CN109808197B - 一种连续纤维增强热塑性复合材料成型装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种能够避免复合材料在模压过程中纤维错位的连续纤维增强热塑性复合材料成型装置。该连续纤维增强热塑性复合材料成型装置，包括纤维缠绕张力控制系统、纤维分散系统、纤维缠绕张力控制系统、复合张力控制装置、复合定压装置、树脂浸渍系统、储胶系统、电路接口复合系统、纤维夹持装置；采用该连续纤维增强热塑性复合材料成型装置，具有结构简单、紧凑、工艺佳和操作方便等优点。此外，该连续纤维增强热塑性复合材料成型装置可以在多场合使用，比如高温烘箱和模压机。

Description

一种连续纤维增强热塑性复合材料成型装置

技术领域

本发明涉及树脂基复合材料成型工艺领域，尤其是一种连续纤维增强热塑性复合材料成型装置。

背景技术

众所周知的：模压成型工艺已被广泛应用于热塑性复合材料的制备，模压成型工艺是利用树脂固化反应中各阶段特性来实现制品成型的，即模压料塑化、流动并充满模腔，树脂固化。在模压料充满模腔的流动过程中，不仅树脂流动，增强材料也要随之流动，最终复合材料制品中纤维走向呈现非直线状态，致使产品的力学性能大幅度降低。

申请号201810284740.0的专利公开了一种复合材料层压板的制作方法，其主要思想为首先，将环氧树脂、IPDA固化剂、聚乙烯树脂及纳米合金粉末按照一定的程序制备成混合物，然后将碳纤维布进入到混合物中，得到半成品的碳纤维预浸料，最后，将其和PA6膜片交替铺放在热压机中，制备层合板；其缺陷在于半成品的碳纤维预浸料和PA6膜片在热压的过程中，树脂基体的流动，会造成碳纤维纱线的移动错位，破坏碳纤维布原有的纤维纹路，最终影响层合板的力学性能。

申请号201710307075.8的专利公开了基于加热模压的纤维增强PBT复合材料成型工艺，其主要方法为：在下模具中放入不同比例配方的物料进行混合并加热至液化，之后，纤维布表面处理并烘干后，放置于液化的物料中，进行模压成型；其缺陷同样是在成型的过程中，纤维纱线会随着液体的流动而流动。

针对上述成型过程中出现的问题，本专利设计了一种连续纤维增强热塑性复合材料成型装置，解决复合材料在模压过程中纤维错位的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种能够避免复合材料在模压过程中纤维错位的连续纤维增强热塑性复合材料成型装置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种连续纤维增强热塑性复合材料成型装置，包括纤维缠绕系统、纤维分散系统、复合张力控制装置、复合定压装置、树脂浸渍系统、纤维夹持装置；

所述纤维分散系统包括纤维分散基台；所述纤维分散基台的上方和下方均设置有横向均匀分布的圆柱；

所述纤维分散基台的上表面和下表面的一侧设置有安装槽；所述安装槽的两端设置有立柱；

所述安装槽内设置有安装板；所述安装槽两端的立柱穿过安装板；所述安装板上设置有竖向的圆柱；所述圆柱沿横向均匀分布；

所述立柱具有螺纹；所述安装板的上下两侧均设置有定位螺母；所述定位螺母套装在立柱上，且与立柱螺纹配合；所述纤维分散基台上设置有横向的连接杆；

所述树脂浸渍系统包括上模板、中模板、下模板；所述中模板位于上模板和下模板之间，所述上模板和下模板的两个侧边沿上设置有复合定压装置；

所述复合定压装置包括螺栓；所述螺栓穿过上模板、中模板以及下模板；所述螺栓的两端均套装有压紧弹簧，所述螺栓的两端均设置有压紧弹簧的锁紧螺母；

所述树脂浸渍系统的两端均设置有纤维分散系统；所述纤维分散基台通过连接杆与中模板连接；

所述树脂浸渍系统一端的纤维分散系统的一侧设置有夹紧纤维一端的纤维夹持装置；所述纤维夹持装置与纤维分散系统之间设置有保证纤维拉紧张力的复合张力控制装置。

进一步的，所述中模板以及下模板的上表面的边沿位置均设置有环形的储胶槽；所述中模板以及下模板上均设置有与储胶槽连通的引流管；所述储胶槽以及引流管形成储胶系统。

进一步的，所述夹持装置包括纤维缠绕板和纤维固定板；所述纤维固定板设置在纤维缠绕板的上下两侧。

进一步的，所述复合张力控制装置包括设置在纤维缠绕板以及纤维分散基台之间的固定杆；

所述纤维缠绕板滑动安装在固定杆上；所述固定杆上套装有压力弹簧；所述压力弹簧位于纤维缠绕板以及纤维分散基台之间。

进一步的，所述压力弹簧一端设置有调节螺母，所述压力弹簧位于调节螺母与纤维缠绕板之间。

本发明的有益效果是：本发明所述的连续纤维增强热塑性复合材料成型装置，能通过分散装置实现纤维束在模具表面经纬向的均匀分布、通过夹持装置实现纤维在复合成型过程的定位、通过张力控制装置实现纤维在成型过程中始终处于绷紧状态，从而实现纤维从铺放纤维到成型的整个过程中，时时控制纤维的直线度和松紧程度；成型模具具有结构简单、紧凑、工艺佳和操作方便等优点。此外，该连续纤维增强热塑性复合材料成型装置可以在多场合使用，比如高温烘箱和模压机。

