CN107571594A - 热塑性碳纤维复合材料制造流水线 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种热塑性碳纤维复合材料制造流水线，包括：沿流水线运动方向依次设置的叠加机构、热压机构、整平机构和下料机构，所述叠加机构包括叠加辊以及环绕在所述叠加辊周向的若干个退绕辊，所述退绕辊分为碳纤维退绕辊和树脂退绕辊两种，碳纤维退绕辊和树脂退绕辊依次交替的环绕排布在所述叠加辊外周；所述热压机构包括高频感应加热器和设置在高频感应加热器末端的热压辊。通过设置多个退绕辊与同一叠加辊配合，能够实现多层材料的叠加组合，且通过叠加辊旋转的方式动态叠加，保证工位的集约化，叠加速度也大大增加。
Description
技术领域
本发明涉及碳纤维复合材料领域，尤其涉及一种热塑性碳纤维复合材料的制造设备。
背景技术
碳纤维主要是由碳元素组成的一种特种纤维，其含碳量随种类不同而异，一般在90%以上。碳纤维具有一般碳素材料的特性，如耐高温、耐摩擦、导电、导热及耐腐蚀等，但与一般碳素材料不同的是，其外形有显著的各向异性、柔软、可加工成各种织物，沿纤维轴方向表现出很高的强度。碳纤维比重小，因此有很高的比强度。
通过将碳纤维材料与树脂材料逐层交替复合可以制造出性能优异的碳纤维复合材料。然而对于逐层交替叠加碳纤维材料与树脂材料，以及如何热塑复合材料使多层结构的复合材料紧密牢固的复合在一起，需要特定的工艺和制造设备。
发明内容
本发明克服了现有技术的不足，提供一种高效节能的热塑性碳纤维复合材料制造流水线。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：一种热塑性碳纤维复合材料制造流水线，包括：沿流水线运动方向依次设置的叠加机构、热压机构、整平机构和下料机构，其特征在于。
-所述叠加机构包括叠加辊以及环绕在所述叠加辊周向的若干个退绕辊，所述退绕辊分为碳纤维退绕辊和树脂退绕辊两种，碳纤维退绕辊和树脂退绕辊依次交替的环绕排布在所述叠加辊外周。
-所述热压机构包括高频感应加热器和设置在高频感应加热器末端的热压辊。
本发明一个较佳实施例中，所述退绕辊两侧边各设置有一个离型辊。
本发明一个较佳实施例中，所述叠加辊外周最边缘的两个退绕辊均只在其内侧设置一个离型辊。
本发明一个较佳实施例中，所述高频感应加热器外周缠绕高频线圈，所述复合材料从线圈内穿过。
本发明一个较佳实施例中，所述热压辊为两个，两个热压辊从所述复合材料两面相向挤压所述复合材料。
本发明一个较佳实施例中，所述整平机构包括两个相互挤压的整平辊，所述复合材料从两个所述整平辊之间穿过。
本发明一个较佳实施例中，所述整平辊上设置水冷装置。
本发明一个较佳实施例中，所述下料机构通过收卷辊下料或通过裁切装置下料，所述下料机构在收卷或裁切前通过设置的水冷辊为复合材料降温。
本发明一个较佳实施例中，所述叠加机构和所述热压机构之间还设置两个离型辊，两个离型辊各设置在所述复合材料两侧。
本发明一个较佳实施例中，复合材料将要脱离所述叠加辊侧边的位置还设置压力辊，所述压力辊挤压在所述叠加辊上。
本发明解决了背景技术中存在的缺陷，本发明具备以下有益效果。
（1）通过设置多个退绕辊与同一叠加辊配合，能够实现多层材料的叠加组合，且通过叠加辊旋转的方式动态叠加，保证工位的集约化，叠加速度也大大增加。
（2）通过在不同的退绕辊上安排不同的材料，如碳纤维材料或树脂材料，可以实现碳纤维层和树脂层交替卷绕槽叠加辊上，形成特定的交替叠加结构，这样实现了叠加材料种类、位置和层数的自由安排，复合材料的具体材料组成更加灵活可控。
（3）压力辊可以辅助多层结构的复合材料在叠在一起后经过初步的挤压，再进入到下道的加热热塑工序，压力辊与叠加辊之间形成对复合材料的初步挤压可以保证复合材料结构更加紧实，内部的空气、空腔也可以得以消除，保证下步热塑粘合时，不会存在气泡、空腔等影响材料紧密度的现象。
