘性树脂胶膜(即第二浸胶膜)。由于最外侧的低表面粘性树脂胶膜含有较多不溶颗粒而在预浸料表面呈现出低表面粘性的特性，在分切过程中更易实现较高的分切精度。

本发明提供的一种低表面粘性预浸料的分切方法，其步骤包括：将通过上述制备方法制备得到的低表面粘性预浸料进行分切，最终得到一种适用于自动铺丝的低表面粘性的单向窄带预浸料。

以下列举具体的实施例：

实施例1

一种低表面粘性预浸料的制备方法和分切方法，其中制备方法包括步骤1)～5)，分切方法包括步骤6)，具体步骤如下：

1)选用环氧树脂与PAEK熔融共混物作为常规增韧树脂主要组成成分，常规增韧树脂胶膜作为第一浸胶膜，第一浸胶膜中各原料及其所占重量份数包括：环氧树脂基体55份，固化剂20份，PAEK为15份，第一浸胶膜克重为20g/m

2)低表面粘性增韧树脂为PAEK、PA与环氧树脂混合得到的树脂组合。低表面粘性增韧树脂作为第二浸胶膜，第二浸胶膜中各原料及其所占重量份数包括：环氧树脂基体55份，固化剂20份，PAEK为15份，PA为20份。引入的第一浸胶膜与第二浸胶膜的克重比值为1.08，第二浸胶膜克重为19g/m

3)采用光威CCF800系列单向碳纤维作为增强材料，优选面密度为198g/m

4)通过热熔法四膜两浸工艺进行第一浸胶膜和第二浸胶膜的压合：100℃之间的温度和0.3MPa之间的预浸压力将增强材料与第一浸树脂胶膜压合；100℃之间的温度和0.3MPa之间的预浸压力将增强材料与第二浸树脂胶膜压合，控制预浸速度在2.0m/min之间。预浸料最终含胶量为28％。

5)通过冷却板对预浸料进行降温，然后在剥离上层离型纸后铺放一层聚乙烯膜，最后收卷得到预浸料成品卷，等待下一步分切。

6)采用圆形切刀分切的方式进行单向窄带预浸料的制备：宽幅预浸料经过自动放卷装置、牵引装置进入圆形切刀进行分切，分切速率为12m/min，张力设定为1.5N，分切得到的预浸丝束进行自动缠绕收卷。经过光学显微镜和宽度测量仪的观测，预浸丝束边缘整齐，无明显毛边和劈丝缺陷，宽度离散值较小，产品的测试数据见表1。

表1

实施例2

一种低表面粘性预浸料的制备方法和分切方法，其中制备方法包括步骤1)～5)，分切方法包括步骤6)，具体步骤如下：

1)选用环氧树脂与PAEK熔融共混物作为常规增韧树脂主要组成成分，常规增韧树脂胶膜作为第一浸胶膜，第一浸胶膜中各原料及其所占重量份数包括：环氧树脂基体55份，固化剂20份，PAEK为15份，第一浸胶膜克重为22g/m

2)低表面粘性增韧树脂为PAEK、PA与环氧树脂混合得到的树脂组合。低表面粘性增韧树脂作为第二浸胶膜，第二浸胶膜中各原料及其所占重量份数包括：环氧树脂基体55份，固化剂20份，PAEK为15份，PA为20份。引入的第一浸胶膜与第二浸胶膜的克重比值为1.08，第二浸胶膜克重为20g/m

3)采用光威CCF800系列单向碳纤维作为增强材料，优选面密度为198g/m

4)通过热熔法四膜两浸工艺进行第一浸胶膜和第二浸胶膜的压合：95℃之间的温度和0.5MPa之间的预浸压力将增强材料与第一浸树脂胶膜压合；85℃之间的温度和0.5MPa之间的预浸压力将增强材料与第二浸树脂胶膜压合，控制预浸速度在1.0m/min之间。预浸料最终含胶量为30％。

5)通过冷却板对预浸料进行降温，然后在剥离上层离型纸后铺放一层聚乙烯膜，最后收卷得到预浸料成品卷，等待下一步分切。

6)采用圆形切刀分切的方式进行单向窄带预浸料的制备：宽幅预浸料经过自动放卷装置、牵引装置进入圆形切刀进行分切，分切速率为12m/min，张力设定为1.5N，分切得到的预浸丝束进行自动缠绕收卷。经过光学显微镜和宽度测量仪的观测，预浸丝束边缘整齐，无明显毛边和劈丝缺陷，宽度离散值较小，产品的测试数据见表2。

表2

实施例3

本实施例与实施例2的步骤和条件基本一致，区别在于：1)常规增韧树脂中环氧树脂基体为50份，固化剂为10份，PAEK为5份，第一浸胶膜克重为19g/m

表3

实施例4

一种低表面粘性预浸料的制备方法和分切方法，其中制备方法包括步骤1)～5)，分切方法包括步骤6)，具体步骤如下：

1)选用环氧树脂与PAEK熔融共混物作为常规增韧树脂主要组成成分，常规增韧树脂胶膜作为第一浸胶膜，第一浸胶膜中各原料及其所占重量份数包括：环氧树脂基体55份，固化剂20份，PAEK为15份，第一浸胶膜克重为26g/m

2)低表面粘性增韧树脂为PAEK、PA与环氧树脂混合得到的树脂组合。低表面粘性增韧树脂作为第二浸胶膜，第二浸胶膜中各原料及其所占重量份数包括：环氧树脂基体55份，固化剂20份，PAEK为15份，PA为20份。引入的第一浸胶膜与第二浸胶膜的克重比值为1.08，第二浸胶膜克重为24g/m

