CN115771288A

CN115771288A - 热塑性复合材料成型设备、方法及制品

Info

Publication number: CN115771288A
Application number: CN202211555680.4A
Authority: CN
Inventors: 穆举杰; 朱桂龙; 韩德滨; 高小弟
Original assignee: Jiangsu Jicui Carbon Fiber And Composite Application Technology Research Institute Co ltd
Current assignee: Jiangsu Jicui Carbon Fiber And Composite Application Technology Research Institute Co ltd
Priority date: 2022-12-06
Filing date: 2022-12-06
Publication date: 2023-03-10

Abstract

本发明涉及一种热塑性复合材料成型设备、方法及制品，设备包括三个放卷装置、热压装置、牵引装置、模具和挤出机，三个放卷装置分别用于放卷上层料、中层料和下层料，上层料和下层料均为热塑性薄膜，中层料为纤维布；热压装置用于对上层料、中层料和下层料进行加热加压，以得到热塑性预浸带材；牵引装置用于牵引热塑性预浸带材；模具用于承接并成型经牵引装置牵引的热塑性预浸带材，具有加热系统、配置在模具下模的真空吸附口及配置在模具上模的挤入口；挤出机用于向挤入口挤入混合料，以在热塑性预浸带材表面形成挤出层。本发明可以很好地制备机械性能良好的热塑性复合材料制品。

Description

热塑性复合材料成型设备、方法及制品

技术领域

本发明涉及热塑性复合材料领域，具体涉及一种热塑性复合材料成型设备、方法和制品。

背景技术

现有注塑成型只能用纯塑料或短纤混杂塑料进行制件制造，制件的力学性能差；随着复合材料的应用越来越广泛，原来单一的成型技术无法满足日益复杂的热塑性复合材料结构部件的需求。且当需要制造带加强筋的热塑性复合材料时，现有技术很难做到一体成型，且加强筋可能需要二次成型。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种热塑性复合材料成型设备，它可以很好地制备机械性能良好的热塑性复合材料制品。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种热塑性复合材料成型设备，包括：

三个放卷装置，分别用于放卷上层料、中层料和下层料，所述上层料和所述下层料均为热塑性薄膜，所述中层料为纤维布；

热压装置，用于对所述上层料、所述中层料和所述下层料进行加热加压，以使所述热塑性薄膜软化熔融，并渗入所述纤维布内，以得到热塑性预浸带材；

牵引装置，用于牵引所述热塑性预浸带材；

模具，用于承接并成型经所述牵引装置牵引的热塑性预浸带材，具有加热系统、配置在模具下模的真空吸附口及配置在模具上模的挤入口；

挤出机，用于向所述挤入口挤入混合料，以在所述热塑性预浸带材表面形成挤出层，所述混合料包括纤维和树脂。

进一步，热塑性复合材料成型设备还包括两个收卷装置，放卷的热塑性薄膜附在离型膜上，所述收卷装置位于所述热压装置后道，用于收卷所述离型膜。

进一步，每个放卷装置配置有用于控制放卷张力及速度的张力器和/或张力辊。

进一步，热塑性复合材料成型设备还包括切断装置，所述切断装置位于所述牵引装置和所述模具之间，用于切断所述热塑性预浸带材。

进一步，热塑性复合材料成型设备还包括移动驱动机构，所述移动驱动机构连接所述模具，用于驱动所述模具移动以使所述模具依次位于真空吸附工位、混合料挤入工位和冷却脱模工位。

本发明还提供了一种热塑性复合材料成型方法，方法包括：

带材在外力牵引下依次到达热压装置和模具，带材包括纤维布和位于纤维布上下两侧的热塑性薄膜；

热压装置对带材进行加热加压操作，上下两侧的热塑性薄膜软化熔融，并渗入所述纤维布内，得到热塑性预浸带材；

模具的加热系统对模具进行加热，使热塑性预浸带材软化；

通过模具下模的真空吸附口对模具的模腔进行抽真空操作，使软化后的热塑性预浸带材吸附在模具上；

真空吸附后，合模，并通过模具上模的挤入口往模具内挤入混合料，所述混合料包括纤维和树脂，混合料在模具模腔的作用下在热塑性预浸带材上表面形成挤出层。

进一步，所述挤出层包括加强筋。

进一步，所述热塑性薄膜的厚度为0.1～1mm。

进一步，所述热塑性薄膜为PP或PE或PPS热塑性薄膜；

和/或所述纤维布为碳纤维布或玻璃纤维布或芳纶纤维单向布或编织布。

进一步，所述热压装置的最高加热温度为400℃，最大压力为2MPa。

本发明还提供了一种带加强筋的热塑性复合材料制品，其通过热塑性复合材料成型设备制得；或其采用热塑性复合材料成型方法制得。

采用上述技术方案后，本发明具有以下有益效果：

1、通过热压装置将上下两层的热塑性薄膜熔融并渗入中间的纤维布内，一方面，可以使得热塑性材料均匀、充分地渗透在纤维布的上下表面，另一方面，纤维布为长纤维，由于制品上增加了长纤热塑性复合材料，制备的制品的力学性能远优于短纤热塑件；

