CN113059831A - 一种高性能连续纤维热塑复合材料的生产工艺 - Google Patents

一种高性能连续纤维热塑复合材料的生产工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高性能连续纤维热塑复合材料的生产工艺，制备方法包括以下步骤：步骤一、利用混合加热设备对原材料进行混合搅拌加热；步骤二、将经步骤一处理后的原材料以挤出的方式涂覆在热熔树脂涂抹引导辊辊面，形成一层厚度均匀的热熔树脂膜层；步骤三、然后对步骤二制得的热熔树脂膜层采用冲压设备进行冲压；步骤四、利用覆膜设备将步骤三制得的连续纤维热塑性复合材料点阵结构芯材的上下表面进行覆膜；步骤五、利用连续式辊压层合设备将步骤四制得的连续纤维热塑复合材料进行辊压；步骤六、利用加热设备对步骤五制得的连续纤维热塑复合材料进行加热成型；步骤七、利用裁剪设备对成型后的连续纤维热塑复合材料进行裁剪。

Description

一种高性能连续纤维热塑复合材料的生产工艺
技术领域
本发明涉及一种热塑复合材料，具体为一种高性能连续纤维热塑复合材料的生产工艺，属于热塑复合材料技术领域。
背景技术
连续纤维增强热塑性塑料(CFRTP)是20世纪70年代开发出来的一种聚合物基复合材料.它由热塑性树脂基体和连续增强纤维以及一组助剂组成，树脂均匀地分布在纤维之间，形成连续相，以固定纤维的空间位置，并在材料内部传递载荷。树脂基体赋予了CFRTP优良的力学性能、热性能、加工性能和耐化学腐蚀性；连续纤维主要承受外施载荷，它决定了复合材料的力学性能，可采用碳纤维、芳纶纤维、玻璃纤维等作为连续纤维。
进人90年代，以通用工程塑料和高性能工程塑料为基体树脂的热塑性复合材料越来越受到人们的关注，并已成为复合材料异常活跃的研究开发热点。国外的热塑性树脂基复合材料发展速度非常快，已大大超过热固体性树脂基复合材料的发展速度，并已在航天、航空、交通、化工、电子、电器等领域均得到应用，目前对该种复合材料的批量生产比较困难、成本高且不易制备大尺寸结构件等难题。
发明内容
本发明的目的就在于为了解决问题而提供一种高性能连续纤维热塑复合材料的生产工艺。
本发明通过以下技术方案来实现上述目的：一种高性能连续纤维热塑复合材料的生产工艺，包括以下步骤：
包括以下步骤：
步骤一、利用混合加热设备对原材料进行混合搅拌加热，使原材料成为熔融状态；
步骤二、将经步骤一处理后的原材料以挤出的方式涂覆在热熔树脂涂抹引导辊辊面，形成一层厚度均匀的热熔树脂膜层；
步骤三、然后对步骤二制得的热熔树脂膜层采用冲压设备进行冲压，从而得到连续纤维热塑性复合材料点阵结构芯材；
步骤四、利用覆膜设备将步骤三制得的连续纤维热塑性复合材料点阵结构芯材的上下表面进行覆膜；
步骤五、利用连续式辊压层合设备将步骤四制得的连续纤维热塑复合材料进行辊压；
步骤六、利用加热设备对步骤五制得的连续纤维热塑复合材料进行加热成型；
步骤七、利用裁剪设备对成型后的连续纤维热塑复合材料进行裁剪。
其中，混合加热设备包括箱体、电机和搅拌轴；所述箱体的一侧外壁上固定安装有电机，所述电机的输出轴延伸至箱体的内侧，并与搅拌轴固接，所述搅拌轴上固定设置有加热棒，且搅拌轴的上下两侧固定设置有搅拌叶，所述箱体的上侧表面固定设置有进料口，且箱体的下侧表面固定设置有出料口。
其中，出料口得下端固定连接有挤出头，所述挤出头的下端固定设置有引导辊，所述引导辊的右侧固定设置有输送轮，所述输送轮的一侧固定设置有传送辊一。
其中，冲压设备包括冲头和底模；所述冲头和底模对称设置，且冲头和底模的前端固定设置有两个对称设置的传送辊二。
