CN114801257A - 一种热塑性碳纤维预浸带层合板制样装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种热塑性碳纤维预浸带层合板制样装置，属于复合材料成型加工领域。热塑性碳纤维预浸带层合板制样装置包括安装底座、制样模具、热压块、按压组件和压片；制样模具上设有与待加工碳纤维预浸带叠层的宽度相同以用于对其定位的制样槽，压片通过压紧螺栓与制样模具可拆连接，以压紧伸出制样槽外的碳纤维预浸带叠层；热压块导热且内部设有对其进行加热的加热件，加热件与温控组件连接，热压块用于放置在制样槽内以将碳纤维预浸带上的树脂熔融；按压组件固定在所述热压块上，用于在人力作用下进行热压作业和在人力作用下将热压块从制样槽中取出。本发明的制样装置能够保证热塑性碳纤维预浸带层合板纤维方向及张力的一致性，提高操作安全性。
Description
技术领域
本发明属于复合材料成型加工领域，尤其涉及一种热塑性碳纤维预浸带层合板制样装置。
背景技术
碳纤维预浸带是制备碳纤维复合材料的必要中间体，可根据树脂基体的不同将预浸带分为热塑性预浸带和热固性预浸带。热塑性碳纤维预浸带与传统热固性碳纤维预浸带相比，成型周期短、可回收利用、具备环保、高效及高性能等优势，被广泛应用于航空航天、风电叶片、汽车、体育器材等领域。
热塑性碳纤维预浸带在制备碳纤维复合材料制品时需要先加热使树脂熔融，然后根据制品受力方向进行相应角度的预浸带铺层，在纤维带的铺放过程中，纤维方向一致性、张力等都会对最终制品的服役性能产生影响。在国外，预浸料的自动铺带技术已相当成熟，不仅可以提高铺带质量和铺带效率，还可以极大的减少人工成本和原料成本。而在国内，由于自动铺带设备成本极高，常采用传统的人工或半人工方式进行铺带，预浸料层合板常存在铺放间隙不均、铺放精度差、气泡和褶皱等缺陷。
在进行热塑性预浸带层合板性能检测时，一般采用手工铺层的方式进行制样，采用热风枪为热源对预浸带进行加热，然后用压辊将加热后的预浸带层压在一起。这种制样方式无法有效保证预浸带层合板不同层之间纤维张力及方向的一致性，且采用热风枪在造作过程中极易对操作人员造成烫伤。
发明内容
鉴于此，本发明的目的在于提供一种热塑性碳纤维预浸带层合板制样装置，以解决现有技术中对热塑性预浸带层合板制样时，难以有效保证预浸带层合板不同层之间纤维张力和限位方向的一致性以及制样安全性的技术问题。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：
一种热塑性碳纤维预浸带层合板制样装置，包括：
安装底座，定义安装底座的长度方向为左右方向，厚度方向为上下方向；
制样模具，固定在所述安装底座上，制样模具上设有沿左右方向贯通制样模具的制样槽，制样槽的槽宽与待加工热塑性碳纤维预浸带叠层的宽度相同以用于定位放置热塑性碳纤维预浸带叠层，制样模具上还设有沿前后方向贯穿制样槽的压紧口，压紧口设有两个且分别位于制样槽的左右两端；
热压块，能够导热，热压块的长度与所述制样槽的槽长相同，热压块内设有沿左右方向延伸且贯通热压块的加热件，加热件与温控组件连接以调节热压块的温度，热压块用于放置在所述制样槽内以用于向下压紧放置在制样槽内的处于张紧状态的热塑性碳纤维预浸带叠层，并且将热塑性碳纤维预浸带叠层上的树脂熔融；
按压组件，固定在所述热压块上，用于在人力作用下使热压块向下压紧待加工热塑性碳纤维预浸带叠层和在人力作用下将热压块从制样槽中取出；
压片，设有两块，且分别设置在对应的压紧口处，压片通过压紧螺栓与制样模具可拆连接，压片用于向下压紧伸出制样槽外的热塑性碳纤维预浸带叠层。