3)采用光威CCF800系列单向碳纤维作为增强材料，优选面密度为198g/m

4)通过热熔法四膜两浸工艺进行第一浸胶膜和第二浸胶膜的压合：130℃之间的温度和0.1MPa之间的预浸压力将增强材料与第一浸树脂胶膜压合；130℃之间的温度和0.1MPa之间的预浸压力将增强材料与第二浸树脂胶膜压合，控制预浸速度在3.0m/min之间。预浸料最终含胶量为33.5％。

5)通过冷却板对预浸料进行降温，然后在剥离上层离型纸后铺放一层聚乙烯膜，最后收卷得到预浸料成品卷，等待下一步分切。

6)采用圆形切刀分切的方式进行单向窄带预浸料的制备：宽幅预浸料经过自动放卷装置、牵引装置进入圆形切刀进行分切，分切速率为12m/min，张力设定为1.5N，分切得到的预浸丝束进行自动缠绕收卷。经过光学显微镜和宽度测量仪的观测，预浸丝束边缘整齐，无明显毛边和劈丝缺陷，宽度离散值较小，产品的测试数据见表4。

表4

实施例5

本实施例与实施例4的步骤和条件基本一致，区别在于：1)常规增韧树脂胶膜中环氧树脂基体80份，固化剂30份，PAEK为15份，第一浸胶膜克重为27g/m

表5

实施例6

一种低表面粘性预浸料的制备和分切方法，其中制备方法包括步骤1)～5)，分切方法包括步骤6)，具体步骤如下：

1)选用环氧树脂与PAEK熔融共混物作为常规增韧树脂主要组成成分，常规增韧树脂胶膜作为第一浸胶膜，第一浸胶膜中各原料及其所占重量份数包括：环氧树脂基体70份，固化剂20份，PAEK为15份，第一浸胶膜克重为29g/m

2)低表面粘性增韧树脂为PAEK、PA与环氧树脂混合得到的树脂组合。低表面粘性增韧树脂作为第二浸胶膜，第二浸胶膜中各原料及其所占重量份数包括：环氧树脂基体55份，固化剂20份，PAEK为15份，PA为20份。引入的第一浸胶膜与第二浸胶膜的克重比值为1.08，第二浸胶膜克重为27g/m

3)采用光威CCF800系列单向碳纤维作为增强材料，优选面密度为198g/m

4)通过热熔法四膜两浸工艺进行第一浸胶膜和第二浸胶膜的压合：100℃之间的温度和0.2MPa之间的预浸压力将增强材料与第一浸树脂胶膜压合；110℃之间的温度和0.3MPa之间的预浸压力将增强材料与第二浸树脂胶膜压合，控制预浸速度在2.0m/min之间。预浸料最终含胶量为36％。

5)通过冷却板对预浸料进行降温，然后在剥离上层离型纸后铺放一层聚乙烯膜，最后收卷得到预浸料成品卷，等待下一步分切。

6)采用圆形切刀分切的方式进行单向窄带预浸料的制备：宽幅预浸料经过自动放卷装置、牵引装置进入圆形切刀进行分切，分切速率为12m/min，张力设定为1.5N，分切得到的预浸丝束进行自动缠绕收卷。经过光学显微镜和宽度测量仪的观测，预浸丝束边缘整齐，无明显毛边和劈丝缺陷，宽度离散值较小，产品的测试数据见表6。

表6

对比例1

一种低表面粘性预浸料的制备方法和分切方法，其中制备方法包括步骤1)～5)，分切方法包括步骤6)，具体步骤如下：

1)选用环氧树脂与PAEK熔融共混物作为常规增韧树脂主要组成成分，常规增韧树脂胶膜作为第一浸胶膜，第一浸胶膜中各原料及其所占重量份数包括：环氧树脂基体55份，固化剂20份，PAEK为15份，第一浸胶膜克重为25g/m

2)选用与第一浸胶膜相同的常规增韧树脂作为第二浸胶膜，引入的第一浸胶膜与第二浸胶膜的克重比值为1，第二浸胶膜克重为25g/m

3)采用光威CCF800系列单向碳纤维作为增强材料，优选面密度为198g/m

4)通过热熔法四膜两浸工艺进行第一浸胶膜和第二浸胶膜的压合：100℃之间的温度和0.3MPa之间的预浸压力将增强材料与第一浸树脂胶膜和第二浸树脂胶膜压合，控制预浸速度在2.0m/min之间。预浸料最终含胶量为33.5％。

5)通过冷却板对预浸料进行降温，然后在剥离上层离型纸后铺放一层聚乙烯膜，最后收卷得到预浸料成品卷，等待下一步分切。

6)采用圆形切刀分切的方式进行单向窄带预浸料的制备：宽幅预浸料经过自动放卷装置、牵引装置进入圆形切刀进行分切，分切速率为12m/min，张力设定为1.5N，分切得到的预浸丝束进行自动缠绕收卷。经过光学显微镜和宽度测量仪的观测，预浸丝束边缘整齐，无明显毛边和劈丝缺陷，宽度离散值不大，产品的测试数据见表7。

表7

从上表测试结果可以看出：

1)通过四膜两浸工艺制备得到的低表面粘性预浸料在进行单向窄带预浸料分切时，宽度离散值小(≤5％)，证明本发明方法制备的低表面粘性预浸料对材料的分切精度具有明显提升作用；

2)低表面粘性预浸料在进行单向窄带预浸料分切时，含胶量的不同会对分切精度会产生一些影响；

3)相同含胶量的预浸料在进行单向窄带预浸料分切时，低表面粘性预浸料单向窄带宽度离散值更小。

虽然本发明已以实施例公开如上，然其并非用以限定本发明，本领域的普通技术人员对本发明的技术方案进行的适当修改或者等同替换，均应涵盖于本发明的保护范围内，本发明的保护范围以权利要求所限定者为准。