CN113601874A - 一种短纤维定向增强树脂膜层间装置 - Google Patents
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Abstract
一种短纤维定向增强树脂膜层间装置，包括搅拌料桶，搅拌料桶内部设有搅拌叶片，搅拌料桶出口和扁嘴喷头入口连接，扁嘴喷头出口处设有定向挡板，定向挡板与传送带前端面呈一定角度，传送带的输送带为镂空状，中间部分有凹槽，输送带下方的前端设置回收槽，输送带下方的后端设置加热平板；传送带后端设有热压滚轮，热压滚轮上方设有树脂膜卷轴支架，热压滚轮带动树脂膜卷轴支架内的树脂膜，在分布定向短纤维的凹槽内完成热压过程，然后进行铺带的收卷或直接进入铺放头进行铺放；本发明通过对短纤维方向进行控制，实现短纤维定向增强树脂膜层间性能的铺带制备，短纤维定向使得铺带所制备的零件具有更大的性能可控性，并对树脂膜铺带的层间进行增强。
Description
技术领域
本发明涉及短纤维增强热塑性树脂复合材料技术领域，具体涉及一种短纤维定向增强树脂膜层间装置。
背景技术
热塑性树脂的分子结构都属线型，因此其具有受热软化、冷却硬化的性能，而且不起化学反应，所以热塑性树脂具有加工成型简便的优点，但其耐热性和刚性较差。短切纤维能有效增强热塑性树脂，提高热塑性树脂的机械性能，使得其适用于更多对强度有一定要求的领域，极大提高其性价比。
在短纤维增强热塑性树脂复合材料中，短纤维的保留长度和纤维方向对增强后复合材料的性能有着极大的影响。当短纤维在树脂中的保留长度为1-3mm左右时，有着较好的增强效果。但不可避免的，在常用的注塑工艺中，在经过设备剪切后，初始的纤维长度为几毫米的纤维，会降低为零点几毫米，并且由于短纤维的加入使得材料流动性减少，纤维发生磨损，这都会影响复合材料的性能；同时，纤维方向在注塑过程中难以控制，也使制得的复合材料在使用过程中性能的增强程度难以控制；此外，由于短纤维不连续，使得短纤维之间无法传递力，因此只在层内增强树脂，依旧会使得层间强度较弱，无法进一步体现短纤维增强的优势。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供了一种短纤维定向增强树脂膜层间装置，通过对短纤维方向进行控制，实现短纤维定向增强树脂膜层间性能的铺带的制备，短纤维定向使得铺带所制备的零件具有更大的性能可控性，并对树脂膜铺带的层间进行增强，改善制备零件的层间性能。
为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：
一种短纤维定向增强树脂膜层间装置，包括搅拌料桶1，搅拌料桶1内部设有搅拌叶片2，搅拌料桶1出口和扁嘴喷头3入口连接，扁嘴喷头3出口处设有定向挡板4，定向挡板4与传送带5前端面呈一定角度，传送带5的输送带为镂空状，中间部分有凹槽501，输送带下方的前端设置回收槽，输送带下方的后端设置加热平板502；传送带5后端设有热压滚轮7，热压滚轮7上方设有树脂膜卷轴支架6，热压滚轮7带动树脂膜卷轴支架6内的树脂膜，在分布定向短纤维的凹槽501内完成热压过程，然后进行铺带的收卷或直接进入铺放头8进行铺放。
所述的搅拌叶片2为推进式叶片。
所述的扁嘴喷头3的出口形状为长方形，通过控制喷出短纤维和分散液的混合液的流速以及传送带5的速度，实现对短纤维含量的控制。
通过控制扁嘴喷头3与定向挡板4之间的距离，减小喷出压力，使得分散液流到定向挡板4上。
所述的定向挡板4与传送带5平面呈90°放置，与传送带5端面呈一定角度放置在传送带5的凹槽501中，以限制定向短纤维的分布范围和纤维方向，短纤维分布限制在凹槽501宽度内，纤维角度限制在定向挡板4方向与水平方向夹角α之间；定向挡板4越宽，与传送带5端面的角度越小，纤维方向越接近水平方向。
所述的凹槽501宽度与树脂膜宽度相对应，用以限制短纤维的分布范围，并维持浸渍铺带在成型过程中的形状。
所述的加热平板502实现对残留分散液的蒸发，并对浸渍后的铺带进行保温，减少其形变。