上述技术方案的有益效果是：本发明的热塑性碳纤维预浸带层合板制样装置在使用时将处于张紧状态的热塑性碳纤维预浸带叠层放置在制样槽内，通过压板进行压紧定位，并对热压块进行加热，直至热压块的温度逐渐升高至树脂熔点，通过人工按压按压组件时能起到对热塑性碳纤维预浸带叠层压紧的作用，保证热压块对热塑性碳纤维预浸带叠层的各个位置处的压力一致，由于热压块上不同位置的温度是一致的，能够从不同方向将处于制样槽内的热塑性碳纤维预浸带叠层上的树脂熔融在一起，并且热压块还与制样槽的长度适配，因此在熔融的过程中，能够保证成型的热塑性碳纤维预浸带层合板上纤维方向及张力的一致性。另外，在对热塑性碳纤维预浸带叠层进行熔融的过程中，无需操作人员进行手动操作，即无需采用热风枪进行加热，进而避免发生热风枪的高温对操作人员造成烫伤的风险，提高了制样安全性和制样效率。
进一步的，所述按压组件设有两组且沿左右方向间隔布置，每组按压组件均包括两个分别固定在热压块前侧和后侧的手柄支架以及连接在两个手柄支架之间的手柄。
有益效果：保证人工对按压组件施力时，热压块对热塑性碳纤维预浸带叠层传递力的均匀性。
进一步的，所述热压块与手柄支架之间还设有隔热垫块。
有益效果：隔热垫块能够阻隔热量从热压块向手柄支架，进而向手柄传递，保证高温下人工操作时的安全性。
进一步的，所述制样模具的截面呈“凸”字形，包括底块和凸出底块的顶块，顶块在左右方向上的长度小于底块在左右方向上的长度，顶块与底块之间的空间形成所述压紧口，压片与底块可拆连接，所述制样槽设置在顶块上，并且制样槽的槽底与底块的上表面平齐。
有益效果：便于制作模具的加工，同时节省制作模具的制作材料，节省成本。
进一步的，所述加热件为石墨加热棒，温控组件为PID温控组件。
有益效果：石墨加热棒成本更低，采用PID温控组件，能够实现热压块的快速、精准升温，使得最终热塑性碳纤维预浸带层合板的热压成型质量更高。
进一步的，所述制样模具由模具钢制成，并且制样槽的内表面的粗糙度不大于0.4。
有益效果：采用模具高具有高的硬度、强度，在较高温度范围内也不易发生变形，制样槽的表面具有一定的粗糙度，有利于保证热塑性碳纤维预浸带层合板的脱膜性能。
进一步的，所述热压块由模具钢制成，并且热压块的下表面粗糙度不大于0.4。
有益效果：采用模具高具有高的硬度、强度，在较高温度范围内也不易发生变形，热压块的下表面具有一定的粗糙度，有利于保证热塑性碳纤维预浸带层合板的脱膜性能。
进一步的，所述制样模具的底面一体成型有面积大于制样模具底面积的隔热层，制样模具通过隔热层固定在所述安装底座上。
有益效果：隔热层能够阻断制样模具被热压块传递的热量进一步传递至安装底座上，从而保证相关设备结构的安全。
附图说明
图1是本发明的热塑性碳纤维预浸带层合板制样装置的结构示意图。
附图标记：1-安装底座，2-隔热层，3-制样模具，4-压片，5-石墨加热棒，6-热压块，7-手柄，8-手柄支架，9-隔热垫块，10-固定螺栓，11-压紧螺栓，12-紧固螺栓，13-热塑性碳纤维预浸带叠层，14-压紧口。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施方式对本发明作进一步详细描述。
本发明的热塑性碳纤维预浸带层合板制样装置的具体实施例：
如图1所示，热塑性碳纤维预浸带层合板制样装置包括：安装底座1、制样模具3、热压块6、按压组件和压片4。
