CN104903103B - 复合材料制备装置和由此制成的复合材料、复合材料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供复合材料制备装置，其包括：毡制备部，制备形成聚合物膜的毡，上述聚合物膜具有多个纤维层；纤维制备部，制备宽幅纤维，上述宽幅纤维由具有单向纤维层的塑料树脂形成；以及复合材料制备部，接收上述毡和上述宽幅纤维，并根据已设定的层叠顺序，来使上述毡和上述宽幅纤维层叠。并且，本发明还提供使用上述复合材料制备装置制成的复合材料及复合材料的制备方法。

Description

复合材料制备装置和由此制成的复合材料、复合材料的制备 方法
技术领域
本发明涉及复合材料制备装置，更为详细地，涉及能够使用聚合物/纤维毡和进行宽幅化的单向纤维，来制备复合材料的复合材料制备装置和由此制成的复合材料、复合材料的制备方法。
背景技术
通常，汽车及建筑材料等产业领域需要抵抗外力的程度大、重量又轻的高强度低重量的材料。
在现有的制备复合材料的技术中，混合塑料树脂与纤维来进行浸渍，由此，当与金属进行比较时，用于开发形成类似的强度的同时重量又轻的材料。
通常，就复合材料的种类而言，其强度及硬度的特性可根据纤维的长度及混合方法而不同。
根据复合材料的使用用途或使用目的，需要具有规定水平以上的物理性质的同时成型性优秀的材质。
但是，以往的毡(mat)利用无纺布形态的聚合物和单一种类的纤维，因而制备装置简单，存在很难扩张装置的问题，在同一装置中无法选择性地生产成型性和物理性质均优秀的复合材料。
发明内容
本发明要解决的技术问题
本发明的目的在于，提供体现聚合物/纤维毡与多个进行宽幅化的单向纤维之间的多种形态的层叠，从而能够均满足成型性及物理性质的复合材料制备装置和由此制成的复合材料、复合材料的制备方法。
技术方案
根据优选实施方式，本发明提供复合材料制备装置，其包括：毡制备部，制备形成聚合物膜的毡，上述聚合物膜具有多个纤维层；纤维制备部，制备宽幅纤维，上述宽幅纤维由具有单向纤维层的塑料树脂形成；以及复合材料制备部，接收上述毡和上述宽幅纤维，并根据已设定的层叠顺序，来使上述毡和上述宽幅纤维层叠。
优选地，上述纤维制备部包括：多个塑料树脂供给部，供给塑料树脂；单向纤维供给部，向所供给的多个上述塑料树脂之间供给单向纤维；以及固定部，向供给有上述单向纤维的上述塑料树脂提供规定的热和压力，来固定上述单向纤维和上述塑料树脂，以形成为上述宽幅纤维。
优选地，上述单向纤维供给部包括：单向纤维供给辊，卷绕上述单向纤维；多个导辊，配置在相交叉的位置，以使将从上述单向纤维供给辊解除卷绕的单向纤维引导至上述固定部；以及多个升降机，从外部得到动力，来使上述多个导辊上下移动，以调节上述单向纤维的宽度。
上述单向纤维供给部还可以包括空气供给机。
优选地，上述空气供给机向移动的上述单向纤维供给规定压力的空气。
上述复合材料制备部包括：复合材料供给部，从互不相同的位置供给上述毡和上述宽幅纤维；复合材料固定部，向所供给的上述毡和上述宽幅纤维提供规定的热和压力，来固定上述毡和上述宽幅纤维，以形成为复合材料；冷却部，将上述复合材料冷却至规定温度；以及卷绕部，对已冷却的上述复合材料进行卷绕。
优选地，根据供给上述毡和上述宽幅纤维的上述互不相同的位置，来决定上述毡和上述宽幅纤维的层叠顺序。
优选地，上述复合材料供给部包括：多个毡供给辊，以规定量卷绕上述毡；多个宽幅纤维供给辊，以规定量卷绕上述宽幅纤维；以及位置移动机，从外部接收层叠顺序，并改变上述多个毡供给辊和上述多个宽幅纤维供给辊的位置，以形成所接收的上述层叠顺序。
