CN107118378A - 轻质民用无人机用碳纤维预浸料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于碳纤维复合材料领域，具体涉及轻质民用无人机用碳纤维预浸料的制备方法。所述制备方法为通过传送带传送碳纤维布，传送过程中首先在碳纤维布表面涂布上胶剂，然后传送至烘箱烘干，最后固化卷收。本发明提供的技术方案，通过传送带传送碳纤维布结合喷涂上胶的方式，避免了上胶剂的过量使用和损失，因重力原因导致的未完全固化环氧树脂表面形变的问题，制备获得的碳纤维预浸料表面一致性高，质轻，强度高，特别适合于轻质民用无人机的壳体，具有广阔的市场前景。
Description
技术领域
本发明属于碳纤维复合材料领域，具体涉及轻质民用无人机用碳纤维预浸料的制备方法。
背景技术
民用无人机具有气候追踪、灾害监控与控制、目标指示以及消防灭火等功能，其技术发展情况成为近些年国际无人机飞行器领域的热点问题。轻质小型、高空长航和安全可靠等方面是民用无人机的显著特点。轻质小型，即质量小、体积小、进而使其在相同动力系统条件下，有限的机身空间可以携带更多的机载设备和能源。考虑到无人机的机身重量占起飞总重量的三分之一，而对机身的的任何减重途径都会直接转化成增加传感器或有效载荷，并增加无人机的续航时间和飞行高度。而民用无人机的轻质技术则可以通过选择合适的轻质机身材料和无人机制造工艺两方面来实现。
碳纤维是含碳量在90％以上，同时具有碳素材料的结构特性和纤维材料的形态特征的一种高性能纤维，主要有PAN(聚丙烯腈基)碳纤维、沥青碳纤维和人造丝碳纤维三类。碳纤维预浸料是碳纤维/环氧树脂的复合材料，其质轻、强度高适于模压成型，特别适合作为民用无人机轻质机身的材料，但目前碳纤维预浸料的表面平整度、一致性还比较欠缺。
目前碳纤维预浸料的生产工艺。主要包括：
a)浸胶：碳纤维布在胶槽中上胶，需要胶液充分均匀地浸透碳纤维纱布，达到一定的含胶量，此过程中胶液的浓度和粘度、浸渍的时间、张力和刮胶力度都需要协调配合，有效控制。
b)烘干和卷收：浸胶完成后需要经过烘箱将其中多余物质挥发出去，卷收过程中使环氧树脂半固化，然后卷绕留存，完全固化完成碳纤维预浸料的制备。
目前工艺过程中，浸胶方式存在浸胶不均、为了尽量均匀，需要大限度搭载胶液，然后在通过刮胶将多余的胶液去除，一方面含胶量不宜控制，另一方面会产生较大浪费，另外，卷收过程中由于环氧树脂为半固化，在重力作用下，碳纤维布表面的环氧树脂会产生形变，导致含胶量不均匀，表面平整度差，最终造成强度不均的问题。
发明内容
本发明提供了一种轻质民用无人机用碳纤维预浸料的制备方法，用以解决目前工艺方法制备的碳纤维预浸料平整一致性不理想的问题。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：所述一种轻质民用无人机用碳纤维预浸料的制备方法，具体过程为通过传送带传送碳纤维布，传送过程中首先在碳纤维布表面涂布上胶剂，然后传送至烘箱烘干，随后固化卷收。整个过程通过传送带传送可以有效避免因张力及重力引起的碳纤维预浸料的表面平整度差的问题。
优选地是，所述上胶剂通过设置在传送带上方的喷涂设备涂布在所述碳纤维布上表面。传统将碳纤维布浸渍在上胶剂中的方式，在浸渍过程中碳纤维布与上胶剂中溶剂大面积长时间接触，会导致碳纤维布强度下降，而喷涂方式不仅避免了上述问题，并且可以保证表面胶液均匀分布，也无需后续刮胶及胶液回收，节省了工序和原料投入。
