[发明专利]一种低变形大长径比辊筒的制备方法

说明书

本发明公开了一种低变形大长径比辊筒的制备方法，选取超高模量中间相沥青基炭纤维作为增强体材料，选用高模量高韧性环氧树脂作为基体材料，环氧树脂、固化剂、核壳粒子、改性填料与丙酮配置成溶液，搅拌均匀；其中环氧树脂、固化剂、核壳粒子、改性填料的质量比为100：30‑50：0.5‑2：0.5‑1；预先将芯模加热至60℃～120℃，通过连续纤维缠绕成型工艺进行制备。本发明制备的超高模量中间相沥青基炭纤维增强树脂基复合材料辊筒挠度低，质量稳定性好，使用效率高，在低驱动力作用下就能实现高速转动，节省能耗。

技术领域

本发明属于辊筒制备领域，具体涉及一种低变形大长径比辊筒的制备方法。

技术背景

在印刷、制膜、造纸等轻工机械领域中，辊筒是一种重要的结构件，随着设备的大型化，辊筒的长径比增大，受重力和载荷作用的弯矩变大，容易引起变形，直接影响到制品长度方向的应力，降低制品质量。因此，必须减轻辊筒自重同时增加刚度，以适应设备大型化发展的需求。传统的辊筒由钢材、铝材等制成，结构重量重、变形大，长期使用易产生疲劳，增加维护成本。“一种改良材料性能的印刷辊筒的应用CN 107554114 A”提出了用玻璃纤维增强树脂复合材料(GFRP)或炭纤维增强树脂复合材料(CFRP)制作印刷行业用辊筒，相对于金属辊筒来讲在一定程度上降低了挠度，提高了辊筒性能，但因受玻璃纤维或PAN系炭纤维材料本身比模量的限制，其稳定性和挠度亦不适用于超长超细大型辊筒的制作，中间相沥青基炭纤维因具有超高比模量而受到青睐，用超高模量中间相沥青基炭纤维树脂基复合材料制备的辊筒具有轻量化、低惯性、超高刚性，在设备高速化运转情况下，也能维持很低的挠度，从而保证了制品的质量稳定性。

发明内容

本发明旨在克服已有技术不足，目的是提供一种操作简单、高刚度稳定性的炭纤维复合材料辊筒的制备方法。用该方法制备的低变形大长径比辊筒重量轻、挠度小，特别适用于大长径比辊筒的制造，在使用时不仅能保证制品高精度生产，且能更好的节能降耗。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：选取超高模量中间相沥青基炭纤维作为增强体材料，选用高模高韧环氧树脂作为基体材料，通过连续纤维缠绕成型工艺进行制备。具体方法是：

(1)将环氧树脂、固化剂、核壳粒子、改性填料与丙酮配置成溶液，溶液的黏度范围为0.2～0.7Pa·s，搅拌均匀；其中环氧树脂、固化剂、核壳粒子、改性填料的质量比为100：30-50：0.5-2：0.5-1；

(2)施加纤维张力：将炭纤维预先通过驱动辊，固定在缠绕芯模上，并施加10-100N的张力；

(3)预热芯模：预先将芯模加热至60℃～120℃；

(4)连续缠绕成型：启动驱动辊，并调节芯模转速及绕丝嘴横向移动速率，纤维经过胶槽后在保持张力的条件下，按设计好的缠绕路径连续地缠绕在芯模上。

(5)将缠绕好的芯模放入烘箱中，130℃±5℃，保温1h，然后以1.5℃/min的升温速率升温至180℃±5℃，保温3h，固化完成后脱模，使炭纤维辊筒固化成型。

(6)脱模：将炭纤维辊筒从芯模上拔模脱出，从而得到高刚度稳定性的炭纤维复合材料辊筒。

所述中间相沥青基炭纤维的石墨化程度在90％以上，纤维拉伸模量为800GPa～1000GPa，纤维K数可为1K、2K、3K或者4K，纤维经过表面处理和上浆处理。

所述树脂溶液的黏度范围是0.1Pa·s～1Pa·s。

所述环氧树脂包含质量比为100：30-50：0.5-2：0.5-1的树脂基体、固化剂、核壳粒子、改性填料，所述环氧树脂基体包含质量比为3-5:1的缩水甘油胺类环氧树脂和脂环族环氧树脂的混合物。

所述缩水甘油胺类环氧树脂为:4，4′-二氨基二苯甲烷四缩水甘油胺环氧树脂，具体型号为为AG-80，所述脂环族环氧树脂型号为CELLOXIDE 2021P。