优选地，上述位置移动机包括：第一引导部件，引导上述多个毡供给辊的移动；第二引导部件，引导上述多个宽幅纤维供给辊的移动；第一电机，使各上述毡供给辊移动；第二电机，使各上述宽幅纤维供给辊移动；以及控制部，从外部接收上述层叠顺序，并根据上述层叠顺序，向已设定的位置驱动上述第一电机及第二电机，使得各上述毡供给辊和各上述宽幅纤维供给辊移动。
上述毡制备部包括：移送部，形成移送路径；膜供给部，供给多个膜，以使在上述移送路径上形成互不相同的层；纤维供给部，向上述多个膜的层之间供给纤维；以及缝纫部，对沿着上述移送路径被移送且供给有上述纤维的上述膜进行缝纫。
优选地，上述膜供给部包括：多个膜供给辊，卷绕各上述膜，并在上述移送路径的上部沿着上述移送路径以规定间隔配置；以及第一旋转机，使上述多个膜供给辊旋转，以使得各上述膜解除卷绕。
优选地，上述纤维供给部包括：多个纤维供给辊，供给上述纤维；第二旋转机，使上述纤维供给辊旋转，以使得上述纤维解除卷绕；以及多个切割机，配置在各上述膜供给辊之间，以规定长度切割各上述纤维。
根据再一个实施方式，本发明提供使用复合材料制备装置制成的复合材料。
根据另一个实施方式，本发明提供复合材料的制备方法，其包括：第一步骤，准备形成具有多个纤维层的聚合物膜的毡；第二步骤，调节供给宽度来形成单向纤维层，并制备由具有上述单向纤维层的塑料树脂形成的宽幅纤维；以及第三步骤，接收上述毡和上述宽幅纤维，并根据已设定的层叠顺序，来使上述毡和上述宽幅纤维层叠。
优选地，在上述第二步骤中，供给塑料树脂，通过调节供给宽度，来向所供给的多个上述塑料树脂之间供给单向纤维，依次向供给有上述单向纤维的上述塑料树脂提供规定的热、压力及冷却，使得上述单向纤维以被上述塑料树脂包围的方式固定，以形成为上述宽幅纤维。
优选地，在上述第三步骤中，以多层形成上述宽幅纤维，并以由上述毡包围以多层形成的上述宽幅纤维的方式层叠，或者交替层叠上述毡和上述宽幅纤维。
有益效果
本发明具有体现聚合物/纤维毡与多个进行宽幅化的单向纤维之间的多种形态的层叠，从而能够均满足成型性及物理性质的效果。
附图说明
图1为示出本发明的复合材料制备装置的结构的图。
图2为示出本发明的毡制备部的图。
图3为示出本发明的纤维制备部的图。
图4为示出本发明的复合材料制备部的图。
图5为示出本发明的复合材料供给部的毡和宽幅纤维供给的例的图。
图6为示出所制备的复合材料的例的图。
图7为示出本发明的复合材料供给部的毡和宽幅纤维供给的其他例的图。
图8为示出所制备的复合材料的其他例的图。
具体实施方式
以下，参照附图，对本发明的复合材料制备装置、由此制成的复合材料及复合材料的制备方法进行说明。
首先，对本发明的复合材料制备装置的结构进行说明。
图1为示出本发明的复合材料制备装置的结构的图。
参照图1，本发明的复合材料制备装置大致由毡制备部1、纤维制备部2及复合材料制备部3构成。
图2为示出本发明的毡制备部的图。
参照图2，上述毡制备部1大致由移送部100、膜供给部200、纤维供给部300、缝纫部400、控制部500及毡卷绕辊600构成。
上述移送部100由传送带110、驱动辊120及带旋转机130构成。
具有一对上述驱动辊120，分别以旋转的方式支撑上述传送带110的两端。
上述带旋转机130作为像电机一样的装置，使上述驱动辊120以设定的旋转速度旋转。上述带旋转机130从上述控制部500接收控制信号，并进行旋转。
因此，上述传送带110与上述驱动辊120的旋转联动而旋转，并形成沿着箭头方向的移送路径a。
上述膜供给部200配置在上述移送部100的上部。上述膜供给部200由三个膜供给辊210和第一旋转机220构成，上述第一旋转机220使各膜供给辊210旋转。
多个上述膜供给辊210沿着相互水平的方向，即沿着移送路径a的方向以规定间隔配置。