优选地是，所述碳纤维布在涂布上胶剂经导纱机构和张力控制机构进入偶联剂喷涂器，在碳纤维布表面喷涂KH560的乙醇溶液。
优选地是，所述上胶剂包括如下按重量配比的组分:
优选地是，所述上胶剂包括如下按重量配比的组分:
优选地是，所述氧化铝粉料的粒径为10-30纳米。氧化铝微粉较环氧树脂质轻，并且氧化铝具有阻燃作用，添加适量的氧化铝微粉一方面可以进一步降低碳纤维预浸料的重量，并且可能解决碳纤维预浸料阻燃的问题。并且，采用喷涂方式在碳纤维布表面涂布，可以避免氧化铝微粉在上胶剂中团聚的问题，喷涂工艺的选择使得上胶剂中添加氧化铝微粉具有了实际应用的可能。
优选地是，所述溶剂为丙酮，所述上胶剂粘度为100-3000CPS,优选400-500CPS。
优选地是，所述固化剂为脂肪族聚氨酯。它具有优良的耐气候性能，特别是耐紫外性能，更实用于户外使用。如拜尔HDI 3390，所述促进剂选自2-乙基-4-甲基咪唑、二甲胺基甲基或苄基二甲胺。
优选地是，所述偶联剂为KH570。
优选地是，所述紫外线吸收剂选自UV-O(2，4-二羟基二苯甲酮)、UV-P(2-(2ˊ-羟基-5ˊ-甲基苯基)苯并三氮唑)或UVP-327(2-(2’-羟基-3’，5’-二叔苯基)-5-氯化苯并三唑)。
优选地是，所述传送带的承载面设有若干凸起。上胶的纤维布在传送过程中环氧树脂还未完全固化，与传送带通过点接触而非面接触，可以有效避免传送带与环氧树脂粘连，造成表面损坏。
优选地是，所述传送带承载面为若干条弹簧交织形成的网格面。弹簧交织成的网格面，一方面形成自然凸起，实现点接触，另一方面弹簧有一定的弹性，可以保证碳纤维预浸料的各点受力均匀，保证表面的平整和一致性。
优选地是，所述烘箱的烘干温度为110-130℃，烘干时间为30分钟。
本发明提供的技术方案，通过传送带传送碳纤维布结合喷涂上胶的方式，避免了上胶剂的过量使用和损失，因重力原因导致的未完全固化环氧树脂表面形变的问题，制备获得的碳纤维预浸料表面一致性高，质轻，强度高，特别适合于轻质民用无人机的壳体，具有广阔的市场前景。
具体实施方式
为了便于理解，下面结合实施例阐述轻质民用无人机用碳纤维预浸料的制备方法，应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
实施例1 上胶剂的制备
所述上胶剂包括如下按重量配比的组分:
其中环氧树脂为AFG-90高温环氧树脂，所述固化剂为HDI 3390，所述促进剂为2-乙基-4-甲基咪唑，所述偶联剂为KH570，所述紫外线吸收剂为UV-O，所述氧化铝粉料的粒径为30纳米，所述溶剂为丙酮，将上述组分称重混合均匀获得上胶剂A，备用，粘度为500CPS。
实施例2 上胶剂的制备
所述上胶剂包括如下按重量配比的组分:
其中环氧树脂为AFG-90高温环氧树脂，所述固化剂为聚氨酯HDI3391聚所述促进剂为苄基二甲胺，所述偶联剂为KH570，所述紫外线吸收剂为UV-P，所述氧化铝粉料的粒径为10纳米，所述溶剂为丙酮，将上述组分称重混合均匀获得上胶剂B，备用，粘度为400CPS。
对比例1
与实施例1的区别在于，其中氧化铝微粉换为等量的环氧树脂，其他组分按上述比例调整，制备获得上胶剂C。
实施例3 轻质民用无人机用碳纤维预浸料的制备
首先，碳纤维布由导纱机构和张力控制机构进入偶联剂喷涂器，偶联剂喷涂器中装有高压喷头喷涂雾状KH560溶剂，用95％浓度的乙醇将KH560配制成1-3％的溶液。