所述的热压滚轮7的宽度略小于凹槽502宽度，热压滚轮7带动树脂膜向前，传送带5上的短纤维附着在树脂膜上，在热压滚轮7与传送带5的共同作用下，实现短纤维定向增强树脂膜铺带的热压制备；短纤维附着在树脂膜的一侧，在铺放过程中，随着树脂膜的熔融，短纤维分散在层间两侧，对层间进行增强。
与现有技术相比较，本发明具有的有益效果：
1)通过传送带的凹槽501和定位挡板4的设计，实现短纤维方向的控制，定向纤维的增强使得所制备铺带铺放的零件的性能可以得到更好的控制，在定向方向上得到更好的性能增强；此外短纤维主要附着在树脂膜的一侧，因此在铺放过程中，随着树脂膜的熔融，短纤维分散在层间两侧，对层间进行增强。
2)使用树脂膜热压的方法制备短纤维增强热塑性树脂铺带，对比传统的注塑工艺，避免了短纤维在注塑剪切过程中的长度减少，能较好的保持短纤维的长度，实现更好的增强效果。
3)通过对扁嘴喷头3的喷出速度和传送带5的传送速度的控制，可以实现短纤维含量的控制，且可以对纤维长度、纤维方向、纤维含量、纤维种类、树脂种类等进行选择，设计性强，使得制备的铺带有着更多的适用领域。
附图说明
图1为本发明整体结构示意图。
图2为本发明短纤维方向分布原理示意图。
图3为本发明传送带部分装配图。
图4为本发明层间效果示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做详细的说明。
如图1、图2、图3所示，一种短纤维定向增强树脂膜层间装置，包括搅拌料桶1，搅拌料桶1内部设有搅拌叶片2，搅拌叶片2通过搅拌实现短纤维在分散液中的分散，并实现短纤维的预定向；搅拌料桶1出口和扁嘴喷头3入口连接，扁嘴喷头3的出口形状为长方形，实现对短纤维喷洒量的控制；扁嘴喷头3出口处设有定向挡板4，定向挡板4与传送带5前端面呈一定角度，限制短纤维分布在一定范围内，并在传送带5的共同作用下实现短纤维定向；传送带5的输送带为镂空状，中间部分有凹槽501，输送带下方的前端设置回收槽，实现对分散液的回收，输送带下方的后端设置加热平板502，实现对残留分散液的蒸发；传送带5后端设有热压滚轮7，热压滚轮7上方设有树脂膜卷轴支架6，热压滚轮7带动树脂膜卷轴支架6内的树脂膜，在分布定向短纤维的凹槽501内完成热压过程，然后进行铺带的收卷或直接进入铺放头8进行铺放。
所述的搅拌叶片2为推进式叶片，实现短纤维和分散液的充分循环和混合；分散液为75％乙醇溶液，易挥发且不与短纤维发生反应的溶液。
所述的扁嘴喷头3的出口形状为10mm*3mm的长方形，通过控制喷出短纤维和分散液的混合液的流速以及传送带5的速度，实现对短纤维含量的控制。
设短纤维含量的百分比为W，喷头速度为V，传送带速度为U，铺带的宽度和厚度分别为5mm和1mm，则浸渍铺带的短纤维含量为10*3*W*V/(5*1*U+10*3*W*V)＝6WV/(U+6WV)。
通过控制扁嘴喷头3与定向挡板4之间的距离，减小喷出压力，使得分散液缓慢流到定向挡板4上。
所述的定向挡板4与传送带5平面呈90°放置，与传送带5端面呈一定角度放置在传送带5的凹槽501中，以限制定向短纤维的分布范围和纤维方向，短纤维分布限制在凹槽501宽度内，纤维角度限制在定向挡板4方向与水平方向夹角α之间,如图2所示；定向挡板4越宽，与传送带5端面的角度越小，纤维方向越接近水平方向。
如图3所示，所述的凹槽501宽度与树脂膜宽度相对应，用以限制短纤维的分布范围，并维持浸渍铺带在成型过程中的形状；凹槽501内的输送带为镂空状，分布正方形小孔，使得短纤维无法漏下。
所述的加热平板502的加热温度为110℃，实现对残留分散液的蒸发，并对浸渍后的铺带进行保温，减少其形变。
所述的热压滚轮7的宽度略小于凹槽502宽度，热压滚轮7带动树脂膜向前，传送带5上的短纤维附着在树脂膜上，在热压滚轮7与传送带5的共同作用下，实现短纤维定向增强树脂膜铺带的热压制备。
实施例：将需要长度的短纤维放入搅拌料筒1中，在搅拌料筒1中加入分散液，在搅拌叶片2的搅拌下，实现短纤维的分散和混合；