在这里，上述膜供给辊210的数量并不局限于3个，可以为3个以下或3个以上。
上述膜供给辊210的数量可根据所制备的毡的膜10的层数来决定。
在各上述膜供给辊210卷绕规定长度的膜10。上述膜10优选为聚合物膜。
上述第一旋转机220使膜供给辊210旋转，以使得膜10可以从各膜供给辊210解除卷绕，被解除卷绕的膜沿着重力方向下垂的同时放置在传送带110。
并且，上述纤维供给部300切割预定的纤维来进行供给，使得上述规定的纤维在上述多个膜供给辊210之间在各膜10的上端面形成规定大小。
上述纤维供给部300由多个纤维供给辊310、多个切割机320及第二旋转机330构成。
上述纤维供给辊310的数量可以比上述膜供给辊210的数量少一个。
并且，上述多个切割机320的数量也与上述纤维供给辊310的数量相对应。
因此，两个纤维供给辊310可通过第二旋转机330旋转，并卷绕长纤维。
并且，两个切割机320配置在上述膜供给辊210之间，以规定长度切割从各纤维供给辊310解除卷绕而移动的纤维11。
因此，如上所述地被切割的纤维11从各多个切割机320向位于下部的膜10的上面下落而供给。
各上述切割机320可由一对切割板321构成，上述一对切割板321由多个切割刃32a相互咬合而旋转。
图3为示出本发明的纤维制备部的图。
参照图3，上述纤维制备部2为制备宽幅纤维20的装置，上述宽幅纤维20由具有单向纤维22层的塑料树脂21形成。
上述纤维制备部2大致由多个塑料树脂供给部810、单向纤维供给部820及固定部830构成。
各上述塑料树脂供给部810由塑料树脂供给辊构成。
在上述塑料树脂供给辊卷绕规定量的塑料树脂21。
在本发明中，具有一对上述塑料树脂供给辊，这些一对上述塑料树脂供给辊沿着上下方向以规定间隔配置。
并且，上述一对塑料树脂供给辊可通过单独的电机同时旋转工作。
上述单向纤维供给部820由单向纤维供给辊821、多个导辊822及多个升降机823构成。
在上述单向纤维供给辊卷绕规定量的单向纤维22。上述单向纤维供给辊821配置在上述一对塑料树脂供给辊之间的位置。
上述单向纤维供给辊821借助电机的驱动来旋转。
并且，上述多个导辊822以在形成互不相同的层的位置旋转的方式配置，可使得单向纤维22引入固定部830。
并且，上述多个升降机823可通过调整各上述导辊822的升降位置或层，来调节单向纤维22的宽度。
如上所述，调节多个升降机823，来调节上述单向纤维22的张力，以使在多个塑料树脂21之间调节间隔，从而被控制成薄薄地展开。
此外，上述单向纤维供给部820还可以具有空气供给机824。
上述空气供给机824从外部接收动力，并向通过上述多个导辊822所引导的纤维22的外面供给规定压力的空气。并且，这可用作调节上述纤维22的宽度的方式之一。
并且，上述固定部830提供规定温度的热和压力，以固定从上述一对塑料树脂供给辊所供给的多个塑料树脂21和向这些多个塑料树脂之间供给的单向纤维22。
因此，上述固定部830可制备宽幅纤维20。
图4为示出本发明的复合材料制备部的图，图5为示出本发明的复合材料供给部的毡和宽幅纤维供给的例的图。
参照图4，本发明的复合材料制备部3由复合材料供给部910、复合材料固定部920、冷却部930及卷绕部940构成。
上述复合材料供给部910起到从互不相同的位置供给毡制备部1制备的毡30和上述宽幅纤维20的作用。
上述复合材料供给部910包括：多个毡供给辊911，以规定量卷绕上述毡30；多个宽幅纤维供给辊912，以规定量卷绕上述宽幅纤维20；以及位置移动机950，从外部接收层叠顺序，并改变上述多个毡供给辊911和上述多个宽幅纤维供给辊912的位置，以形成所接收的上述层叠顺序。