其中，覆膜设备包括膜辊、增强纤维膜和换向轮；所述膜辊分别设置在纤维热塑复合材料的两侧，且膜辊的表面均缠绕设置有增强纤维膜，所述增强纤维膜的一侧通过换向轮连接有传送辊三，所述传送辊三通过增强纤维膜连接有覆膜辊，且覆膜辊的前端固定设置有限位块，所述覆膜辊的前端固定设置有辊压层合设备，且辊压层合设备内部设置有辊压轮。
其中，裁剪设备包括安装横梁、液压缸和刀具，所述安装横梁固定设置有整个装置的上侧，且安装横梁的下表面固定连接有液压缸，所述液压缸的输出端固定连接有推杆，所述推杆的下端中心处设置有安装槽，且安装槽内通过紧固螺栓固定安装有刀头，所述刀头的下侧采用一体成型工艺设置有刀具。
作为本发明再进一步的方案：所述箱体的内部固定设置有若干个加热棒，且加热棒均设置在每两个搅拌叶之间。
作为本发明再进一步的方案：所述所述热熔树脂涂抹引导辊为单独驱动，其旋转速度单独设置，通过热熔树脂涂抹引导辊的旋转运动，同步地将涂覆在引导辊辊面的一层厚度均匀的热熔树脂膜层输送至冲压设备处。
作为本发明再进一步的方案：所述辊压轮设置有四组，且四组辊压轮的运动轨迹保持一致。
作为本发明再进一步的方案：所述步骤三中，连续纤维热塑性复合材料点阵芯材具有柔性，且在对连续纤维热塑性复合材料点阵芯材进行冲压时，采用的冲压模具是根据连续纤维热塑性复合材料点阵芯材的微结构的拓扑构型来设计的，通过冲压模具的冲头与冲压模具底模的配合冲压预成型体形成微结构的波纹状侧廓。
作为本发明再进一步的方案：所述加热棒的加热温度是根据热塑性原材料的熔融温度和结晶温度确定。
本发明的有益效果是：该高性能连续纤维热塑复合材料的生产工艺设计合理：连续纤维增强热塑性塑料与热固性树脂复合材料相比，突出优点是具有高韧性和高损伤容限，耐冲击性能好。因此，连续纤维增强热塑性复合材料成型制品的耐疲劳性能将大大超过热固性树脂的制品，使用寿命显著提高；同时热塑性树脂复合材料成型周期短、生产效率高，还存在二次加工和回收利用等方面的优势，项目产品同时也弥补了长纤维或纤维毡增强热塑性复合材料承载能力不高的缺陷。
附图说明
图1为本实用发明连接结构示意图；
图2为本实用发明裁剪设备结构示意图。
图中：A1、箱体；A2、电机；A3、搅拌轴；A4、搅拌叶；A5、加热棒；A6、进料口；A7、出料口；B1、挤出头；B2、引导辊；B3、输送轮；B4、传送辊一；C1、冲头；C2、底模；C3、传送辊二；D1、膜辊；D2、增强纤维膜；D3、换向轮；D4、传送辊三；D5、覆膜辊；D6、限位块；E1、辊压轮；F1、安装横梁；F2、液压缸；F3、推杆；F4、刀头；F5、紧固螺栓和F6、刀具。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1～2，一种高性能连续纤维热塑复合材料的生产工艺，包括以下步骤：
步骤一、利用混合加热设备对原材料进行混合搅拌加热，使原材料成为熔融状态；
步骤二、将经步骤一处理后的原材料以挤出的方式涂覆在热熔树脂涂抹引导辊辊面，形成一层厚度均匀的热熔树脂膜层；
步骤三、然后对步骤二制得的热熔树脂膜层采用冲压设备进行冲压，从而得到连续纤维热塑性复合材料点阵结构芯材；
步骤四、利用覆膜设备将步骤三制得的连续纤维热塑性复合材料点阵结构芯材的上下表面进行覆膜；
步骤五、利用连续式辊压层合设备将步骤四制得的连续纤维热塑复合材料进行辊压；
步骤六、利用加热设备对步骤五制得的连续纤维热塑复合材料进行加热成型；
步骤七、利用裁剪设备对成型后的连续纤维热塑复合材料进行裁剪。
其中，混合加热设备包括箱体A1、电机A2和搅拌轴A3；所述箱体A1的一侧外壁上固定安装有电机A2，所述电机A2的输出轴延伸至箱体A1的内侧，并与搅拌轴A3固接，所述搅拌轴A3上固定设置有加热棒A5，且搅拌轴A3的上下两侧固定设置有搅拌叶A4，所述箱体A1的上侧表面固定设置有进料口A6，且箱体A1的下侧表面固定设置有出料口A7。
