[发明专利]预浸母卷和分切带及方法

说明书

本发明提供厚热固性预浸片和分切带及其生产方法和设备。

本申请主张于2019年9月6日提交的发明名称为“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。

技术领域

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。

背景技术

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。

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。

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。

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。