（4）由于碳纤维复合材料的生产要求较高，防止生产搬运环节可能对碳纤维材料的污染，碳纤维层和树脂层的卷装是在材料的两面均附上一层保护薄膜，防止材料收到外接污染。这样在将碳纤维层和树脂层卷绕到叠加辊上前，需要将薄膜撕下来，此时离型辊便可以将薄膜卷绕回收，需要指出的是，在符合材料到达高频感应加热器前，依然有证方面两层的薄膜保护着初步叠加在一起的复合材料，这样便可以较大程度防止碳纤维层和树脂层受到外界环境的污染。
（5）由于碳纤维具备导电性，因此高频感应加热器上设置的线圈便可以通过高频电流对碳纤维进行加热，而碳纤维在高频电磁场的作用下发出的热量便可以对树脂进热塑，树脂受热可以将其两侧的碳纤维层粘合形成多层的碳纤维复合材料。
（6）经高频感应加热器的加热，热压辊可以很好的对热塑状态的复合材料进行压型，进一步挤压复合材料内部的空气和空腔，并基本消除复合材料的内部空腔。当然需要指出的是，热压辊本身具备加热装置，其保证热压辊具有与热塑状态的复合材料基本相同的温度，热压辊在压合是，可以确保挤压空气是在热塑状态。
（7）两整平辊可以通过挤压形成对复合材料的整平，保证复合材料表面较为平整，同时整平辊带有水冷装置，其在整平的同时也初步对复合材料进行了降温，保证整平过后符合材料形状的稳定。
（8）在下料前可以增加几个装有水冷装置的水冷辊，通过水冷辊的作用彻底将复合材料的温度降到合适的范围，保证下料时不会造成复合材料的结构不稳定以及多余形变。
（9）下料机构可以是卷绕辊，将复合材料卷收起来，也可以是裁切装置，通过切刀将复合材料裁切成一段一段预定长度的尺寸，然后累叠起来。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明的优选实施例的结构示意图。
图中：1、叠加辊，2、退绕辊，3、离型辊，4、压力辊，5、高频感应加热器，6、热压辊，7、整平辊，8、水冷辊，9、碳纤维层，10、树脂层，11、薄膜。
具体实施方式
现在结合附图和实施例对本发明作进一步详细的说明，这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
如图1所示，一种热塑性碳纤维复合材料制造流水线，包括：沿流水线运动方向依次设置的叠加机构、热压机构、整平机构和下料机构，叠加机构包括叠加辊1以及环绕在叠加辊1周向的9个退绕辊2，9个退绕辊2分为5个碳纤维退绕辊2和4个树脂退绕辊2，碳纤维退绕辊2和树脂退绕辊2依次交替的环绕排布在叠加辊1外周；热压机构包括高频感应加热器5和设置在高频感应加热器5末端的热压辊6。
通过设置多个退绕辊2与同一叠加辊1配合，能够实现多层材料的叠加组合，且通过叠加辊1旋转的方式动态叠加，保证工位的集约化，叠加速度也大大增加。
通过在不同的退绕辊2上安排不同的材料，如碳纤维材料或树脂材料，可以实现碳纤维层9和树脂层10交替卷绕槽叠加辊1上，形成特定的交替叠加结构，这样实现了叠加材料种类、位置和层数的自由安排，复合材料的具体材料组成更加灵活可控。
退绕辊2两侧边各设置有一个离型辊3，叠加辊1外周最边缘的两个退绕辊2均只在其内侧设置一个离型辊3。叠加机构和热压机构之间还设置两个离型辊3，两个离型辊3各设置在复合材料两侧。由于碳纤维复合材料的生产要求较高，防止生产搬运环节可能对碳纤维材料的污染，碳纤维层9和树脂层10的卷装是在材料的两面均附上一层保护薄膜11，防止材料收到外接污染。这样在将碳纤维层9和树脂层10卷绕到叠加辊1上前，需要将薄膜11撕下来，此时离型辊3便可以将薄膜11卷绕回收，需要指出的是，在符合材料到达高频感应加热器5前，依然有证方面两层的薄膜11保护着初步叠加在一起的复合材料，这样便可以较大程度防止碳纤维层9和树脂层10受到外界环境的污染。