根据需要的纤维含量对扁嘴喷头3的流速和传送带5的传送速度定进行调整，定向挡板4与传送带5侧面的角度控制短纤维的方向范围；
分散后的短纤维经过导管进入扁嘴喷头3，根据扁嘴喷头3与定向挡板4之间的距离，调整喷头的喷出速度，喷出的短纤维混合溶液喷到定向挡板4上，随着定向挡板4滑落到下方的传送带5上；
短纤维混合溶液滑落到传送带的凹槽501内的前端，分散液透过镂空传送带上的小孔，落到下方的回收槽内，回收槽内的分散液可用于下一次的制备；短纤维在小孔的阻碍下，留在传送带5上；
热压滚轮7带动树脂膜卷轴支架6上的树脂膜，定向的短纤维经过热压滚轮7时，附着在树脂膜上，在热压滚轮7的热压作用下实现短纤维增强热塑性树脂膜铺带的制备，此时传送带5后端的加热平板502实现对铺带的保温作用，防止铺带发生屈翘；
最后完成铺带的收卷或直接进入铺放头8进行铺放，由于短纤维主要附着在树脂膜的一侧，因此在铺放过程中，随着树脂膜的熔融，短纤维分散在层间两侧，对层间进行增强，如图4所示。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (8)
1.一种短纤维定向增强树脂膜层间装置，包括搅拌料桶(1)，其特征在于：搅拌料桶(1)内部设有搅拌叶片(2)，搅拌料桶(1)出口和扁嘴喷头(3)入口连接，扁嘴喷头(3)出口处设有定向挡板(4)，定向挡板(4)与传送带(5)前端面呈一定角度，传送带(5)的输送带为镂空状，中间部分有凹槽(501)，输送带下方的前端设置回收槽，输送带下方的后端设置加热平板(502)；传送带(5)后端设有热压滚轮(7)，热压滚轮(7)上方设有树脂膜卷轴支架(6)，热压滚轮(7)带动树脂膜卷轴支架(6)内的树脂膜，在分布定向短纤维的凹槽(501)内完成热压过程，然后进行铺带的收卷或直接进入铺放头(8)进行铺放。
2.根据权利要求1所述的一种短纤维定向增强树脂膜层间装置，其特征在于：所述的搅拌叶片(2)为推进式叶片。
3.根据权利要求1所述的一种短纤维定向增强树脂膜层间装置，其特征在于：所述的扁嘴喷头(3)的出口形状为长方形，通过控制喷出短纤维和分散液的混合液的流速以及传送带(5)的速度，实现对短纤维含量的控制。
4.根据权利要求1所述的一种短纤维定向增强树脂膜层间装置，其特征在于：通过控制扁嘴喷头(3)与定向挡板(4)之间的距离，减小喷出压力，使得分散液流到定向挡板(4)上。
5.根据权利要求1所述的一种短纤维定向增强树脂膜层间装置，其特征在于：所述的定向挡板(4)与传送带(5)平面呈90°放置，与传送带(5)端面呈一定角度放置在传送带(5)的凹槽(501)中，以限制定向短纤维的分布范围和纤维方向，短纤维分布限制在凹槽(501)宽度内，纤维角度限制在定向挡板(4)方向与水平方向夹角α之间；定向挡板(4)越宽，与传送带(5)端面的角度越小，纤维方向越接近水平方向。
6.根据权利要求1所述的一种短纤维定向增强树脂膜层间装置，其特征在于：所述的凹槽(501)宽度与树脂膜宽度相对应，用以限制短纤维的分布范围，并维持浸渍铺带在成型过程中的形状。
7.根据权利要求1所述的一种短纤维定向增强树脂膜层间装置，其特征在于：所述的加热平板(502)实现对残留分散液的蒸发，并对浸渍后的铺带进行保温，减少其形变。
8.根据权利要求1所述的一种短纤维定向增强树脂膜层间装置，其特征在于：所述的热压滚轮(7)的宽度略小于凹槽(502)宽度，热压滚轮(7)带动树脂膜向前，传送带(5)上的短纤维附着在树脂膜上，在热压滚轮(7)与传送带(5)的共同作用下，实现短纤维定向增强树脂膜铺带的热压制备；短纤维附着在树脂膜的一侧，在铺放过程中，随着树脂膜的熔融，短纤维分散在层间两侧，对层间进行增强。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20211105 |
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