CN113119497A - 一种超厚连续纤维增强树脂预浸带的制备方法和设备 - Google Patents

Abstract

一种超厚连续纤维增强树脂预浸带的制备设备，涉及连续纤维增强热塑复合材料技术领域，其包括：至少两台带材放卷架，用于分别装载并传送出第一带材和第二带材，第一带材和第二带材均为连续纤维增强带；树脂挤出模头，用于将熔融树脂挤出至树脂粘贴胶膜引导辊；驱动装置，用于驱动树脂粘贴胶膜引导辊转动以将熔融树脂涂抹在第一带材的上表面；压力复合单元模块，用于将第一带材和第二带材压合在一起，其中，第一带材的上表面与第二带材的下表面通过熔融树脂涂粘接在一起，粘接在一起的第一带材和第二带材经由牵引模块牵引以及收卷模块收卷后形成超厚连续纤维增强树脂预浸带。上述制备设备制作过程操作简单，良品率较高。

Description

一种超厚连续纤维增强树脂预浸带的制备方法和设备

技术领域

本发明涉及连续纤维增强热塑复合材料技术领域，具体而言，涉及一种超厚连续纤维增强树脂预浸带的制备方法和设备。

背景技术

以纤维增强的各类树脂复合材料正逐步替代传统的金属材料，被广泛应用于很多要求轻量化的领域，包括飞机、汽车等各类交通工具等。随着纤维增强热塑性复合材料的应用发展，连续性纤维增强热塑材料浸渍带因其优异的物理特性和多样的加工成型方式逐步得到推广。广泛应用于运输、军民航空、石油化工、体育器具、建筑材料等众多领域。实现了产品质量轻、强度高、耐腐蚀、可回收利用以及加工成型便利的目标，因其优秀的综合性能，该行业得到了蓬勃发展。

近年来，由于市场的不断变化，对高玻纤含量超厚预浸带的需求急速上升。无论是在管道加工领域还是在复合加工方面，较大厚度的预浸带材可以帮助客户减少自身缠绕或铺层层数，减轻对设备的依赖和加工成本。但同时，制备超厚带材，也遇到一些挑战。玻璃纤维在树脂中的浸润性受到最终预浸带厚度的极大影响，超厚预浸带材从熔融状态的冷却过程对装备及工艺的控制难度也大幅提升。针对这些问题，一些研究者做了相关尝试。利用目前的熔融树脂浸润工艺一次生产预浸带材，虽然厚度可勉强达到，但这种方法制备的预浸带玻纤与树脂之间的浸润性极差，造成带材本身产生干纱等缺陷并最终导致产品综合性能的下降。这种方式带来的另一个缺点是，对冷却设备要求高，工艺控制难度大，极易导致浸润带冷却不及时，从而使聚合物结晶度升高浸润带收缩剧烈。另外一种尝试是使用目前常用的热复合工艺，这种工艺是利用两层或多层预浸带成品通过热复合机的加热辊加热，位于热复合机上下加热辊之间的预浸带受热熔融，从而粘接在一块制备出超厚预浸带。这种方法的缺点比较明显，由于通过热复合机的加热辊来熔融，位于上下加热辊之间的预浸带所受热量从外部延伸至内部，导致预浸带材必须整体熔融，才能将两层预浸带接触面有效热熔粘接。如此一来，预浸带本身在热压辊的压力作用下，其纤维原有的直线分布将被扰乱，形成不规则的弯曲形状。这种纤维排布无疑会对最终预浸带的力学性能造成负面影响。连续纤维增强树脂复合材料所具备的纤维与树脂的有效融合，以及连续纤维沿制品宽度方向分布均匀，尤其采用通常的热熔树脂工艺生产超厚度尺寸连续纤维增强树复合材料带材时增加了纤维与树脂的有效融合的难度。而纤维与树脂的有效融合的程度是评估该类产品机械连续纤维增强树复合材料带材粘贴连接成一体，物理性能的关键特征指标。而其它的制备工艺技术，如采用二次热熔复合加工工艺，将需要相互连接的两层连续纤维增强树复合材料带材加热至熔融状态，制成厚度叠加连接成一体的超厚的连续纤维增强树复合材料带材；此类工艺技术的不足之处是两层相互贴合的连续纤维增强树复合材料带材加热至熔融状态时，易造成树脂及纤维的变动，影响超厚的连续纤维增强树复合材料带材的力学特性。

如专利CN104669647A公开了一种连续纤维增强热塑性复合材料的制备工艺和设备，它采用传统双挤出流延工艺，采取在线复合的工艺制备增厚带材。缺点在于上下两层的含量无法控制，造成预浸带层间强度不稳定。而且由于设计过程中采用的双挤出系统，造成设备投入大和空间布置的浪费。因此，上述问题需在高强超厚型连续玻纤增强热塑性浸渍材料设计和加工过程中加以解决。

