[发明专利]一种制备聚乙烯纤维增强层压布的复合装置及复合方法

说明书

技术领域

本发明涉及制备纤维增强层压布的复合装置及复合方法，具体涉及制备聚乙烯纤维增强层压布的复合装置及复合方法。

背景技术

超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纤维也称高强高模聚乙烯(HSHMPE)纤维或伸长链(ECPE)聚乙烯纤维，是指相对分子质量在(1～6)×10⁶的聚乙烯，经纺丝-超拉伸后制成的超高分子质量聚乙烯纤维。它是继碳纤维、芳纶(Kevlar)纤维之后的第三代高性能纤维，本文简称聚乙烯纤维。聚乙烯纤维增强复合材料与其它纤维增强复合材料相比，具有质量轻、耐冲击、介电性能高等优点，在现代化战争和航空航天、海域防御、武器装备等领域发挥着举足轻重的作用。同时，该纤维在汽车、船舶、医疗器械、体育运动器材等领域亦有广阔的应用前景。因此，聚乙烯纤维自问世起就倍受重视，发展很快。

由聚乙烯纤维无纬布经交错复合而成的复合材料(又称UD复合材料)在防弹领域有着重要的应用。目前通常采用层压方法制备聚乙烯纤维增强复合材料，经过如下工艺步骤：无纬布的制备-无纬布层压成型-纤维增强复合材料的定型。无纬布(UD布)又称单向布或者经向布，是指将基体树脂涂布在单向纤维上，然后经过干燥制成薄布。同经纬纺织布相比，无纬布避免了经纬纱线的交织，纤维不会发生多次的折压弯曲，因此不会降低纤维的原始力学性能；另外，经纬交织处容易出现空隙，影响复合材料性能，而无纬布则是纤维平行排列，因此复合材料会在最大程度上继承纤维的力学性能。无纬布层压成型工艺是指按照需要将多层无纬薄布在一定的温度和压力下初步成型，各层间纤维薄布叠层角度随性能要求可呈(0/90°)_n、(0°)_n、(0/+45°/-45°/90°)_n等多种分布。无纬布进行层压成型后，再进行一步的加压固化制成纤维增强复合材料。无纬布层压成型工艺对于最终的复合材料性能有着重要的影响，层压时的温度和压力是无纬布层压成型工艺的两个重要参数，层压过程中，基体树脂被加热到玻璃化温度与熔点之间，然后冷却成型。另外，铺设时，还要注意以下问题：层与层之间的错位，如果层与层之间发生错位，会影响下一层的铺设，并造成最终尺寸的偏差，严重的还会导致材料的报废；避免产生气包，即在铺设无纬布时，要防止空气被压到布层之间产生气包；保证压力均匀，如果压力不均，最终会出现复合材料板性能不均的现象。

目前，国内比较成熟的制备聚乙烯纤维增强复合材料的方法一般为手工操作，按照需要的尺寸，将裁减后的多层无纬布放在模具内热压成型，这种生产方式主要缺点就是生产效率较低。

因此，需要一种能够连续进行聚乙烯纤维增强无纬布层压成型的装置。

发明内容

本发明解决的技术问题在于，提供一种制备聚乙烯纤维增强层压布的复合装置及复合方法。

为解决上述技术问题，本发明提供一种制备聚乙烯纤维增强层压布的复合装置，依次包括：

将聚乙烯纤维无纬布卷放开的放卷装置；

对所述放开的无纬布卷进行层压成型的成型装置，所述成型装置包括压辊、驱动压辊旋转的驱动装置、安装在压辊下方的支承辊、支承辊升降装置，所述压辊包括一中空辊筒及安装在中空辊筒内的加热装置；

将层压成型后的聚乙烯纤维层压布收卷的收卷装置。

优选的，所述放卷装置包括机架、安装在机架上的放卷轴。

优选的，所述中空辊筒为不锈钢光辊，所述支承辊表面为弹性材料制成。

优选的，所述复合装置还包括位于放卷装置和成型装置之间的张紧装置，所述张紧装置包括若干根张紧辊。

本发明同时提供一种制备聚乙烯纤维增强层压布的复合方法，包括以下步骤：

a)将放卷装置上的第一无纬布卷的放开端放置在成型装置的压辊与支承辊之间；

b)开启支承辊升降装置使支承辊与压辊保持压力接触，开启压辊内的加热装置对压辊升温；

c)将第二无纬布依次放置在放卷装置与成型装置之间的第一无纬布卷上，开启驱动压辊旋转的驱动装置，同时带动支承辊与第一无纬布运动得到第一张层压布，所述第二无纬布的纤维排列方向与第一无纬布纤维排列方向垂直。

优选的，所述c)步骤之后还包括：

d)将经过成型装置后得到的第一张层压布采用收卷装置卷绕，得到第一张层压布卷。

优选的，步骤c)中所述将若干张第二无纬布依次放置在放卷装置与成型装置之间的第一无纬布卷上时，后一张第二无纬布搭接在前一张第二无纬布的下面。

优选的，所述步骤b)中压辊与支承辊之间的压力为0.5MPa～10MPa。

优选的，所述步骤b)中压辊表面温度为50℃～100℃。