CN109648891A - 一种智能化复合材料热塑连续成型矩阵设备和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及复合材料的拉挤热压工艺技术领域，具体是一种智能化复合材料热塑连续成型矩阵设备和方法，该设备包括依次设置的纱架、压合装置、浸渍装置、预压装置、热压成型装置、冷却装置、切割装置和牵引装置。以碳纤与织物为原料，浸渍热塑性树脂，通过预压实挤出多余气体，消除不平整和不均匀现象，复合材料的浸渍效果好，同时热压成型中可制作各个方向力学性能要求都较高产品，简单方便，设备安全可靠，能够连续批量生产。

Description

一种智能化复合材料热塑连续成型矩阵设备和方法
技术领域
本发明涉及复合材料的拉挤热压工艺技术领域，具体是一种智能化复合材料热塑连续成型矩阵设备以及应用此设置准备热塑性复合材料的方法。
背景技术
热压成型是常用的材料成型方法，现有的热塑性复合材料成型工艺存在以下缺陷：热塑拉挤浸渍困难，浸渍效果差以及无法制作不同方向力学性能要求都较高的连续型材和板材。
中国专利连续纤维的热塑性复合材料的拉挤成型方法及设备，公开号为101913255A，公开了将由热塑性复合材料制成的连续纤维从纱架上引出穿过集纱板后送入去湿器，再经过去湿的连续纤维送入浸渍器中进行浸渍，控制成型模具的加热温度在150℃-300℃得到所需的型材；使成型后的型材进入冷却槽冷却后在牵引机的牵引下进入同步自动切割机中按所需的尺寸切割、包装即可。虽然该方法简单，设备成本低，但是制成的复合材料无法满足经纬向力学性能要求都较高的领域。
公开日为2006年02月08日，公开号为1730270的中国专利中，公开了一种名称为“一种热塑性复合材料的拉挤成型方法及其成型模”的发明专利。该专利采用在线对基体纤维与增强纤维按照一定重量比进行混合，然后再经过预成型模与成型模，在成型模中加热熔融的基体纤维与增强纤维充分浸渍，最后从成型模出来的型材经冷却定型后即制得成品。但是该方法增强纤维方向单一，无法制作经纬向强度要求都较高的产品，故其还是存在上述缺陷。
公开日为1988年08月31日，公开号为88100835的中国专利中，公开了一种名称为“通过拉挤成型制造热塑性聚合物型材的方法、设备及制得的产品”的发明专利。该专利用拉挤工艺制造连续长纤维增强热塑性聚合物型材的方法。它是将浸渍了热塑性树脂的粗纱压紧，以形成坯布，在纤维上浸渍上熔融态的热塑性树脂，然后通过矩形的加热平口模头，以便压紧粗纱，强行把熔融的树脂渗入纤维之间，形成坯布。但由于热塑性树脂粘度较大，这种方法工业生产中可操作性困难。
公开日为2016年12月21日，公开号为1.6239939A的中国专利中，公开了一种名称为“一种热塑性复合材料型材的拉挤成型设备”的发明专利。该专利用拉挤工艺制造连续长纤维增强热塑性聚合物型材的方法。它是以玻纤与化纤混纺织物为原料，将玻纤与化纤混纺织物从恒张力纱架上引出，经过前导向装置进入预热烘箱进行预热，再经过后导向装置进入成型模，然后将成型的混纺织物送入滚压冷却定型装置，冷却定型后的型材进入切割机按照所需尺寸进行切割。该专利设备可提供的最高温度为260℃，对于碳纤维热塑性成型型材而言，这个温度范围还不够高。
发明内容
本发明的目的是提供一种简单方便、成品率高，设备安全可靠，能够连续批量生产智能化复合材料热塑连续成型矩阵设备。
为解决上述问题，本发明提供了一种智能化复合材料热塑连续成型矩阵设备，包括依次设置的纱架、压合装置、浸渍装置、预压装置、热压成型装置、冷却装置、切割装置和牵引装置；
所述纱架用于放置待加工的热塑性复合材料；
所述压合装置用于对所述热塑性复合材料进行压平处理；
所述浸渍装置用于对所述热塑性复合材料进行浸渍处理；
所述预压装置用于对所述热塑性复合材料进行预压实处理，排出所述热塑性复合材料中的空气；
所述热压成型装置用于对所述热塑性复合材料进行压实处理，将所述热塑性复合材料压制成预设形状；
所述冷却装置用于对成形后的所述热塑性复合材料进行冷却；
所述切割装置用于当所述牵引装置上的所述热塑性复合材料达到预设量后切割所述热塑性复合材料；
所述牵引装置用于牵引所述热塑性复合材料。
进一步的，所述冷却装置为空气冷却装置、水冷装置或油冷装置。
进一步的，所述热压成型装置提供的温度大于所述预压装置提供的温度。
进一步的，所述热压成型装置提供的压力大于所述预压装置提供的压力。
进一步的，所述热压成型装置提供的温度为100～450℃。