2、纤维布内的纤维是长纤维，挤出机挤出的混合物内的纤维是短纤维，长纤维和短纤维的比例可调，长纤维比例越高，制品强度越高，因此，可以根据所需制品的力学性能对长纤维占制品厚度的比例进行调整，方便省事；

3、热塑性薄膜可以很好地封堵住纤维布表面的缝隙，纤维布的上下两层都渗透有热塑性材料，起到双重密封作用，后续对模具进行的抽真空操作，可使得软化后的热塑性预浸带材更好地贴附在模具的模腔内，进一步保障了制品的尺寸精度、外观及机械性能；

4、本发明还可以通过挤出机挤出混合料，一步成型加强筋，本发明可以自动、连续、高效地进行带有加强筋的热塑性复合材料制品的制备，方便快捷，满足制品力学性能要求和装配要求。

附图说明

图1为本发明的热塑性复合材料成型设备的结构示意图；

图2为本发明的模具的结构示意图；

图3为图2的爆炸图；

图4为本发明的模具的上模的结构示意图；

图5为本发明的模具的下模的结构示意图；

图6为本发明的带加强筋的热塑性复合材料制品的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明。

实施例一

如图1、2、3、4、5、6所示，一种热塑性复合材料成型设备，包括：

三个放卷装置1，分别用于放卷上层料100、中层料200和下层料300，所述上层料100和所述下层料300均为热塑性薄膜，所述中层料200为纤维布；

热压装置2，用于对所述上层料100、所述中层料200和所述下层料300进行加热加压，以使所述热塑性薄膜软化熔融，并渗入所述纤维布内，以得到热塑性预浸带材500；

牵引装置3，用于牵引所述热塑性预浸带材500；

模具4，用于承接并成型经所述牵引装置3牵引的热塑性预浸带材500，具有加热系统41、配置在模具4下模的真空吸附口42及配置在模具4上模的挤入口43；

挤出机5，用于向所述挤入口43挤入混合料，以在所述热塑性预浸带材500表面形成挤出层，所述混合料包括纤维和树脂。

在本实施例中，所述上层料100、中层料200和下层料300分别包括至少一层，可以根据实际情况设置相应的层数。

具体地，通过热压装置2将上下两层的热塑性薄膜熔融并渗入中间的纤维布内，一方面，可以使得热塑性材料均匀、充分地渗透在纤维布的上下表面，另一方面，纤维布为长纤维，由于制品上增加了长纤热塑性复合材料，制备的制品的力学性能远优于短纤热塑件；纤维布内的纤维是长纤维，挤出机5挤出的混合物内的纤维是短纤维，长纤维和短纤维的比例可调，长纤维比例越高，制品强度越高，因此，可以根据所需制品的力学性能对长纤维占制品厚度的比例进行调整，方便省事；热塑性薄膜可以很好地封堵住纤维布表面的缝隙，纤维布的上下两层都渗透有热塑性材料，起到双重密封作用，后续对模具4进行的抽真空操作，可使得软化后的热塑性预浸带材500更好地贴附在模具4的模腔内，进一步保障了制品的尺寸精度、外观及机械性能。

在本实施例中，所述挤出层包括加强筋600。本实施例还可以通过挤出机5挤出混合料，一步成型加强筋600，本实施例可以自动、连续、高效地进行带有加强筋600的热塑性复合材料制品的制备，方便快捷，满足制品力学性能要求和装配要求。

在本实施例中，热压装置2具有热压功能，最高加热温度400℃，最大压力2MPa，可以将树脂熔融并与纤维完全复合，所述压力由电缸提供。热压装置2的热压通道的前半部分的内高，从前到后逐渐变小，使得上层料100、中层料200和下层料300在经过热压装置的前半部分的过程中，所受的压力逐渐增大。热压装置2的热压通道的后半部分的内高与前半部分的最小内高一致，使得上层料100、中层料200和下层料300在经过热压装置2的后半部分的过程中受到一个比较大的压力。

在本实施例中，所述牵引装置3包括带凸起的压板、压紧装置和往复装置，两个带凸起的压板在压紧装置的作用下压紧热塑性预浸带材500，往复装置用于驱动压紧装置移动，压紧装置和往复装置均可以采用电缸。压板的凸起侧与热塑性预浸带材500接触，可以增大摩擦系数。

在本实施例中，所述加热系统41为电磁加热系统，该电磁加热系统可以使模具4在一分钟以内加热至150℃，加热后，由顶起装置顶至模具4使用处。

如图1所示，热塑性复合材料成型设备还包括两个收卷装置6，放卷的热塑性薄膜附在离型膜400上，所述收卷装置6位于所述热压装置2后道，用于收卷所述离型膜400。

如图1所示，每个放卷装置1配置有用于控制放卷张力及速度的张力器和/或张力辊7。放卷的上层料100、中层料200和下层料300依次穿过张力辊7、热压装置2，到达牵引装置3。

如图1所示，热塑性复合材料成型设备还包括切断装置8，所述切断装置8位于所述牵引装置3和所述模具4之间，用于切断所述热塑性预浸带材500。热塑性预浸带材500移动至超出模具4模腔时，切断装置8将热塑性预浸带材500切断，热塑性预浸带材500落入模具4模腔内。

