[发明专利]树脂施用器以及使用这种树脂施用器的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于将树脂施用于多个纤维的方法及设备。本发明也提供一种用于树脂施用器的配套零件。

背景技术

纤维增强复合材料包括多个嵌入在基体材料中的纤维。例如，嵌入在环氧树脂体系中的碳纤维。已有多种公知的用于生产纤维复合材料的制造技术，包括：织物或无纺布纤维板的手糊成型、树脂传递模塑、纤丝缠绕以及拉绕。

在纤丝缠绕以及拉绕的情况下，从纤维绕线轴架中拉出并使用树脂浸渍包括大量纤维丛的纤维束。之后将纤维缠绕于成形心轴上(纤丝缠绕)，或通过模具进给(拉绕)纤维，以形成复合部件的最终形状。在所有情况下，树脂被固化以形成基体。

在复合材料包括板层纤维材料的情况下，这些板通常被切割成一定形状，并且之后被布置以形成最终部件的形状。在这种制造方法中，可在布置前将树脂预浸入这些板中(所谓的预浸渍)，或可在布置后将树脂引入纤维层内。在所有情况下，树脂都被固化以形成最终部件。

不管使用何种制造方法，在生产过程中的某些阶段必须将树脂施用于纤维。在历史上，已经使用过多种方法将树脂施用于纤维，包括将纤维浸入树脂盆中或将树脂直接喷洒于纤维上。

现有的树脂施用方法具有多种缺点，包括受限的生产率以及树脂的浪费。特别地，树脂盆浸渍倾向于使纤维过度饱和有树脂，从而当纤维从树脂盆移动至下一制造步骤时，树脂从纤维中滴下。这导致额外的清洁负担及浪费。此外，由于树脂具有有限的适用期，树脂盆中的一些树脂可能未被使用并且必须被安全地处置。与热固性树脂相关联的交联过程是放热的，并且因此，在处置前可允许交联小量的混合树脂。

典型的用在工业过程中的树脂盆的尺寸约为1.5m³。一旦树脂用光，必须使用混合树脂以及硬化剂重新填满树脂盆。在每个生产运行或生产结束时，必须彻底清洁树脂盆以及所有与混合树脂体系接触过的物品。这种清洁需要大量可能对坏境有害并且必须安全处置或回收的溶剂。

在题目为“清洁纤丝缠绕：原理论证(Clean Filament Winding：Proof of Concept)”的论文中披露了一种可替换的树脂施用器的类型，本文于2007年7月21日发表于在中国召开的国际复合材料工程研讨会(ICCE)上。在这篇文章中披露的设备包括主散开针，该主要散开针具有加工于其内的较小的树脂盆。在使用中，将纤维束在主散开针上被拉动，从而使纤维在穿过该较小树脂盆之前开始散开开，树脂通过树脂供应通道供给该较小树脂盆。虽然这种设备是对上述已知的树脂施用方法的改进，其具有下述缺点：(i)相对较大的暴露表面积可能导致向大气中蒸发或排放诸如添加剂、溶剂等的低分子量成分；(ii)对于一定类别的树脂成分，例如，异氰酸酯、胺，目前的法律规定必须高效提取挥发物。而这并不容易实现；(iii)大气中的水分也可与树脂体系的成分互相作用，由此影响其化学完整性。

发明内容

第一方面，本发明提供了一种用于将树脂施用于多个纤维的设备，其包括：具有至少一个纤维入口以及至少一个纤维出口的壳体；至少一个纤维散开表面，该纤维散开表面布置为在使用中当多个纤维在所述至少一个纤维散开表面上移动时使这些纤维散开；以及至少一个位于所述壳体内的树脂施用器头，所述至少一个树脂施用器头布置为在使用中当这些纤维移动经过所述至少一个树脂施用器头时将树脂施用于这些纤维。

本发明是有益的，因为该壳体有助于将挥发性化学成分容纳在该壳体内，因此减少了大气污染并减少了劳动力向这些物质的暴露。此外，该壳体减少了树脂溢出的可能性，并且提供了一种能够高效提取的方法，以能够符合健康及安全法规，尤其是当使用潜在有害材料工作时更是如此。例如，异氰酸酯以及诸如胺之类感光剂。

所述至少一个纤维散开表面优选地位于所述壳体内，以便于如果在加工期间纤维断裂就帮助改进安全性。已经发现，当纤维散开时，它们更可能断裂，因此，影响树脂浸入纤维的纤维散开程度与会减小生产率的纤维断裂的可能性之间必须达到平衡。

在一种示例中，纤维散开表面的轮廓加工为允许更好地控制纤维散开的程度。不同的轮廓可被用于指定的纤维类型、生产率、树脂体系等。在优选的示例中，纤维散开表面是凹形或凸形的。凸形外表面促进更大程度的纤维散开，而凹形外表面虽然也使纤维散开，但提供了较低程度的纤维散开。

在一种可替换的示例中，纤维散开表面是纤维散开针的表面。设置单独的纤维散开针增加了该设备的通用性，因为可根据树脂/纤维的类型等优化该针的位置。

在另一可替换的示例中，纤维散开表面可以是树脂施用器头的表面。这减少了该设备中部件的数量并提高了其简易性。