如专利CN105346200A采用的使用已经固化的热塑性树脂薄膜直接与连续纤维经过热压辊进行复合，在此过程中由于热塑性树脂的流动性差和热辊压的热熔效果不良，造成热塑性树脂对连续纤维的浸润效果差，直接导致连续纤维增强热塑性树脂复合材料出现浸润效果不理想，界面效果不良，材料强度低的问题，且该工艺受限于热塑膜在加热过程中造成尺寸收缩，难以保证产品树脂的均匀分布；以及采用对树脂膜再次加热的二次加工，而缺乏经济性，产品的性价比不高。

目前针对超厚连续纤维增强树脂预浸带，亟待设计一种制作过程操作简单，可有效提升产品质量的设备和方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种超厚连续纤维增强树脂预浸带的制备方法和设备，以解决上述问题。

本发明的实施例是这样实现的：

本发明实施例的一方面，提供一种超厚连续纤维增强树脂预浸带的制备设备，包括：

至少两台带材放卷架，用于分别装载并传送出第一带材和第二带材，所述第一带材和所述第二带材均为连续纤维增强带；

树脂挤出模头，用于将熔融树脂挤出至树脂粘贴胶膜引导辊；

驱动装置，用于驱动所述树脂粘贴胶膜引导辊转动以将所述熔融树脂涂抹在所述第一带材的上表面；

压力复合单元模块，用于将所述第一带材和所述第二带材压合在一起，其中，所述第一带材的上表面与所述第二带材的下表面通过所述熔融树脂涂粘接在一起，粘接在一起的所述第一带材和所述第二带材经由牵引模块牵引以及收卷模块收卷后形成所述超厚连续纤维增强树脂预浸带。

可选地，包括：所述树脂粘贴胶膜引导辊的转动速度是可调整的。

可选地，所述树脂挤出模头的模头出口唇呈狭长型结构，所述模头出口唇与所述树脂粘贴胶膜引导辊之间具有第一间隙。

可选地，所述模头出口唇的延伸方向与所述树脂粘贴胶膜引导辊的轴线相平行。

可选地，所述第一间隙的设定范围为0.1～30mm，所述模头出口唇的出口朝向与水平面的夹角设定范围10～160度角。

可选地，所述压力复合单元模块是由三根交错平行、呈“品”字结构布置的的三组辊子组成；所述三组辊子组成的“品”字结构的辊压复合模块包括正品字“品”字结构或倒品字“品”字结构两种布置形式。

可选地，所述三组辊子之间的中心距是可调整的。

可选地，所述辊压复合模块的各组辊子设有内置冷却机构。

可选地，所述树脂粘贴胶膜引导辊设有内置的加热机构。

一种超厚连续纤维增强树脂预浸带的制备方法，包括：

提供上述的制备设备；

将第一带材和第二带材分别装载在两台带材放卷架上，所述第一带材和所述第二带材均为连续纤维增强带；

通过树脂挤出模头将熔融树脂挤出至转动的树脂粘贴胶膜引导辊上，所述树脂粘贴胶膜引导辊转动以将所述熔融树脂涂抹在所述第一带材的上表面；

通过压力复合单元模块将所述第一带材和所述第二带材压合在一起，其中，所述第一带材的上表面与所述第二带材的下表面通过所述熔融树脂涂粘接在一起；

分别通过牵引模块和收卷模块对粘接在一起的所述第一带材和所述第二带材牵引以及收卷后形成所述超厚连续纤维增强树脂预浸带。

通过树脂挤出模头用于将熔融树脂挤出至转动的树脂粘贴胶膜引导辊上，从而实现将所述熔融树脂涂抹在所述第一带材的上表面，然后再通过压力复合单元模块用于将所述第一带材和所述第二带材压合在一起，并经由牵引模块牵引以及收卷模块收卷后形成所述超厚连续纤维增强树脂预浸带，制作过程操作简单，良品率较高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明超厚连续纤维增强树脂预浸带的制备设备一实施例结构示意图；

图2为图1中树脂挤出模头与熔融树脂挤出至树脂粘贴胶膜引导辊配合示意图；

图3为图1中压力复合单元模块结构示意图；

图4为发明超厚连续纤维增强树脂预浸带的制备设备另一实施例结构示意图；

图5为发明超厚连续纤维增强树脂预浸带的制备设备又一实施例结构示意图；

图6为发明超厚连续纤维增强树脂预浸带的制备设备再一实施例结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