进一步的，所述热压成型装置提供的压力为1～5MPa。
本发明还提供了一种基于上述技术方案所述的热塑性复合材料成型设备制备热塑性复合材料的方法，包括如下步骤：
步骤S1、将热塑性复合材料进行压平处理；
步骤S2、将经过压平后的所述热塑性复合材料进行浸渍处理；
步骤S3、将经过浸渍处理的所述热塑性复合材料进行预压实处理，排出所述热塑性复合材料中的空气；
步骤S4、将经过预压实处理的所述热塑性复合材料进行压实处理，将所述热塑性复合材料压制成预设形状。
进一步的，对所述热塑性复合材料进行压实处理时的压力大于对所述热塑性复合材料进行预压实处理时的压力；和\或对所述热塑性复合材料进行压实处理时的温度大于对所述热塑性复合材料进行预压实处理时的温度。
进一步的，对所述热塑性复合材料进行压实处理时的压力范围为1～5MPa。
进一步的，对所述热塑性复合材料进行压实处理时的温度范围为100～450℃。
本发明的有益效果是：以碳纤与织物为原料，浸渍热塑性树脂，通过预压实挤出多余气体，消除不平整和不均匀现象，复合材料的浸渍效果好，同时热压成型中可制作各个方向力学性能要求都较高产品，简单方便、成品率高，设备安全可靠，能够连续批量生产。
附图说明
图1是本发明中智能化复合材料热塑连续成型矩阵设备结构示意图；
图2是本发明中制备热塑性复合材料的方法流程图。
附图标记：
1、纱架，2、压合装置，3、浸渍装置，4、预压装置，5、热压成型装置，6、冷却装置，7、切割装置，8、牵引装置。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
第一实施方式
图1是本发明中智能化复合材料热塑连续成型矩阵设备结构示意图。
如图1所示，一种智能化复合材料热塑连续成型矩阵设备，包括依次设置的纱架1、压合装置2、浸渍装置3、预压装置4、热压成型装置5、冷却装置6、切割装置7和牵引装置8。以碳纤与织物为原料，浸渍热塑性树脂，通过预压实挤出多余气体，消除不平整和不均匀现象，复合材料的浸渍效果好，同时热压成型中可制作各个方向力学性能要求都较高产品，简单方便，设备安全可靠，能够连续批量生产。
具体的，纱架1用于放置待加工的热塑性复合材料。将待加工的热塑性复合材料的一端依次送入压合装置2、浸渍装置3、预压装置4、热压成型装置5、冷却装置6、切割装置7和牵引装置8，通过牵引装置8收集加工完成的热塑性复合材料，并为热塑性复合材料的前进提供动力。
从纱架1牵引出来的待加工热塑性复合材料会出现不平整的现象，如果此时就进行浸渍处理，将会导致浸渍处理的均匀；因此为了更好的对待加工热塑性复合材料进行浸渍处理，在进行浸渍处理前通过压合装置2用于对热塑性复合材料进行压平处理。
将压平处理后的热塑性复合材料通过浸渍装置3进行浸渍处理。
由于浸渍处理后的热塑性复合材料中会含有气泡等，此时就进行压合成型将到导致成品中材料的不平整，次品率增加；为了提高正品率，在压合成型之前进行预压处理，具体的，预压装置4用于对所述热塑性复合材料进行预压实处理，排出所述热塑性复合材料中的空气。
进一步的，通过热压成型装置5对所述热塑性复合材料进行压实处理，将所述热塑性复合材料压制成预设形状。
具体的，压实处理通过相对设置的两个模具相互靠近实现，具体压合成的形状可以根据选用不同的模具实现。在压实处理时，需要通过对待加工热塑性复合材料进行加压和加热，进而将待加工热塑性复合材料压制成预设形状。
进一步的，所述冷却装置6用于对成形后的所述热塑性复合材料进行冷却。
在实际应用中，冷却装置6为空气冷却装置6、水冷装置和油冷装置中的一种或几种。
进一步的，所述切割装置7用于当所述牵引装置8上的所述热塑性复合材料达到预设量后切割所述热塑性复合材料。
进一步的，所述牵引装置8牵引所述热塑性复合材料。
预压装置4是为了排除待加工热塑性复合材料中的气体，因此不需要将热塑性复合材料压制成型，也就不需要过高的压力和温度；具体的，所述热压成型装置5提供的温度大于所述预压装置4提供的温度，所述热压成型装置5提供的压力大于所述预压装置4提供的压力。
而热压成型装置5是为了将待加工热塑性复合材料压制成型，因此需要高温高压，具体的，热压成型装置5提供的温度为100～450℃，所述热压成型装置5提供的压力为1～5MPa。相对而言，预压装置4提供的温度要低于100℃，压力小于1MPa。