然后，碳纤维布从偶联剂喷涂器出来后，通过传送带进一步传送，传送带上方设有喷涂设备，所述喷涂设备中装有实施例1、实施例2或对比例1制备的上胶剂，所述上胶剂经高压喷头喷撒在下方传送中的碳纤维布上，上胶剂在重力作用下均匀的慢慢渗透到碳纤维布中。其中，所述传送带承载面为若干条弹簧交织形成的网格面。
接着，上胶后的碳纤维随传送带进入烘箱中烘干，烘干温度为110-130℃，烘干时间为30分钟，从烘箱出来后，随传送带前行，并进一步固化，在此过程中，由于传送带的托举，碳纤维预浸料不会因重力发生形变，最后进行收卷。
对比例2
与实施例3的区别在于，采用实施例1制备的上胶剂A,上胶方式为传统的胶槽浸胶的方式涂布，并且碳纤维布全程通过张力机构牵引，浸胶后烘干固化过程均处于悬浮状态。
实施例4 效果实验
1)实施例3中采用上胶剂A、上胶剂B和上胶剂C制备的碳纤维预浸料单位面积的重量依次为303g/m2、300g/m2和313g/m2可以发现添加了氧化铝微粉的上胶剂可以降低单位面积质量。
2)实施例3中采用上胶剂A、上胶剂B和上胶剂C制备的碳纤维预浸料制成3mm层压板，制样尺寸：125mm*13mm，试验方法按照GB5169进行测试，分别为：V0、V0、V1级。
3)实施例3中采用上胶剂A制备的碳纤维预浸料及对比例2制备的碳纤维预浸料的表面平整度，和强度如下表所示：
| 项目 | 对比例2 | 实施例3 |
| 抗张强度MPa | 1400 | 1700 |
| 平整度1mm厚1m2板材翘区 | 2cm | 0 |
以上对比实验可以发现，本发明提供的技术方案，可以获得具有阻燃效果、质量更轻，且强度更好，表面一致性高的碳纤维预浸料，作为轻质民用无人机的材料综合性能优良，效果特别理想。
Claims (10)
1.一种轻质民用无人机用碳纤维预浸料的制备方法，其特征在于，通过传送带传送碳纤维布，传送过程中首先在碳纤维布表面涂布上胶剂，然后传送至烘箱烘干，最后固化卷收。
2.根据权利要求要求1所述一种轻质民用无人机用碳纤维预浸料的制备方法，其特征在于，所述碳纤维布在涂布上胶剂经导纱机构和张力控制机构进入偶联剂喷涂器，在碳纤维布表面喷涂KH560的乙醇溶液。
3.根据权利要求要求1所述一种轻质民用无人机用碳纤维预浸料的制备方法，其特征在于，所述上胶剂包括如下按重量配比的组分:
4.根据权利要求要求3所述一种轻质民用无人机用碳纤维预浸料的制备方法，其特征在于，所述氧化铝粉料的粒径为10-30纳米。
5.根据权利要求要求3所述一种轻质民用无人机用碳纤维预浸料的制备方法，其特征在于，所述溶剂为丙酮，所述上胶剂粘度为100-3000CPS。
6.根据权利要求要求3所述一种轻质民用无人机用碳纤维预浸料的制备方法，其特征在于，所述固化剂为脂肪族聚氨酯，所述促进剂选自2-乙基-4-甲基咪唑、二甲胺基甲基或苄基二甲胺。
7.根据权利要求要求3所述一种轻质民用无人机用碳纤维预浸料的制备方法，其特征在于，所述偶联剂为KH570。
8.根据权利要求要求3所述一种轻质民用无人机用碳纤维预浸料的制备方法，其特征在于，所述紫外线吸收剂选自2，4-二羟基二苯甲酮、2-(2ˊ-羟基-5ˊ-甲基苯基)苯并三氮唑或2-(2’-羟基-3’，5’-二叔苯基)-5-氯化苯并三唑。
9.根据权利要求要求1所述一种轻质民用无人机用碳纤维预浸料的制备方法，其特征在于，所述传送带的承载面设有若干凸起。
10.根据权利要求要求9所述一种轻质民用无人机用碳纤维预浸料的制备方法，其特征在于，所述传送带承载面为若干条弹簧交织形成的网格面。
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