其中，出料口A7得下端固定连接有挤出头B1，所述挤出头B1的下端固定设置有引导辊B2，所述引导辊B2的右侧固定设置有输送轮B3，所述输送轮B3的一侧固定设置有传送辊一B4。
其中，冲压设备包括冲头C1和底模C2；所述冲头C1和底模C2对称设置，且冲头C1和底模C2的前端固定设置有两个对称设置的传送辊二C3。
其中，覆膜设备包括膜辊D1、增强纤维膜D2和换向轮D3；所述膜辊D1分别设置在纤维热塑复合材料的两侧，且膜辊D1的表面均缠绕设置有增强纤维膜D2，所述增强纤维膜D2的一侧通过换向轮D3连接有传送辊三D4，所述传送辊三D4通过增强纤维膜D2连接有覆膜辊D5，且覆膜辊D5的前端固定设置有限位块D6，所述覆膜辊D5的前端固定设置有辊压层合设备，且辊压层合设备内部设置有辊压轮E1。
其中，裁剪设备包括安装横梁F1、液压缸F2和刀具F6，所述安装横梁F1固定设置有整个装置的上侧，且安装横梁F1的下表面固定连接有液压缸F2，所述液压缸F2的输出端固定连接有推杆F3，所述推杆F3的下端中心处设置有安装槽，且安装槽内通过紧固螺栓F5固定安装有刀头F4，所述刀头F4的下侧采用一体成型工艺设置有刀具F6。
进一步的，在本发明实施例中，所述箱体A1的内部固定设置有若干个加热棒A5，且加热棒A5均设置在每两个搅拌叶A4之间，便于对原材料进行充分加热，提高混合效率。
进一步的，在本发明实施例中，所述热熔树脂涂抹引导辊B2为单独驱动，其旋转速度单独设置，通过热熔树脂涂抹引导辊B2的旋转运动，同步地将涂覆在引导辊B2辊面的一层厚度均匀的热熔树脂膜层输送至冲压设备处，便于形成热熔树脂膜层，保证下一步工序稳定进行。
进一步的，在本发明实施例中，所述辊压轮E1设置有四组，且四组辊压轮E1的运动轨迹保持一致，便于对覆膜后的热塑复合材料进行辊压，使得增强纤维膜D2与热塑复合材料之间无缝粘合。
进一步的，在本发明实施例中，所述步骤三中，连续纤维热塑性复合材料点阵芯材具有柔性，且在对连续纤维热塑性复合材料点阵芯材进行冲压时，采用的冲压模具是根据连续纤维热塑性复合材料点阵芯材的微结构的拓扑构型来设计的，便于通过冲压模具的冲头C1与冲压模具底模C2的配合冲压预成型体形成微结构的波纹状侧廓。
进一步的，在本发明实施例中，所述加热棒A5的加热温度是根据热塑性原材料的熔融温度和结晶温度确定，便于防止温度过高或者过低对热塑性原材料的稳定性造成破坏。
工作原理：在使用该高性能连续纤维热塑复合材料的生产工艺时：将原材料通过进料口A6投入到箱体A1内，然后打开电机A2，使得电机A2带动搅拌轴A3转动，继而带动搅拌叶A4对原材料进行混合搅拌，与此同时控制加热棒A5对原材料加热，使原材料成为熔融状态；然后将熔融状态的原材料通过挤出头B1以挤出的方式涂覆在热熔树脂涂抹引导辊B2辊面上，形成一层厚度均匀的热熔树脂膜层；接着对热熔树脂膜层采用冲压设备进行冲压，通过冲头C1和底模C2的配合作用从而得到连续纤维热塑性复合材料点阵结构芯材，接着利用覆膜设备的膜辊D1和换向轮D3将增强纤维膜D2覆合在连续纤维热塑性复合材料点阵结构芯材的上下表面，再利用连续式辊压层合设备中的辊压轮E1将连续纤维热塑复合材料进行辊压，接着利用加热设备对制得的连续纤维热塑复合材料进行加热成型，最后利用裁剪设备对成型后的连续纤维热塑复合材料进行裁剪。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (6)

1.一种高性能连续纤维热塑复合材料的生产工艺，其特征在于：包括以下步骤：
步骤(一)、利用混合加热设备对原材料进行混合搅拌加热，使原材料成为熔融状态；
步骤(二)、将经步骤(一)处理后的原材料以挤出的方式涂覆在热熔树脂涂抹引导辊辊面，形成一层厚度均匀的热熔树脂膜层；