请参照图1至图3，本实施例提供一种超厚连续纤维增强树脂预浸带的制备设备，其包括：至少两台带材放卷架，树脂挤出模头1，驱动装置和压力复合单元模块3。

两台带材放卷架分别是第一材放卷架4-1和第二材放卷架4-2；第一材放卷架4-1和第二材放卷架4-2用于分别装载并传送出第一带材和第二带材，所述第一带材和所述第二带材均为连续纤维增强带。

树脂挤出模头1用于将熔融树脂挤出至树脂粘贴胶膜引导辊2。

驱动装置用于驱动所述树脂粘贴胶膜引导辊2转动以将所述熔融树脂涂抹在所述第一带材的上表面。

压力复合单元模块3用于将所述第一带材和所述第二带材压合在一起，其中，所述第一带材的上表面与所述第二带材的下表面通过所述熔融树脂涂粘接在一起，粘接在一起的所述第一带材和所述第二带材经由牵引模块牵引以及收卷模块收卷后形成所述超厚连续纤维增强树脂预浸带。

本实施例中，通过树脂挤出模头1用于将熔融树脂挤出至转动的树脂粘贴胶膜引导辊2上，从而实现将所述熔融树脂涂抹在所述第一带材的上表面，然后再通过压力复合单元模块3用于将所述第一带材和所述第二带材压合在一起，并经由牵引模块牵引以及收卷模块收卷后形成所述超厚连续纤维增强树脂预浸带，制作过程操作简单，良品率较高。

在本实施例中，所述树脂粘贴胶膜引导辊2的转动速度是可调整的。具体地，热熔树脂引导辊2为单独驱动且旋转速度可以单独调整的装置；通过树脂粘贴胶膜引导辊2的旋转运动，将涂敷在引导辊2辊面的热熔树脂以连续旋转的形式均匀地涂抹在一层连续纤维增强带材一侧的表面。

在本实施例中，所述树脂挤出模头1的模头出口唇呈狭长型结构，所述模头出口唇与所述树脂粘贴胶膜引导辊2之间具有第一间隙。所述模头出口唇的延伸方向与所述树脂粘贴胶膜引导辊2的轴线相平行。其中，所述第一间隙的设定范围为0.1～30mm，所述模头出口唇的出口朝向与水平面的夹角设定范围10～160度角。

在本实施例中，所述压力复合单元模块3是由三根交错平行、呈“品”字结构布置的的三组辊子组成；所述三组辊子组成的“品”字结构的辊压复合模块包括正品字“品”字结构或倒品字“品”字结构两种布置形式。所述三组辊子之间的中心距是可调整的。所述辊压复合模块的各组辊子设有内置冷却机构。所述树脂粘贴胶膜引导辊2设有内置的加热机构。

热熔树脂挤出模头1装置的模头出口唇与热熔树脂引导辊2的轴线相平行；并以热熔树脂引导辊2辊面为基准，设定挤出模头装置与热熔树脂引导辊2之间的角度位置和间隙，；其特征在于，设置挤出模头装置设备的模头出口唇与热熔树脂引导辊2辊面的间隙设定范围0.1～30mm；挤出模头装置的模头与水平面的夹角设定范围10～160度角。

辊子压力复合装置是由三根交错平行，呈”品”字结构布置的的三组辊子组成；其特征在于，三组辊子组成的”品”字结构的辊压复合模块，可以是正品字”品”字结构或倒品字”品”字结构两种布置形式；

通过对正品字辊压复合模块的顶部辊子和倒品字辊压复合模块的底部辊子的位置调整，实现每个所述压力复合单元模块3的三组辊子之间的中心距的调整，设置至少两层连续纤维增强带材与辊子压力复合装置的顶部或底部辊子的包角；扇形包角范围5～180度角；

通过对压力复合单元模块3的辊子的中心距的调整，获得至少两层连续纤维增强带材之间热熔粘接所需的复合压力。

树脂粘贴胶膜引导辊2设有内置的加热机构；内置加热机构可以是插入辊子内腔的管式电加热原件；或通过所述辊子内置通道的液体加热媒介，如以热油为加热媒介，并以其传动侧的轴头端部与外部的供热源通过旋转接头装置相连接。

辊压复合模块的各组辊子设有内置冷却机构；冷却机构是通所述辊子内置的流道，并以其传动侧的轴头端部与外部的冷却水通过旋转接头装置相连接；

每个辊压复合模块的正品字顶部或倒品字底部的辊子两端的轴头旋转支撑副分别与可直线移动的直线移动传动副装置相连接，实现所述每个品字单元模块组三根压力复合辊的中心距的单独调整；每组压力复合辊，在其传动侧的轴头采用链轮或齿轮传递旋转运动。

