3.2 溶液浸胶设备和方式
至今仍在使用的溶液法制备预浸料尽管在技术先进性和产品性能方面赶不上热熔法工艺,但也有其不可替代的优点:增强材料容易被树脂浸透,特别是织物搭接处易于浸湿;预浸料树脂含量均匀,既可以制备超薄预浸料也可以制备厚预浸料;工艺技术相对要求较低;设备造价也不太高。溶液法设备有立式和卧式,见图2、3。
图2:溶液法立式预浸过程示意图
图3:溶液法卧式预浸过程示意
文中介绍的是立式预浸设备,因为卧式设备占地面积大,否则浸胶速度太低,预浸料通过长距离加热通道,工艺困难。特别是厚度大的织物预浸料,由于自重,预浸料下垂,为了不粘附设备,通常采用气浮方法,即用加压热空气使浸胶后的织物悬浮在加热通道而不致接触设备,因此,使设备结构复杂,操作不便。立式设备结构简单,造价相对较低,对操作人员要求也比较低,利用溶液法立式预浸设备研制织物预浸料的程序见图4。
图4:溶液法制备预浸料程序图
3.3 预浸料树脂含量控制
热熔法制备预浸料,通常为两步法:首先根据计算,在丫仪或j3仪监控下,于离型纸上涂复要求重量的树脂,然后将计算量的树脂膜和增强材料复合,因此预浸料树脂含量在设备监控和人为计算下得到控制。溶液法制备预浸料树脂含量控制就不那么方便,一般根据不同增强材料采用挤胶、改变浸胶线速度或调节胶液浓度来完成。
3.3.1 树脂浓度对树脂含量的影响
增强材料用厚度0.20 mm斜纹玻璃布,浸胶速度为0.30 m/min,于不同树脂浓度下浸胶,预浸料树脂含量见图5。
在未挤胶情况下,将增强织物直接从浸胶槽通过,树脂溶液浓度对预浸料树含量有明显影响。在试验树脂浓度范围内,随着树脂溶液浓度增加,预浸料树脂含量呈直线增加。据此,固定浸胶工艺参数,只要改变树脂溶液浓度,就可制备不同树脂含量的预浸料,在生产过程中,严格控制树脂溶液浓度,就能保证预浸料的树脂含量。
图5:树脂浓度与预浸料树脂含量的关系
3.3.2 影响树脂溶液浓度的因素
由于树脂溶液大都以低沸点的溶剂配制而成,常用的溶剂为丙酮,沸点较低,仅为56℃,在使用中一直在挥发(且随环境温度不同,挥发量有异),树脂溶液浓度相应增大,预浸料树脂含量增加。为了减少乃至消除丙酮挥发对预浸料树脂含量的影响,措施之一是控制环境温度,并不断向胶槽中补充新鲜树脂溶液或用大量的树脂打循环,将丙酮挥发对树脂溶液浓度的影响降至最低限度。当然,根本的方法是建立树脂溶液浓度自动控制机构。
3.3.3 预浸料的线速度
预浸料制备时的线速度受各种因素的制约。
1) 预浸料的挥发成分含量。溶液法制备预浸料希望挥发成分含量尽可能低,这样复合材料有较高的力学性能,在其它条件不变的情况下只有降低速度,才能减小预浸料挥发成分含量。
2) 烘箱长度或高度。烘箱长度(或高度)增加,即增长了预浸料在温度下的滞流时间,可以降低挥发成分含量,与降低速度有同样的效果。
3) 预浸织物厚度或单位面积纤维重量(AFW)。织物厚度越大,预浸料的树脂含量越高,内部的溶剂很难逸出,挥发分降低至3%以下需要较长的时间,也需要降低浸胶速度。
4) 预浸料的树脂含量。预浸料的树脂含量随线速度的增大而增加,因此,控制线速度也是改变树脂含量的条件之一,树脂溶液浓度不变,改变浸胶速度也可调节预浸料树脂含量,在其工艺参数不变的情况下,线速度分别为O.3和0.5 m/rain。预浸料的树脂含量从46%增加到48%。
3.4 烘箱温度
烘箱温度高,预浸料挥发成分含量降低,但烘箱温度不能太高,否则会加速树脂固化过程,使B阶段程度加深,预浸料粘性变差,贮存期缩短,烘箱温度低,挥发成分含量偏高,成形的复合材料气孔多,性能降低,烘箱温度的高低和预浸料通过烘箱的时间直接有关,为了得到挥发成分含量符合要求的预浸料,烘箱温度低必须时问长,烘箱温度高,可以适当缩短预浸料在烘箱的时间,表1为厚度2 mm的玻璃布/环氧预浸料不同温度和通过烘箱时间预浸料性能,浸胶速度0.5 m/rain。
表1: 烘箱温度和通过烘箱时对预浸料性能影响
3.6 树脂基体中含有不溶组分的浸渍方法
树脂基体中往往有部分组成如固化剂、促进剂或改性剂不溶于低沸点溶剂,处理不当会产生沉淀,使树脂基体各组分不能均匀分布,影响固化过程,为了浸胶均匀,通常采用以下方法。
1) 将树脂基体中的固体不溶组分粉碎到粒度小于10肚m,以便分散并悬浮于树脂溶液中,利于均匀浸渍。
2) 在胶槽中增加搅拌系统,机械搅拌或超声波搅拌,使固体粉末不致沉淀。
3) 用泵送的方法,使树脂基体在胶槽和贮罐之间一直处于循环流动状态。采用上述方法,没有出现因树脂基体组分分布不均匀而影响固化过程的现象。
3.6 芳纶布预浸料的制备
使用材料为FAW 92 g/m2,FY一1环氧树脂,50%丙酮溶液。浸渍条件:线速度1.2 m/rain,烘箱温度90~100℃,用泵送方式使树脂溶液在胶槽和贮罐之间循环。制得芳纶布/FY一1环氧树脂预浸料的性能见表2。
表2:芳纶布/FY一1树脂预浸料性能4 结论
1) 建立了立式织物预浸装置,可以制备宽度1 000 mm不同规格碳布、玻璃布和芳纶布预浸料。
2) 控制树脂基体溶液浓度(或密度)和浸胶线速度,可以制出树脂含量RC±3%的预浸料。
3) 合理地控制烘箱温度和浸胶线速度,能使预浸料的挥发成分含量达到小于1.5%。
4) 研制的织物预浸装置满足了赛艇制造对预浸料的要求。
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