定义安装底座1的长度方向为左右方向，厚度方向为上下方向。制样模具3由模具钢制成，可适用于多种树脂基体加工，如PA、PPS、PEEK等。制样模具3的底面一体成型有面积大于制样模具3底面积的隔热层2，隔热层2通过紧固螺栓12固定在安装底座1上，从而将制样模具3固定在安装底座1上，本实施例中，制样模具3的截面呈“凸”字形，包括一体成型的底块和凸出底块的顶块，顶块在左右方向上的长度小于底块在左右方向上的长度，顶块的两端与底块之间的空间大小相同，并且分别形成一个压紧口14。顶块上设有沿左右方向贯通制样模具3的制样槽，制样槽的槽底与底块的上表面平齐，也即底块的上表面充当制样槽的槽底。两个压紧口分别位于制样槽的左右两端，并且均沿前后方向贯穿制样槽。制样槽的槽宽与待加工的热塑性碳纤维预浸带叠层13的宽度相同以用于定位放置热塑性碳纤维预浸带叠层13。
压片4设有两个，分别安装在对应的压紧口处。如图1所示，压片4通过压紧螺栓11与制样模具3的底块可拆连接，以用于向下压紧伸出制样槽外的热塑性碳纤维预浸带叠层13，保证热塑性碳纤维预浸带叠层13在制样槽内张力一致。
热压块6能够导热，由模具钢制成，具体使用热作模具钢，具有较高的硬度、强度和高温抗压性能，能够有效保证在400℃温度下热压块不变形，热压块6的长度与制样槽的槽长相同。热压块6的中心部位设有沿左右方向延伸且贯通热压块6的加热件，加热件与温控组件连接以调节热压块6的温度。热压块6在使用时，放置在制样槽内以用于向下压紧放置在制样槽内的处于张紧状态的热塑性碳纤维预浸带叠层13，并且在热压块6的温度上升至树脂熔点时，能将热塑性碳纤维预浸带叠层13上的树脂熔融。为了保证热塑性碳纤维预浸带层合板的热压成型质量以及人员的操作安全，在热压块6上固定有按压组件，并且按压组件设有两组，分别位于热压块6的左右两端。每组按压组件均包括两个分别固定在热压块6前侧和后侧的手柄支架8以及连接在两个手柄支架8之间的手柄7。操作人员通过手握两个手柄7并向下按压，使热压块6向下压紧待加工热塑性碳纤维预浸带叠层13，上提手柄7，能够将热压块6从制样槽中取出。为了防止人工手握手柄7时打滑，在手柄7上套有增大摩擦力的橡胶套。
本实施例中，热压块6内的加热件为石墨加热棒5，石墨加热棒5的一端连接有PID温控组件，PID温控技术为较为成熟的技术，在此不再详细表述。采用PID温控组件能够快速、精准的控制石墨加热棒5的加热温度，进而实现热压块6快速、精准升温。石墨加热棒5在加热时，能够对热压块6整体均匀的传热，即热压块6上不同位置的温度都相同。
为了避免热压块6在加热时，热量传递至手柄支架8和手柄7上，手柄支架8和手柄7均采用低导热率的材料制成，并且在手柄支架8与热压块6之间设置隔热垫块。手柄支架8和隔热垫块通过同时穿过两者的固定螺栓10与热压块6固定连接在一起。隔热垫块采用陶瓷来防热隔热，在其他实施例中，也可以采用电木，从而有效阻隔热量向手柄传导，保证高温下人员操作的安全性。
为了有效保证热塑性碳纤维预浸带层合板的脱膜性能，本实施例中，制样槽的内表面的粗糙度不大于0.4，并且热压块的下表面粗糙度不大于0.4。
本发明的热塑性碳纤维预浸带层合板制样装置的制样过程：将热塑性碳纤维预浸带叠层放置于制样槽内，在保证样品处于张紧的状态下用压片对样品进行固定，随后打开石墨加热棒的电源开关，对热压块进行加热，在温度达到设定温度（预浸带树脂机体的熔点）后，操作人员手握手柄对样品进行热压，完成热塑性碳纤维预浸带层合板的预压工作，所制备的预压片随后会经过热压机进行最终的热压成型。整个制样装置能够有效提高不大于30mm的热塑性预浸带拉伸样品的制样效率，实现热塑性碳纤维预浸带层合板的快速预压；同时提高操作人员的操作安全性，保证热塑性碳纤维预浸带层合板纤维方向及张力的一致性。
