CN107127984A - 一种连续纤维增强热塑性树脂基复合材料制造工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种连续纤维增强热塑性树脂基复合材料制造工艺，适用于低成本、大批量制造高性能热塑性树脂复合材料。该方法包括以下步骤：将连续纤维从放丝纱架(1)上引出，再依次经过展开加热装置(2)、螺杆押出机(3)、浸润模具(4)、成型压光机(5)、空冷切边机(6)、牵引机(7)，最后导入收卷机(8)卷绕成型，与现有技术相比，本发明显著提高了纤维的浸润性及可操作性，得到纤维分散均匀和浸渍完全的连续纤维增强热塑性树脂基复合材料。
Description
技术领域
本发明属于复合材料应用领域，是热塑性树脂基复合材料的新制造工艺，是一种连续性、低成本、大批量生产的复合材料新形态及制造工艺的应用。
背景技术
树脂基纤维复合材料是树脂基复合材料的主要种类。热塑性纤维复合材料与热固性纤维复合材料相比,具有:(1)韧性比较高；(2)成型加工周期比较短；(3)可重复使用；(4)维修方便；(5)有类似于金属的加工特性；(6)成本低等优点。今年来，热塑性树脂基复合材料在航天、航空、汽车、化工、电子/电器等领域均得到应用,发展速度很快。然而，高昂的加工成本是这些优良材料广泛应用的拦路虎。纤维增强复合材料源于航空航天领域，在航空航天复合材料制件中，原材料(主要指纤维与树脂)与后续工艺的成本基本是2:8的关系，所以，要降低复合材料的成本，关键是解决占比80％的工艺的成本。
发明内容
本发明的目的就是为了解决现有技术存在的缺陷，而提供一种纤维分散均匀、空隙率低、浸润完全、低成本的连续纤维增强热塑性树脂基复合材料的制备方法及设备。
本发明要解决的问题是通过以下的技术方案来实现的：连续纤维增强热塑性树脂基复合材料的制备方法，该方法包括以下步骤：将连续纤维从放丝纱架(1)上引出，放丝纱架上有张力调节装置，再经过展丝加热装置(2)后得到预热的均匀连续纤维带，之后经过螺杆押出机(3)再导入浸润模具(4)进行浸润，将浸润后的连续纤维带导入成型压光机(5)进行压光，然后经空冷切边机(6)冷却定型，切边后最后由牵引机(7)导入收卷机(8)卷绕成型，即得到连续纤维增强热塑性树脂基复合材料；其特征在于，预热的连续纤维带导入波浪型的浸润模具，连续纤维带与浸润模具接触并产生与纤维带平面相垂直的渗透压力，使熔融的热塑性树脂对连续纤维带的两侧进行浸润。
本发明的有益效果：开发了一种全新的一种高性能、低成本、大批量生产的复合材料形态与制造工艺。
附图说明
图1是连续纤维增强热塑性树脂基复合材料制备工艺；
图2是浸润模具；
具体实施方式
下面结合附图对本发明进一步说明，但本发明的实施方式不限于此。
实施例
本发明一种连续纤维增强热塑性树脂基复合材料制造工艺。该设备包括放丝纱架(1)、展丝加热装置(2)、螺杆押出机(3)、浸润模具(4)、成型压光机(5)、空冷切边机(6)、牵引机(7)、收卷机(8)。放丝纱架(1)主要用来放置纱锭，纱架上设有水平转动的纱锭轴，用于放置纱锭。为了控制连续纤维从纱锭上展开时的稳定性和张紧力的均匀性，每个工位上都装有一个摆杆，内装阻尼装置，调整阻尼装置就可以保证纤维的稳定性和张紧力的均匀性。为了实现平行排列的连续纤维带的完全浸润，必须保证纤维带在与熔融树脂接触时的温度处于树脂的熔融温度和表面处理剂破坏温度之间，从而保证纤维在与熔融树脂接触时不会造成树脂基体在纤维的表面结晶而结膜影响纤维的浸润。经预热装置预热到一定温度的平行排列的连续纤维带经展开装置的调整，达到平行和得到预定宽幅的目的。经展丝加热装置(2)调整后的平行排列的连续纤维带导入螺杆押出机(3)的片材押出模具下面，熔融的高温树脂附着在连续纤维带上，接着连续纤维带进入浸润模具(4)，连续纤维带的双侧分别与上下模头接触，产生一定的渗透压力，熔融的高温树脂对连续纤维带的另一侧进行浸润。熔融树脂的供料方式采用螺杆挤出机。经过浸润模头的连续纤维带进入成型压光机(5)，为保证经过基体树脂完全浸润的连续纤维带保持平整和光洁的表面，辊表面光滑洁净，辊为连续纤维带提供足够张力，辊均保持一定的温度，以保证连续预浸料缓慢冷却，而且通过调节辊的间距来控制最终预浸料的厚度。之后预浸料进过空冷切边机(6)，同时空冷架上有刀片对预浸料进行裁边，修正预浸料的宽幅，对切下的边角料能过其它途径进行回收再利用。最后通过牵引机(7)到收卷机(8)卷绕成筒状，便于包装、运输及贮藏。
Claims (7)
1.一种连续纤维增强热塑性树脂基复合材料制造工艺，其特征在于：将连续纤维从放丝纱架(1)上引出，经过张力调节装置，再经过展丝加热装置(2)得到后得到预热的均匀连续纤维带，螺杆押出机(3)把熔融的树脂附到连续纤维上，再进入浸润模具(4)浸润，再进过成型压光机(5)定型，之后经过空冷切边机(6)冷却同时切边机对片材进行修整，最后经过牵引机(7)到达收卷机(8)卷绕成型。
2.根据权利要求1所述一种连续纤维增强热塑性树脂基复合材料制造工艺，其特征在于：纤维一般是指细而长的材料，具有一定的长径比，连续纤维是指具有一定长度、连续不断裂的碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维、玄武岩纤维等一种或几种，热塑性树脂是指聚烯烃类树脂、热塑性聚酯类树脂、聚酰胺类树脂、聚碳酸酯树脂或其他通用树脂中的一种或几种。
3.根据权利要求1所述一种连续纤维增强热塑性树脂基复合材料制造工艺，其特征在于：放丝纱架可随后续设备自动调整速度，上有可转动的摆杆，带有阻尼装置，可调节放丝张力。
4.根据权利要求1所述的一种连续纤维增强热塑性树脂基复合材料制造工艺，其特征在于：在展丝加热装置上，通过加热装置把纤维预热，同时使连续纤维带均匀平行排布并展开，展开幅度可调可控。
5.根据权利要求1所述的一种连续纤维增强热塑性树脂基复合材料制造工艺，其特征在于：纤维在浸润模具中进行挤压浸润，浸润模具内部有波浪型的通道，纤维带在模具里可得到双面浸润。
6.根据权利要求1所述的一种连续纤维增强热塑性树脂基复合材料制造工艺，其特征在于：片材的厚度可以通过成型压光机来调整，成型压光机采用热电偶控制加热，导热水加热或导热油等加热。
7.根据权利要求1所述的一种连续纤维增强热塑性树脂基复合材料制造工艺，其特征在于：采用空冷切边机冷却，利用空气的流动，在空冷架装有切刀，对预浸料进行裁边，修正预浸料的宽幅。
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