一种复合材料绝缘端箍及其制备方法技术

本发明专利技术提出一种复合材料绝缘端箍及其制备方法，由连续纤维作为增强体，聚酰亚胺树脂为基体，采用浸渍了聚酰亚胺树脂的纤维束缠绕成型获得预制体，再经预制体模压成型得到。本发明专利技术采用缠绕成型得到连续纤维的预制体，再经过模压成型获得精确尺寸的制品，使得整体模压方式能制备连续纤维制品。

A composite insulating end hoop and its preparation method

The invention provides a composite material insulating end hoop and its preparation method, which is made of continuous fibers as reinforcement and polyimide resin as matrix. The prefabricated body is obtained by winding the fibre bundles impregnated with polyimide resin and then by moulding the prefabricated body. The invention adopts winding forming to obtain Prefabricated Continuous fibers, and then obtains precise size products by moulding forming, so that the whole moulding method can prepare continuous fibers products.

【技术实现步骤摘要】
一种复合材料绝缘端箍及其制备方法
本专利技术涉及一种复合材料绝缘端箍及其制备方法，特别是涉及牵引电机用耐高温聚酰亚胺绝缘端箍及其制备方法，属于复合材料加工

技术介绍
高速铁路及轨道交通装备是当代高新技术的集成，以其快速、高效、环保等优点在世界各国得到了迅猛的发展。高速动车组普遍采用变频调速交流传动系统，变频调速牵引电机是高速动车组的关键设备之一，其性能对动车组的安全、可靠性具有重要影响。随着动车组牵引功率不断提升，单台牵引电机容量大幅度提高，牵引电机各部件工作温度升高。绝缘系统作为变频牵引电机的重要组成部分，其性能的提高是电机整体使用寿命得以提升的关键所在，其中绝缘端箍是电机绝缘系统的重要部件。目前主要采用金属表面喷涂绝缘涂层、耐温等级较低的树脂基复合材料等方法制备。由于绝缘端箍要求与磁定子具有较好的贴合性，所以目前复合材料端箍主要采用截面为圆形或椭圆形的形式。目前的复合材料端箍制备主要采用先模压板材，然后采用机加的方式得到，这种方法原材料利用率低，工序复杂，不适宜批量生产，成本要求较高，同时机加表面的粗糙度及轮廓度很难保证，在固定电机定子的时候由于轮廓度匹配性差，导致定子与端箍之间存在间隙，在使用过程中，很容易发生相对位移滑动，影响端箍使用寿命及电机运行的稳定性。聚酰亚胺树脂具有优良的耐温性能和力学性能，可以用于对温度有特殊要求的制品。由于复合材料端箍主要为环状结构，其厚度方向截面采用圆形或椭圆形，如图1所示，易于采用模压工艺来保证尺寸精度。但是，整体模压方式只能采用短切纤维模压料，得到的端箍强度不足，另外，聚酰亚胺树脂在成型过程中有小分子释放，模压工艺也不能适用。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术不足，提供一种强度高、耐温性好的复合材料绝缘端箍及其制备方法。本专利技术的技术解决方案：一种复合材料绝缘端箍，由连续纤维作为增强体，聚酰亚胺树脂为基体，采用浸渍了聚酰亚胺树脂的纤维束缠绕成型获得预制体，再经预制体模压成型得到。一种复合材料绝缘端箍制备方法，包括以下步骤：将连续纤维浸润聚酰亚胺树脂溶液，得到浸胶纤维束；浸胶纤维束缠绕，得到预制件；所述缠绕前将缠绕成型模具进行高温预热，高温预热的温度高于聚酰亚胺树脂溶液中溶剂沸点的温度而低于聚酰亚胺树脂熔融温度。将缠绕完成后的预制体进行溶剂预处理；所述溶剂预处理温度为高于聚酰亚胺树脂溶液中溶剂沸点温度，且温度区间在聚酰亚胺亚胺化温度范围内，预处理过程中进行抽真空。冷却后预制体进行局部修整；将预制体模压成型，得到复合材料绝缘端箍。本专利技术与现有技术相比的有益效果：(1)本专利技术采用缠绕成型得到连续纤维的预制体，再经过模压成型获得精确尺寸的制品，使得整体模压方式能制备连续纤维制品；(2)本专利技术绝缘端箍采用长连续纤维增强耐高温聚酰亚胺复合材料，能够提高端箍的承载强度，同时采用耐高温聚酰亚胺树脂体系能够显著提高端箍的耐温等级，从而提升变频电机的耐热及绝缘等级；(3)本专利技术采用溶剂预处理工艺，通过在一定温度下抽真空能有效去除树脂中的溶剂及树脂亚胺化过程中产生的小分子，同时通过在树脂亚胺化温度条件下预处理，能进一步促进树脂亚胺化，降低缠绕层空隙率，进一步提高端箍承载强度；(4)本专利技术将缠绕和模压成型巧妙地结合在一起，实现了端箍的近净尺寸成型，较传统机加形式有效提升了尺寸精度及端箍与电机定子轮廓度匹配性，降低了成本，提升电机运行稳定性。