附图说明

图1是本发明实施例中连续纤维增强热塑性复合材料成型装置的立体图；

图2是本发明实施例中连续纤维增强热塑性复合材料成型装置的主视图；

图3是本发明实施例中树脂浸渍系统的截面图；

图4是图1中的A的局部放大图；

图5是本发明实施例中纤维分散系统的立体图；

图6是本发明实施例中纤维分散系统的端面视图；

图中标示：1-纤维分散系统，2-纤维缠绕张力控制系统，3-复合张力控制系统，4-复合定压系统，5-树脂浸渍系统，7-纤维夹持装置，8-纤维纱线，9-上模板，10-中模板，11-模板。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

如图1所示，本发明所述的连续纤维增强热塑性复合材料成型装置，包括一种连续纤维增强热塑性复合材料成型装置，包括纤维缠绕张力控制系统2、纤维分散系1、复合张力控制装置3、复合定压装置4、树脂浸渍系统5、储胶系统6、纤维夹持装置7；

所述纤维分散系统1包括纤维分散基台12；所述纤维分散基台12的上方和下方均设置有横向均匀分布的圆柱13；

所述纤维分散基台12的上表面和下表面的一侧设置有安装槽19；所述安装槽19的两端设置有立柱16；

所述安装槽19内设置有安装板14；所述安装槽19两端的立柱16穿过安装板14；所述安装板14上设置有竖向的圆柱13；所述圆柱13沿横向均匀分布；

所述立柱16具有螺纹；所述安装板14的上下两侧均设置有定位螺母15；所述定位螺母15套装在立柱16上，且与立柱16螺纹配合；所述纤维分散基台12上设置有横向的连接杆17；

所述树脂浸渍系统5包括上模板9、中模板10、下模板11；所述中模板10位于上模板9和下模板11之间，所述上模板9和下模板11的两个侧边沿上设置有复合定压装置4；

所述复合定压装置4包括螺栓41；所述螺栓穿过上模板9、中模板10以及下模板11；所述螺栓41的两端均套装有压紧弹簧42，所述螺栓41的两端均设置有压紧弹簧42的锁紧螺母43；

所述树脂浸渍系统5的两端均设置有纤维分散系统1；所述纤维分散基台12通过连接杆17与中模板10连接；

所述树脂浸渍系统5一端的纤维分散系统1的一侧设置有夹紧纤维一端的纤维夹持装置7；所述纤维夹持装置7与纤维分散系统1之间设置有保证纤维拉紧张力的复合张力控制装置3。

其中，所述纤维分散系统1通过纤维分散基台12的上方和下方设置的横向均匀分布的圆柱13；相邻两个圆柱13之间的间距来来保证纤维缠绕过程中的横向等距分布。

通过立柱16上的定位螺母15调节安装板14的高度，从而调节两层纤维层竖向方向上的间距。

在应用的过程中，通过纤维缠绕张力控制系统2将纤维缠绕到纤维分散基台12、中模板10以及夹紧装置之上；所述纤维缠绕张力控制系统2可以采用现有的纤维缠绕装置，也可以采用人工缠绕装置。

首先通过纤维缠绕张力控制系统2在纤维分散基台12、中模板10以及夹紧装置之上缠绕一层纤维层。然后在纤维分散基台12上安装安装板14；在安装板14上通过纤维缠绕张力控制系统2再缠绕一层纤维；

然后在中模板10上方的纤维的上方和下方纤维的下方均放置树脂；然后安装上模板9和下模板11；并且通过复合定压装置4将上模板9和下模板11压紧；纤维的一端通过纤维夹持装置7夹紧；从而实现纤维的缠绕和夹紧。

在模压成型过程中，纤维处于加热状态时，会出现松弛状态，如无外界因素的控制，纤维将处于零散的状态；因此，通过复合张力控制装置3使纤维始终处于绷紧状态。

纤维和树脂基体在模压过程中，树脂基体熔入到纤维中，原始铺层厚度变薄，通过复合定压装置4，使复合材料和模具面始终处于接触状态。

所述树脂浸渍系统5，树脂浸渍系统包含三大模块，分别为上模板9、中模板10、下模板11；其中，纤维缠绕在中模板的两面，纤维缠绕完毕后，在纤维的表面铺放树脂薄膜或者树脂片，之后，将上下模板通过复合材料定压系统将三者进行定位，避免成型过程中，模具的滑移。此外，在中模具上，设有旋转轴，用于旋转树脂浸渍系统，便于缠绕纤维。