在其他实施例中，按压组件也可以采用其他结构，如使用连接在热压块上表面的T形杆，通过向下按压T形杆即可进行热压。
在其他实施例中，制样模具也可以采用其他结构，如采用一块完整的块体，此时两个压紧口由两个沿左右方向贯穿块体的通槽形成，竖向截面呈横躺着的“E”字形。
在其他实施例中，加热件也可以采用电加热管，电加热管连接普通的温度控制器。
在其他实施例中，当手柄支架和手柄已经采用低导热率或隔热的材质制作，而使热压块上的热量传递至手柄支架很少或者不传递时，也可以不设置隔热垫块。
在其他实施例中，热压块和/或制样模具也可以采用珠光体钢、马氏体钢、奥氏体钢或铁素体钢的其中一种。
以上所述的本发明的实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包括在本发明的权利要求保护范围之内。
Claims (8)
1.热塑性碳纤维预浸带层合板制样装置，其特征在于，包括：
安装底座，定义安装底座的长度方向为左右方向，厚度方向为上下方向；
制样模具，固定在所述安装底座上，制样模具上设有沿左右方向贯通制样模具的制样槽，制样槽的槽宽与待加工热塑性碳纤维预浸带叠层的宽度相同以用于定位放置热塑性碳纤维预浸带叠层，制样模具上还设有沿前后方向贯穿制样槽的压紧口，压紧口设有两个且分别位于制样槽的左右两端；
热压块，能够导热，热压块的长度与所述制样槽的槽长相同，热压块内设有沿左右方向延伸且贯通热压块的加热件，加热件与温控组件连接以调节热压块的温度，热压块用于放置在所述制样槽内以用于向下压紧放置在制样槽内的处于张紧状态的热塑性碳纤维预浸带叠层，并且将热塑性碳纤维预浸带叠层上的树脂熔融；
按压组件，固定在所述热压块上，用于在人力作用下使热压块向下压紧待加工热塑性碳纤维预浸带叠层和在人力作用下将热压块从制样槽中取出；
压片，设有两块，且分别设置在对应的压紧口处，压片通过压紧螺栓与制样模具可拆连接，压片用于向下压紧伸出制样槽外的热塑性碳纤维预浸带叠层。
2.根据权利要求1所述的热塑性碳纤维预浸带层合板制样装置，其特征在于，所述按压组件设有两组且沿左右方向间隔布置，每组按压组件均包括两个分别固定在热压块前侧和后侧的手柄支架以及连接在两个手柄支架之间的手柄。
3.根据权利要求2所述的热塑性碳纤维预浸带层合板制样装置，其特征在于，所述热压块与手柄支架之间还设有隔热垫块。
4.根据权利要求1-3任意一项所述的热塑性碳纤维预浸带层合板制样装置，其特征在于，所述制样模具的截面呈“凸”字形，包括底块和凸出底块的顶块，顶块在左右方向上的长度小于底块在左右方向上的长度，顶块与底块之间的空间形成所述压紧口，压片与底块可拆连接，所述制样槽设置在顶块上，并且制样槽的槽底与底块的上表面平齐。
5.根据权利要求1-3任意一项所述的热塑性碳纤维预浸带层合板制样装置，其特征在于，所述加热件为石墨加热棒，温控组件为PID温控组件。
6.根据权利要求1-3任意一项所述的热塑性碳纤维预浸带层合板制样装置，其特征在于，所述制样模具由模具钢制成，并且制样槽的内表面的粗糙度不大于0.4。
7.根据权利要求1-3任意一项所述的热塑性碳纤维预浸带层合板制样装置，其特征在于，所述热压块由模具钢制成，并且热压块的下表面粗糙度不大于0.4。
8.根据权利要求1-3任意一项所述的热塑性碳纤维预浸带层合板制样装置，其特征在于，所述制样模具的底面一体成型有面积大于制样模具底面积的隔热层，制样模具通过隔热层固定在所述安装底座上。
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