热熔树脂材料包括，但不限于在此，如PE，PP，PA或不同材料复合而成的热熔复合材料。连续纤维增强带材还可以是玻璃纤维与各类热塑树脂的复合体；或碳纤维与各类热塑树脂的复合体；或玻璃纤维和碳纤维混合的与各类热塑树脂的复合体；或其它纤维与各类热塑树脂的复合体。

制作成厚度叠加复合成一体的连续纤维增强带材的各层连续纤维增强带材的材料组合可以是，但不限于在此，包括各层连续纤维增强带材由由相同的纤维和树脂组成的复合材料，也可以是相同的纤维和不同树脂组成的复合材料，或是不同的玻璃纤维与不同的热塑树脂的复合复合材料。

如图4，本实施例与图1所示的结构上的主要区别是增加了放卷架的数量和树脂挤出模头数量。增加的树脂挤出模头为树脂挤出模头1-1，增加的树脂粘贴胶膜引导辊为树脂粘贴胶膜引导辊2-1，增加的放卷架为图中的放卷架4-3。

如图5，本实施例与图1所示的结构上的主要区别是增加了放卷架的数量和树脂挤出模头数量，且熔融树脂涂抹的位置发送了改动。增加的树脂挤出模头为树脂挤出模头1-1，增加的树脂粘贴胶膜引导辊为树脂粘贴胶膜引导辊2-1，增加的放卷架为图中的放卷架4-3。

如图6，本实施例与图1所示的结构上的主要区别是增加了放卷架的数量，其中一带材的穿行路径进行了调整。增加的放卷架为图中的放卷架4-3。

图4至图6所示出的结构为本申请另外的几种变形设计，主要的不同之处在于带材放卷架的数量和树脂挤出模头及树脂粘贴胶膜引导辊作用的位置，本领域技术人员可以理解，在图1的基础上做出的各种变形设计均在本申请的保护范围之内。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种超厚连续纤维增强树脂预浸带的制备设备，其特征在于，包括：

至少两台带材放卷架，用于分别装载并传送出第一带材和第二带材，所述第一带材和所述第二带材均为连续纤维增强带；

树脂挤出模头，用于将熔融树脂挤出至树脂粘贴胶膜引导辊；

驱动装置，用于驱动所述树脂粘贴胶膜引导辊转动以将所述熔融树脂涂抹在所述第一带材的上表面；

压力复合单元模块，用于将所述第一带材和所述第二带材压合在一起，其中，所述第一带材的上表面与所述第二带材的下表面通过所述熔融树脂涂粘接在一起，粘接在一起的所述第一带材和所述第二带材经由牵引模块牵引以及收卷模块收卷后形成所述超厚连续纤维增强树脂预浸带。

2.根据权利要求1所述的制备设备，其特征在于，包括：所述树脂粘贴胶膜引导辊的转动速度是可调整的。

3.根据权利要求1所述的制备设备，其特征在于，所述树脂挤出模头的模头出口唇呈狭长型结构，所述模头出口唇与所述树脂粘贴胶膜引导辊之间具有第一间隙。

4.根据权利要求3所述的制备设备，其特征在于，所述模头出口唇的延伸方向与所述树脂粘贴胶膜引导辊的轴线相平行。

5.根据权利要求4所述的制备设备，其特征在于，所述第一间隙的设定范围为0.1～30mm，所述模头出口唇的出口朝向与水平面的夹角设定范围10～160度角。

6.根据权利要求1所述的制备设备，其特征在于，所述压力复合单元模块是由三根交错平行、呈“品”字结构布置的的三组辊子组成；所述三组辊子组成的“品”字结构的辊压复合模块包括正品字“品”字结构或倒品字“品”字结构两种布置形式。

7.根据权利要求6所述的制备设备，其特征在于，所述三组辊子之间的中心距是可调整的。

8.根据权利要求6所述的制备设备，其特征在于，所述辊压复合模块的各组辊子设有内置冷却机构。

9.根据权利要求1所述的制备设备，其特征在于，所述树脂粘贴胶膜引导辊设有内置的加热机构。

10.一种超厚连续纤维增强树脂预浸带的制备方法，其特征在于，包括：

提供根据权利要求1所述的制备设备；

将第一带材和第二带材分别装载在两台带材放卷架上，所述第一带材和所述第二带材均为连续纤维增强带；

通过树脂挤出模头将熔融树脂挤出至转动的树脂粘贴胶膜引导辊上，所述树脂粘贴胶膜引导辊转动以将所述熔融树脂涂抹在所述第一带材的上表面；

通过压力复合单元模块将所述第一带材和所述第二带材压合在一起，其中，所述第一带材的上表面与所述第二带材的下表面通过所述熔融树脂涂粘接在一起；

分别通过牵引模块和收卷模块对粘接在一起的所述第一带材和所述第二带材牵引以及收卷后形成所述超厚连续纤维增强树脂预浸带。

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