为了避免树脂基体易向四周溢出，所述上模板9、中模板10、下模板11的四周设置有储胶系统。所述中模板10以及下模板11的上表面的边沿位置均设置有环形的储胶槽21；所述中模板10以及下模板11上均设置有与储胶槽21连通的引流管；所述储胶槽21以及引流管形成储胶系统。

所述储胶系统，复合材料在模压过程中，树脂基体易向四周溢出，为防止溢出的树脂基体污染周围环境，在物料周围设计储胶系统，将溢出的物料引入其中。

为了便于夹持，所述纤维夹持装置7包括纤维缠绕板71和纤维固定板72；所述纤维固定板72设置在纤维缠绕板71的上下两侧。纤维通过分散装置后，缠绕在纤维缠绕板上，待纤维缠绕结束后，通过上下纤维固定板将均匀分布在纤维缠绕板表面的纤维夹持固定；该夹持装置主要控制纤维在复合过程中的松紧程度。

为了便于调节纤维张力大小，进一步的，所述复合张力控制装置3包括设置在纤维缠绕板71以及纤维分散基台12之间的固定杆31；

所述纤维缠绕板71滑动安装在固定杆31上；所述固定杆31上套装有压力弹簧32；所述压力弹簧32位于纤维缠绕板71以及纤维分散基台12之间。所述压力弹簧32一端设置有调节螺母，所述压力弹簧32位于调节螺母与纤维缠绕板71之间。

Claims (5)

1.一种连续纤维增强热塑性复合材料成型装置，包括纤维缠绕张力控制系统(2)，其特征在于：还包括纤维分散系统(1)、复合张力控制装置(3)、复合定压装置(4)、树脂浸渍系统(5)、纤维夹持装置(7)；

所述纤维分散系统(1)包括纤维分散基台(12)；所述纤维分散基台(12)的上方和下方均设置有横向均匀分布的圆柱(13)；

所述纤维分散基台(12)的上表面和下表面的一侧设置有安装槽(19)；所述安装槽(19)的两端设置有立柱(16)；

所述安装槽(19)内设置有安装板(14)；所述安装槽(19)两端的立柱(16)穿过安装板(14)；所述安装板(14)上设置有竖向的圆柱(13)；所述圆柱(13)沿横向均匀分布；

所述立柱(16)具有螺纹；所述安装板(14)的上下两侧均设置有定位螺母(15)；所述定位螺母(15)套装在立柱(16)上，且与立柱(16)螺纹配合；所述纤维分散基台(12)上设置有横向的连接杆(17)；

所述树脂浸渍系统(5)包括上模板(9)、中模板(10)、下模板(11)；所述中模板(10)位于上模板(9)和下模板(11)之间，所述上模板(9)和下模板(11)的两个侧边沿上设置有复合定压装置(4)；

所述复合定压装置(4)包括螺栓(41)；所述螺栓穿过上模板(9)、中模板(10)以及下模板(11)；所述螺栓(41)的两端均套装有压紧弹簧(42)，所述螺栓(41)的两端均设置有压紧弹簧(42)的锁紧螺母(43)；

所述树脂浸渍系统(5)的两端均设置有纤维分散系统(1)；所述纤维分散基台(12)通过连接杆(17)与中模板(10)连接；

所述树脂浸渍系统(5)一端的纤维分散系统(1)的一侧设置有加紧纤维一端的纤维夹持装置(7)；所述纤维夹持装置(7)与纤维分散系统(1)之间设置有保证纤维拉紧张力的复合张力控制装置(3)。

2.如权利要求1所述的连续纤维增强热塑性复合材料成型装置，其特征在于：所述中模板(10)以及下模板(11)的上表面的边沿位置均设置有环形的储胶槽(21)；所述中模板(10)以及下模板(11)上均设置有与储胶槽(21)连通的引流管；所述储胶槽(21)以及引流管形成储胶系统。

3.如权利要求2所述的连续纤维增强热塑性复合材料成型装置，其特征在于：所述纤维夹持装置(7)包括纤维缠绕板(71)和纤维固定板(72)；所述纤维固定板(72)设置在纤维缠绕板(71)的上下两侧。

4.如权利要求3所述的连续纤维增强热塑性复合材料成型装置，其特征在于：所述复合张力控制装置(3)包括设置在纤维缠绕板(71)以及纤维分散基台(12)之间的固定杆(31)；

所述纤维缠绕板(71)滑动安装在固定杆(31)上；所述固定杆(31)上套装有压力弹簧(32)；所述压力弹簧(32)位于纤维缠绕板(71)以及纤维分散基台(12)之间。

5.如权利要求4所述的连续纤维增强热塑性复合材料成型装置，其特征在于：所述压力弹簧(32)一端设置有调节螺母，所述压力弹簧(32)位于调节螺母与纤维缠绕板(71)之间。

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