上述位置移动机950包括：第一引导部件951，引导上述多个毡供给辊911的移动；第二引导部件952，引导上述多个宽幅纤维供给辊912的移动；第一电机M1，使各上述毡供给辊911移动；第二电机M2，使各上述宽幅纤维供给辊912移动；以及控制部500，从外部接收上述层叠顺序，并根据上述层叠顺序，向已设定的位置驱动上述第一电机M1及第二电机M2，使得各上述毡供给辊911和各上述宽幅纤维供给辊912移动。
在这里，上述第一电机M1及第二电机M2可以是线性电机。
上述复合材料固定部920起到向按照规定的层叠顺序所层叠的毡30和宽幅纤维20提供规定温度的热和压力，来使它们相互固定的作用。
并且，上述冷却部930将如上所述地固定的复合材料冷却云南规定温度。上述冷却部930的冷却方式优选为空冷式。
如上所述地冷却的复合材料可由卷绕部940卷绕而被回收。
具体实施例
之后，对使用如上所述地构成的复合材料制备装置的复合材料的制备方法进行说明。
经过准备形成具有多个纤维层的聚合物膜的毡的第一步骤。
参照图1及图2，通过输入部510向控制部500输入膜10层的数量。在本发明中，以三个的情况为例。
之后，控制部500选择要驱动的纤维供给辊310。纤维供给辊310的数量设定为比三个少一个的两个。
在这里，优选地，上述纤维供给辊310为向三个膜供给辊210之间供给纤维11。
此外，在本发明中，可通过输入部510向控制部500输入纤维11的切割长度。
上述控制部500可使第三旋转机322以能够形成上述切割长度的旋转速度旋转。
在如上所述的条件下，控制部500驱动移送部100、纤维供给部300、膜供给部200及缝纫部400。
在上述膜供给部200中，各膜供给辊210借助第一旋转机220旋转，以使得被卷绕的聚合物膜10解除卷绕。
上述被解除卷绕的膜10向下方下落的同时放置在移送部100的传送带110上。上述膜10放置的位置由于膜供给辊210配置的位置不同，因而形成规定间隔。
因此，各多个膜10之间形成空的区域。
与此同时，各纤维供给辊310借助第二旋转机330旋转，以使得长纤维等纤维11解除卷绕。
上述解除卷绕的纤维11随着导辊R移动的同时向各切割机320移动。
在各上述切割机320中，一对切割板321以上述旋转速度旋转。
因此，上述所移动的纤维11以具有规定的切割长度的方式被切割后，向下方下落，从而放置在各多个膜10之间的空的区域。
与此同时，随着传送带110的移动，形成共三层多个膜10，被切割的纤维11介于各膜10层之间。
因此，形成两个纤维层的同时形成三个膜层的毡随着传送带110的移动向缝纫部400移送。
上述缝纫部400对以相当于上述所输入的切割长度的缝纫次数及缝纫间隔所移送的毡进行缝纫。
即，在本发明中，可以将缝纫次数和缝纫间隔设定成与切割长度成正比，从而根据切割长度可变地调节缝纫的效率。
通过如上所述的结构及作用，本发明的实施例能够制备成型性简单，并具有规定以上的物理性质的毡，在这种制备过程中，可选择性地调节膜的层数及纤维层的数量，从而容易地制备各种毡。
此外，在本发明的实施例中，能够以与纤维的切割长度成正比的方式控制缝纫部的工作，来分开适用对毡的缝纫，即针刺工序的同时，有效地控制针刺密度。
因此，本发明的毡制备部制备具有纤维层的毡，上述纤维层由多个在膜的内部被切割的纤维构成。
接着，经过调节供给宽度来形成单向纤维层，并制备由具有上述单向纤维层的塑料树脂形成的宽幅纤维的第二步骤。
参照图3，塑料树脂供给部810向固定部830侧供给塑料树脂21。在本发明中，以形成两层的方式供给塑料树脂21。
并且，单向纤维供给部820向上述两层的塑料树脂21之间供给单向纤维22。
此时，引导单向纤维22，使其可借助多个导辊822介于上述两层之间。