附图说明图1为圆环复合材料绝缘端箍结构示意图；图2为本专利技术绝缘端箍缠绕成型模具结构示意图；图3为本专利技术流程图。具体实施方式下面结合具体实例及附图对本专利技术进行详细说明。本专利技术提供一种复合材料绝缘端箍，由连续纤维作为增强体，聚酰亚胺树脂为基体，采用浸渍了聚酰亚胺树脂的纤维束缠绕成型获得预制体，再经预制体模压成型得到。本专利技术还提供一种复合材料绝缘端箍制备方法，如图3所示，通过以下步骤实现：1、将连续纤维浸润聚酰亚胺树脂溶液，得到浸胶纤维束。本专利技术采用的聚酰亚胺树脂体系为热固性聚酰亚胺树脂，对其种类没有特殊限制，只要耐热性及绝缘性满足使用即可，如采用乙炔封端、烯丙基降冰片烯封端或苯乙炔封端聚酰亚胺树脂等中的一种或几种。本专利技术采用的纤维种类，根据承载及绝缘等级进行选择，可采用高绝缘玻璃纤维或石英纤维等，如E型无碱玻纤、高强玻璃纤维、石英纤维、超高分子量聚乙烯纤维等一种或几种。连续纤维浸胶工艺为本领域公知技术，本领域技术人员可以根据具体设计要求对聚酰亚胺树脂溶液粘度、工艺参数等进行选择。2、浸胶纤维束在缠绕成型模具上进行缠绕，得到预制件。本专利技术缠绕前将缠绕成型模具进行高温预热后装卡在数控缠绕机上。本专利技术对缠绕成型模具高温预热的主要作用为采用聚酰亚胺树脂湿法缠绕，缠绕过程中缠绕层存有部分溶剂，如果进行室温缠绕，聚酰亚胺树脂由于溶解性低，树脂中含有大量的有机溶剂，溶剂挥发会导致缠绕纤维屈曲，同时大量溶剂挥发会导致缠绕层空隙率增加，影响承载，在缠绕张力作用下，低粘度树脂溶液容易挤出，造成贫胶。高温预热的温度高于聚酰亚胺树脂溶液中溶剂沸点的温度而低于聚酰亚胺树脂熔融温度。一方面浸渍了聚酰亚胺树脂溶液的纤维束缠绕在具有一定预热温度的模具上，部分溶剂遇高温挥发，树脂溶液粘度增加，有效避免树脂溶液在张力作用下挤出，有效提高缠绕层树脂含量，减小制件的空隙率，提高制品成型质量；同时模具预热温度应低于树脂的熔融温度，当达到树脂的熔融温度时，树脂熔化后粘度较低，在缠绕张力作用下，树脂很容易被挤出，影响产品树脂含量。本专利技术缠绕成型模具如图2所示(圆环结构)，根据绝缘端箍外形及截面尺寸计算设计体积，按照截面积不同体积相等的设计原则，将异型截面产品通过设计，设计成能适合缠绕工艺或缠绕易于实现的截面形状，一般易于缠绕的形状为方形。缠绕成型模具具体设计可参考本领域现有模具设计公知技术。根据实际产品的形状计算产品的实际重量，根据实际理论重量计算缠绕过程中的投料量，一般实际投料量为理论重量的110％～130％之间，根据纤维增强树脂基复合材料缠绕工艺纤维与树脂占比及纤维和树脂的密度值，一般纤维体积含量为65％～75％之间。使用浸润过的纤维束在设计的缠绕模具上进行缠绕，根据计算的纤维含量及纤维理论的线密度数值，控制纤维缠绕的长度，在缠绕纤维轴及胶槽之间设置纤维长度计量装置，准确计量纤维的长度，从而控制纤维缠绕量。缠绕过程中施加一定的张力，缠绕张力按照纤维强度的5％～10％。缠绕张力是指在缠绕过程中，纤维所受到的张紧力，缠绕过程中纤维所受张力的大小、各束纤维张力的均匀性，以及各缠绕层之间纤维的张力均匀性，对制品性能影响较大。本专利技术缠绕成型工艺可借鉴本领域公知技术。3、将缠绕完成后的预制体进行溶剂预处理。溶剂预处理温度为高于聚酰亚胺树脂溶液中溶剂沸点温度，且温度区间在聚酰亚胺亚胺化温度范围内，预处理过程中进行抽真空。溶剂预处理一方面将有机溶剂去除，同时部分未亚胺化的树脂在温度区间进行亚胺化，在真空作用下及时去除亚胺化形成的小分子，提高产品的致密性。溶剂预处理温度应高于溶剂的沸点，这样溶剂在温度下能在真空压力作用下尽快排除，同时真空还能有效去除亚胺化后的小分子。4、自然冷却至室温，从缠绕模具上取出预制体，进行局部修整。也可采用其他方式冷却，参见本领域公知技术。5、将预制体放入模压成本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种复合材料绝缘端箍，其特征在于：由连续纤维作为增强体，聚酰亚胺树脂为基体，采用浸渍了聚酰亚胺树脂的纤维束缠绕成型获得预制体，再经预制体模压成型得到。

【技术特征摘要】
1.一种复合材料绝缘端箍，其特征在于：由连续纤维作为增强体，聚酰亚胺树脂为基体，采用浸渍了聚酰亚胺树脂的纤维束缠绕成型获得预制体，再经预制体模压成型得到。2.根据权利要求1所述的一种复合材料绝缘端箍，其特征在于：所述的缠绕成型前将缠绕成型模具进行高温预热。3.根据权利要求2所述的一种复合材料绝缘端箍，其特征在于：所述的高温预热的温度高于聚酰亚胺树脂溶液中溶剂沸点的温度而低于聚酰亚胺树脂熔融温度。4.根据权利要求1所述的一种复合材料绝缘端箍，其特征在于：所述的预制体在模压成型前进行溶剂预处理。5.根据权利要求4所述的一种复合材料绝缘端箍，其特征在于：所述的溶剂预处理温度为高于聚酰亚胺树脂溶液中溶剂沸点温度，且温度区间在聚酰亚胺亚胺化温度范围内。6.根据权利要求4所述的一种复合材料绝缘端箍，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：柯红军，张维军，王国勇，
申请(专利权)人：航天特种材料及工艺技术研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11