步骤(三)、然后对步骤(二)制得的热熔树脂膜层采用冲压设备进行冲压，从而得到连续纤维热塑性复合材料点阵结构芯材；
步骤(四)、利用覆膜设备将步骤(三)制得的连续纤维热塑性复合材料点阵结构芯材的上下表面进行覆膜；
步骤(五)、利用连续式辊压层合设备将步骤(四)制得的连续纤维热塑复合材料进行辊压；
步骤(六)、利用加热设备对步骤(五)制得的连续纤维热塑复合材料进行加热成型；
步骤(七)、利用裁剪设备对成型后的连续纤维热塑复合材料进行裁剪。
其中，混合加热设备包括箱体(A1)、电机(A2)和搅拌轴(A3)；所述箱体(A1)的一侧外壁上固定安装有电机(A2)，所述电机(A2)的输出轴延伸至箱体(A1)的内侧，并与搅拌轴(A3)固接，所述搅拌轴(A3)上固定设置有加热棒(A5)，且搅拌轴(A3)的上下两侧固定设置有搅拌叶(A4)，所述箱体(A1)的上侧表面固定设置有进料口(A6)，且箱体(A1)的下侧表面固定设置有出料口(A7)。
其中，出料口(A7)得下端固定连接有挤出头(B1)，所述挤出头(B1)的下端固定设置有引导辊(B2)，所述引导辊(B2)的右侧固定设置有输送轮(B2)，所述输送轮(B2)的一侧固定设置有传送辊一(B4)。
其中，冲压设备包括冲头(C1)和底模(C2)；所述冲头(C1)和底模(C2)对称设置，且冲头(C1)和底模(C2)的前端固定设置有两个对称设置的传送辊二(C3)。
其中，覆膜设备包括膜辊(D1)、增强纤维膜(D2)和换向轮(D3)；所述膜辊(D1)分别设置在纤维热塑复合材料的两侧，且膜辊(D1)的表面均缠绕设置有增强纤维膜(D2)，所述增强纤维膜(D2)的一侧通过换向轮(D3)连接有传送辊三(D4)，所述传送辊三(D4)通过增强纤维膜(D2)连接有覆膜辊(D5)，且覆膜辊(D5)的前端固定设置有限位块(D6)，所述覆膜辊(D5)的前端固定设置有辊压层合设备，且辊压层合设备内部设置有辊压轮(E1)。
其中，裁剪设备包括安装横梁(F1)、液压缸(F2)和刀具(F6)，所述安装横梁(F1)固定设置有整个装置的上侧，且安装横梁(F1)的下表面固定连接有液压缸(F2)，所述液压缸(F2)的输出端固定连接有推杆(F3)，所述推杆(F3)的下端中心处设置有安装槽，且安装槽内通过紧固螺栓(F5)固定安装有刀头(F4)，所述刀头(F4)的下侧采用一体成型工艺设置有刀具(F6)。
2.根据权利要求1所述的一种高性能连续纤维热塑复合材料的生产工艺，其特征在于：所述箱体(A1)的内部固定设置有若干个加热棒(A5)，且加热棒(A5)均设置在每两个搅拌叶(A4)之间。
3.根据权利要求1所述的一种高性能连续纤维热塑复合材料的生产工艺，其特征在于：所述热熔树脂涂抹引导辊(B2)为单独驱动，其旋转速度单独设置，通过热熔树脂涂抹引导辊(B2)的旋转运动，同步地将涂覆在引导辊(B2)辊面的一层厚度均匀的热熔树脂膜层输送至冲压设备处。
4.根据权利要求1所述的一种高性能连续纤维热塑复合材料的生产工艺，其特征在于：所述辊压轮(E1)设置有四组，且四组辊压轮(E1)的运动轨迹保持一致。
5.根据权利要求1所述的一种高性能连续纤维热塑复合材料的生产工艺，其特征在于：所述步骤三中，连续纤维热塑性复合材料点阵芯材具有柔性，且在对连续纤维热塑性复合材料点阵芯材进行冲压时，采用的冲压模具是根据连续纤维热塑性复合材料点阵芯材的微结构的拓扑构型来设计的，通过冲压模具的冲头(C1)与冲压模具底模(C2)的配合冲压预成型体形成微结构的波纹状侧廓。
6.根据权利要求1所述的一种高性能连续纤维热塑复合材料的生产工艺，其特征在于：所述加热棒(A5)的加热温度是根据热塑性原材料的熔融温度和结晶温度确定。
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