此外，控制部500可使用各升降机823控制各导辊822的升降位置，也可以使用空气供给机824向单向纤维供给规定压力的空气。
由此，能够可变地调节所移动的单向纤维22的宽度。
尤其，可通过上下调节多个导辊822的升降位置，来可变地调节单向纤维22的张力，由此，可进行供给，以使在塑料树脂21之间形成间隔，并且薄薄地展开。
并且，如上所述，介入有单向纤维22的两层的塑料树脂21通过固定部830的内部的同时暴露于规定温度的热和压力。
此时，由于单向纤维22在塑料树脂21之间形成间隔的同时薄薄地展开，因而在塑料树脂21熔化的同时可包围单向纤维22。
并且，单向纤维22可通过冷却过程被塑料树脂21包围的同时固定其位置。
因此，单向纤维22进行稳定的固定，使得宽幅纤维20的强度随之增加。
因此，可通过固定部830来制备宽幅纤维20。
在本发明中，通过毡制备部1来制备毡30，并通过纤维制备部2来制备宽幅纤维20。
接着，经过接收毡和上述宽幅纤维，并根据已设定的层叠顺序，来使上述毡和上述宽幅纤维层叠的第三步骤。
通过未图示的移动辊的引导，来向图4所示的复合材料供给部910传递如此制备的毡30和宽幅纤维20。
本发明的复合材料制备装置3可使用上述毡30和宽幅纤维20，来可变地调节它们之间的层叠顺序，从而制备复合材料。
在这里，如图5所示，进行多个毡供给辊911和多个宽幅纤维供给辊912的配置，在这种状态下，若毡30及宽幅纤维20向复合材料固定部920移动，则上述符合材料固定部920向上述毡30及宽幅纤维20施加热及压力，以固定它们。
因此，所制备的复合材料可形成如图6所示的宽幅纤维20的层。
相反，如图7所示，在配置多个毡供给辊911和多个宽幅纤维供给辊912的情况下，如图8所示，在所制备的复合材料中，毡30可在多个宽幅纤维20之间形成层。
因此，在本发明中，可使用上述结构的位置移动机，来改变多个毡供给辊和多个宽幅纤维供给辊的位置，从而决定所制备的复合材料的宽幅纤维层的层叠顺序。
即，在本发明中，能够以多层形成宽幅纤维，并以由上述毡包围上述以多层形成的上述宽幅纤维的方式层叠，或者交替层叠上述毡和上述宽幅纤维。
因此，可根据所制备的复合材料的用途，来不同地配置毡，例如，使容易制备以汽车用座椅靠背、车身底部盖、电池承载装置、后轴等的高强度轻量化为目的的汽车外饰材料。
以上，对与本发明的复合材料制备装置相关的具体实施例进行了说明，但只要在不脱离本发明的范围的限度内就能够进行多种实施变形是显而易见的。
因此，本发明的范围不能局限于所说明的实施例而定，应当由后述的发明要求保护范围和与发明要求保护范围等同的技术方案定义。
即，上述实施例在所有方面仅是例示性的，应理解为并不受限，本发明的范围由发明要求保护范围表示，而不是详细的说明，应解释为该发明要求保护范围的意义及范围和从与其等同的概念汇出的所有变更或变形的形态属于本发明的范围。

Claims (13)

1.一种复合材料制备装置，其特征在于，包括：
毡制备部，制备形成聚合物膜的毡，上述聚合物膜具有多个纤维层；
纤维制备部，制备宽幅纤维，上述宽幅纤维由具有单向纤维层的塑料树脂形成；以及
复合材料制备部，接收上述毡和上述宽幅纤维，并根据已设定的层叠顺序，来使上述毡和上述宽幅纤维层叠，
其中，上述纤维制备部包括：多个塑料树脂供给部，供给塑料树脂；单向纤维供给部，向所供给的多个上述塑料树脂之间供给单向纤维；以及固定部，向供给有上述单向纤维的上述塑料树脂提供规定的热和压力，来固定上述单向纤维和上述塑料树脂，以形成为上述宽幅纤维，
其中，上述毡制备部包括：移送部，形成移送路径；膜供给部，供给多个膜，以使在上述移送路径上形成互不相同的层；纤维供给部，向上述多个膜的层之间供给纤维；以及缝纫部，对沿着上述移送路径被移送且供给有上述纤维的上述膜进行缝纫。