具体的，热压成型装置5提供的温度可以是100℃、110℃、120℃、130℃、140℃、150℃、160℃、170℃、180℃、200℃、220℃、240℃、260℃、280℃、300℃、320℃、340℃、360℃、380℃、400℃、420℃、430℃、440℃和450℃中的一种；热压成型装置5提供的压力可以是1MPa、1.5MPa、2MPa、3MPa、3.5MPa、4MPa、4.5MPa和5MPa中的一种。
图2是本发明中制备热塑性复合材料的方法流程图
第二实施方式
一种基于第一实施方式所述的热塑性复合材料成型设备制备热塑性复合材料的方法，包括如下步骤：
步骤S1、将热塑性复合材料进行压平处理；
步骤S2、将经过压平后的所述热塑性复合材料进行浸渍处理；
步骤S3、将经过浸渍处理的所述热塑性复合材料进行预压实处理，排出所述热塑性复合材料中的空气；
步骤S4、将经过预压实处理的所述热塑性复合材料进行压实处理，将所述热塑性复合材料压制成预设形状。
具体的，对所述热塑性复合材料进行压实处理时的压力大于对所述热塑性复合材料进行预压实处理时的压力；和\或对所述热塑性复合材料进行压实处理时的温度大于对所述热塑性复合材料进行预压实处理时的温度。
进一步的，对所述热塑性复合材料进行压实处理时的压力范围为1～5MPa。
进一步的，对所述热塑性复合材料进行压实处理时的温度范围为100～450℃。
应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。

Claims (10)

1.一种智能化复合材料热塑连续成型矩阵设备，其特征在于：包括依次设置的纱架(1)、压合装置(2)、浸渍装置(3)、预压装置(4)、热压成型装置(5)、冷却装置(6)、切割装置(7)和牵引装置(8)；
所述纱架(1)用于放置待加工的热塑性复合材料；
所述压合装置(2)用于对所述热塑性复合材料进行压平处理；
所述浸渍装置(3)用于对所述热塑性复合材料进行浸渍处理；
所述预压装置(4)用于对所述热塑性复合材料进行预压实处理，排出所述热塑性复合材料中的空气；
所述热压成型装置(5)用于对所述热塑性复合材料进行压实处理，将所述热塑性复合材料压制成预设形状；
所述冷却装置(6)用于对成形后的所述热塑性复合材料进行冷却；
所述切割装置(7)用于当所述牵引装置(8)上的所述热塑性复合材料达到预设量后切割所述热塑性复合材料；
所述牵引装置(8)用于牵引所述热塑性复合材料。
2.如权利要求1所述的智能化复合材料热塑连续成型矩阵设备，其特征在于：所述冷却装置(6)为空气冷却装置(6)、水冷装置或油冷装置。
3.如权利要求1所述的智能化复合材料热塑连续成型矩阵设备，其特征在于：所述热压成型装置(5)提供的温度大于所述预压装置(4)提供的温度。
4.如权利要求1所述的智能化复合材料热塑连续成型矩阵设备，其特征在于：所述热压成型装置(5)提供的压力大于所述预压装置(4)提供的压力。
5.如权利要求1至4任一项所述的智能化复合材料热塑连续成型矩阵设备，其特征在于：所述热压成型装置(5)提供的温度为100～450℃。
6.如权利要求1至4任一项所述的智能化复合材料热塑连续成型矩阵设备，其特征在于：所述热压成型装置(5)提供的压力为1～5MPa。
7.一种基于权利要求1至6任一项所述的热塑性复合材料成型设备制备热塑性复合材料的方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤S1、将热塑性复合材料进行压平处理；
步骤S2、将经过压平后的所述热塑性复合材料进行浸渍处理；
步骤S3、将经过浸渍处理的所述热塑性复合材料进行预压实处理，排出所述热塑性复合材料中的空气；
步骤S4、将经过预压实处理的所述热塑性复合材料进行压实处理，将所述热塑性复合材料压制成预设形状。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于：对所述热塑性复合材料进行压实处理时的压力大于对所述热塑性复合材料进行预压实处理时的压力；和\或，
对所述热塑性复合材料进行压实处理时的温度大于对所述热塑性复合材料进行预压实处理时的温度。
9.如权利要求7所述的方法，其特征在于：对所述热塑性复合材料进行压实处理时的压力范围为1～5MPa。
10.如权利要求7所述的方法，其特征在于：对所述热塑性复合材料进行压实处理时的温度范围为100～450℃。
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