高频感应加热器5外周缠绕高频线圈，复合材料从线圈内穿过。热压辊6为两个，两个热压辊6从复合材料两面相向挤压复合材料。由于碳纤维具备导电性，因此高频感应加热器5上设置的线圈便可以通过高频电流对碳纤维进行加热，而碳纤维在高频电磁场的作用下发出的热量便可以对树脂进热塑，树脂受热可以将其两侧的碳纤维层9粘合形成多层的碳纤维复合材料。
整平机构包括两个相互挤压的整平辊7，复合材料从两个整平辊7之间穿过，整平辊7上设置水冷装置。两整平辊7可以通过挤压形成对复合材料的整平，保证复合材料表面较为平整，同时整平辊7带有水冷装置，其在整平的同时也初步对复合材料进行了降温，保证整平过后符合材料形状的稳定。
下料机构通过收卷辊下料或通过裁切装置下料，下料机构在收卷或裁切前通过设置的水冷辊8为复合材料降温。
在下料前可以增加几个装有水冷装置的水冷辊8，通过水冷辊8的作用彻底将复合材料的温度降到合适的范围，保证下料时不会造成复合材料的结构不稳定以及多余形变。
复合材料将要脱离叠加辊1侧边的位置还设置压力辊4，压力辊4挤压在叠加辊1上。压力辊4可以辅助多层结构的复合材料在叠在一起后经过初步的挤压，再进入到下道的加热热塑工序，压力辊4与叠加辊1之间形成对复合材料的初步挤压可以保证复合材料结构更加紧实，内部的空气、空腔也可以得以消除，保证下步热塑粘合时，不会存在气泡、空腔等影响材料紧密度的现象。
下料机构可以是卷绕辊，将复合材料卷收起来，也可以是裁切装置，通过切刀将复合材料裁切成一段一段预定长度的尺寸，然后累叠起来。
以上依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定技术性范围。
Claims (10)
1.一种热塑性碳纤维复合材料制造流水线，包括：沿流水线运动方向依次设置的叠加机构、热压机构、整平机构和下料机构，其特征在于，
-所述叠加机构包括叠加辊以及环绕在所述叠加辊周向的若干个退绕辊，所述退绕辊分为碳纤维退绕辊和树脂退绕辊两种，碳纤维退绕辊和树脂退绕辊依次交替的环绕排布在所述叠加辊外周；
-所述热压机构包括高频感应加热器和设置在高频感应加热器末端的热压辊。
2.根据权利要求1所述的热塑性碳纤维复合材料制造流水线，其特征在于：所述退绕辊两侧边各设置有一个离型辊。
3.根据权利要求2所述的热塑性碳纤维复合材料制造流水线，其特征在于：所述叠加辊外周最边缘的两个退绕辊均只在其内侧设置一个离型辊。
4.根据权利要求1所述的热塑性碳纤维复合材料制造流水线，其特征在于：所述高频感应加热器外周缠绕高频线圈，所述复合材料从线圈内穿过。
5.根据权利要求1所述的热塑性碳纤维复合材料制造流水线，其特征在于：所述热压辊为两个，两个热压辊从所述复合材料两面相向挤压所述复合材料。
6.根据权利要求1所述的热塑性碳纤维复合材料制造流水线，其特征在于：所述整平机构包括两个相互挤压的整平辊，所述复合材料从两个所述整平辊之间穿过。
7.根据权利要求6所述的热塑性碳纤维复合材料制造流水线，其特征在于：所述整平辊上设置水冷装置。
8.根据权利要求1所述的热塑性碳纤维复合材料制造流水线，其特征在于：所述下料机构通过收卷辊下料或通过裁切装置下料，所述下料机构在收卷或裁切前通过设置的水冷辊为复合材料降温。
9.根据权利要求1所述的热塑性碳纤维复合材料制造流水线，其特征在于：所述叠加机构和所述热压机构之间还设置两个离型辊，两个离型辊各设置在所述复合材料两侧。
10.根据权利要求1所述的热塑性碳纤维复合材料制造流水线，其特征在于：复合材料将要脱离所述叠加辊侧边的位置还设置压力辊，所述压力辊挤压在所述叠加辊上。
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