2.根据权利要求1所述的复合材料制备装置，其特征在于，单向纤维供给部包括：
单向纤维供给辊，卷绕上述单向纤维；
多个导辊，配置在相交叉的位置，以使将从上述单向纤维供给辊解除卷绕的单向纤维引导至上述固定部；以及
多个升降机，从外部得到动力，来使上述多个导辊上下移动，以调节上述单向纤维的宽度。
3.根据权利要求2所述的复合材料制备装置，其特征在于，
上述单向纤维供给部还包括空气供给机；
上述空气供给机向移动的上述单向纤维供给规定压力的空气。
4.根据权利要求1所述的复合材料制备装置，其特征在于，
上述复合材料制备部包括：
复合材料供给部，从互不相同的位置供给上述毡和上述宽幅纤维，
复合材料固定部，向所供给的上述毡和上述宽幅纤维提供规定的热和压力，来固定上述毡和上述宽幅纤维，以形成为复合材料，
冷却部，将上述复合材料冷却至规定温度，以及
卷绕部，对已冷却的上述复合材料进行卷绕；
根据供给上述毡和上述宽幅纤维的上述互不相同的位置，来决定上述毡和上述宽幅纤维的层叠顺序。
5.根据权利要求4所述的复合材料制备装置，其特征在于，上述复合材料供给部包括：
多个毡供给辊，以规定量卷绕上述毡；
多个宽幅纤维供给辊，以规定量卷绕上述宽幅纤维；以及
位置移动机，从外部接收层叠顺序，并改变上述多个毡供给辊和上述多个宽幅纤维供给辊的位置，以形成所接收的上述层叠顺序。
6.根据权利要求5所述的复合材料制备装置，其特征在于，
上述位置移动机包括：
第一引导部件，引导上述多个毡供给辊的移动；
第二引导部件，引导上述多个宽幅纤维供给辊的移动；
第一电机，使各上述毡供给辊移动；
第二电机，使各上述宽幅纤维供给辊移动；以及
控制部，从外部接收上述层叠顺序，并根据上述层叠顺序，向已设定的位置驱动上述第一电机及第二电机，使得各上述毡供给辊和各上述宽幅纤维供给辊移动。
7.根据权利要求1所述的复合材料制备装置，其特征在于，上述膜供给部包括：
多个膜供给辊，卷绕各上述膜，并在上述移送路径的上部沿着上述移送路径以规定间隔配置；以及
第一旋转机，使上述多个膜供给辊旋转，以使得各上述膜解除卷绕。
8.根据权利要求7所述的复合材料制备装置，其特征在于，上述纤维供给部包括：
多个纤维供给辊，供给上述纤维；
第二旋转机，使上述纤维供给辊旋转，以使得上述纤维解除卷绕；以及
多个切割机，配置在各上述膜供给辊之间，以规定长度切割解除卷绕的各上述纤维。
9.一种复合材料，其特征在于，使用权利要求1至8中任一项所述的复合材料制备装置制成。
10.根据权利要求9的复合材料的制备方法，其特征在于，包括：
第一步骤，准备形成具有多个纤维层的聚合物膜的毡；
第二步骤，调节供给宽度来形成单向纤维层，并制备由具有上述单向纤维层的塑料树脂形成的宽幅纤维；以及
第三步骤，接收上述毡和上述宽幅纤维，并根据已设定的层叠顺序，来使上述毡和上述宽幅纤维层叠。
11.根据权利要求10所述的复合材料的制备方法，其特征在于，在上述第二步骤中，
供给塑料树脂，
通过调节供给宽度，来向所供给的多个上述塑料树脂之间供给单向纤维，
依次向供给有上述单向纤维的上述塑料树脂提供规定的热、压力及冷却，使得上述单向纤维以被上述塑料树脂包围的方式固定，从而形成为上述宽幅纤维。
12.根据权利要求10所述的复合材料的制备方法，其特征在于，在上述第三步骤中，
以多层的方式形成上述宽幅纤维，
并以利用上述毡包围以多层的方式形成的上述宽幅纤维的方式进行层叠。
13.根据权利要求10所述的复合材料的制备方法，其特征在于，在上述第三步骤中，使上述毡和上述宽幅纤维交替层叠。
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