在本实施例中，热塑性复合材料成型设备还包括移动驱动机构，所述移动驱动机构连接所述模具4，用于驱动所述模具4移动以使所述模具4依次位于真空吸附工位、混合料挤入工位和冷却脱模工位；其中，

所述真空吸附口42在所述真空吸附工位被抽真空，所述挤入口43在所述混合料挤入工位被所述挤出机5挤入混合料，所述模具4在所述冷却脱模工位被进行冷却脱模操作。所述移动驱动机构可以采用履带，靠机械手完成模具加热电磁线路和冷却管道的接入和拆卸，整个过程高度智能，且十分高效，整个制品的制造仅需5～15分钟。

实施例二

如图1、2、3、4、5、6所示，一种热塑性复合材料成型方法，方法包括：

带材在外力牵引下依次到达热压装置2和模具4，带材包括纤维布和位于纤维布上下两侧的热塑性薄膜；

热压装置2对带材进行加热加压操作，上下两侧的热塑性薄膜软化熔融，并渗入所述纤维布内，得到热塑性预浸带材500；

模具4的加热系统41对模具4进行加热，使热塑性预浸带材500软化；

通过模具4下模的真空吸附口42对模具4的模腔进行抽真空操作，使软化后的热塑性预浸带材500吸附在模具4上；

真空吸附后，合模，并通过模具4上模的挤入口43往模具4内挤入混合料，所述混合料包括纤维和树脂，混合料在模具4模腔的作用下在热塑性预浸带材500上表面形成挤出层。

在本实施例中，所述热塑性薄膜的厚度为0.1～1mm。所述热塑性薄膜为PP或PE或PPS热塑性薄膜。所述纤维布为碳纤维布或玻璃纤维布或芳纶纤维单向布或编织布。所述热压装置2的最高加热温度为400℃，最大压力为2MPa。

在本实施例中，所述挤出层包括加强筋600。

实施例三

如图6所示，一种带加强筋的热塑性复合材料制品，其通过实施例一所述的热塑性复合材料成型设备制得；或其采用实施例二所述的热塑性复合材料成型方法制得。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims

1.一种热塑性复合材料成型设备，其特征在于，

包括：

三个放卷装置(1)，分别用于放卷上层料(100)、中层料(200)和下层料(300)，所述上层料(100)和所述下层料(300)均为热塑性薄膜，所述中层料(200)为纤维布；

热压装置(2)，用于对所述上层料(100)、所述中层料(200)和所述下层料(300)进行加热加压，以使所述热塑性薄膜软化熔融，并渗入所述纤维布内，以得到热塑性预浸带材(500)；

牵引装置(3)，用于牵引所述热塑性预浸带材(500)；

模具(4)，用于承接并成型经所述牵引装置(3)牵引的热塑性预浸带材(500)，具有加热系统(41)、配置在模具(4)下模的真空吸附口(42)及配置在模具(4)上模的挤入口(43)；

挤出机(5)，用于向所述挤入口(43)挤入混合料，以在所述热塑性预浸带材(500)表面形成挤出层，所述混合料包括纤维和树脂。

2.根据权利要求1所述的热塑性复合材料成型设备，其特征在于，

还包括两个收卷装置(6)，放卷的热塑性薄膜附在离型膜(400)上，所述收卷装置(6)位于所述热压装置(2)后道，用于收卷所述离型膜(400)。

3.根据权利要求1所述的热塑性复合材料成型设备，其特征在于，

每个放卷装置(1)配置有用于控制放卷张力及速度的张力器和/或张力辊(7)。

4.根据权利要求1所述的热塑性复合材料成型设备，其特征在于，

还包括切断装置(8)，所述切断装置(8)位于所述牵引装置(3)和所述模具(4)之间，用于切断所述热塑性预浸带材(500)。

5.根据权利要求1所述的热塑性复合材料成型设备，其特征在于，

还包括移动驱动机构，所述移动驱动机构连接所述模具(4)，用于驱动所述模具(4)移动以使所述模具(4)依次位于真空吸附工位、混合料挤入工位和冷却脱模工位。

6.一种热塑性复合材料成型方法，其特征在于，

方法包括：

带材在外力牵引下依次到达热压装置(2)和模具(4)，带材包括纤维布和位于纤维布上下两侧的热塑性薄膜；

热压装置(2)对带材进行加热加压操作，上下两侧的热塑性薄膜软化熔融，并渗入所述纤维布内，得到热塑性预浸带材(500)；

模具(4)的加热系统(41)对模具(4)进行加热，使热塑性预浸带材(500)软化；

通过模具(4)下模的真空吸附口(42)对模具(4)的模腔进行抽真空操作，使软化后的热塑性预浸带材(500)吸附在模具(4)上；

真空吸附后，合模，并通过模具(4)上模的挤入口(43)往模具(4)内挤入混合料，所述混合料包括纤维和树脂，混合料在模具(4)模腔的作用下在热塑性预浸带材(500)上表面形成挤出层。

7.根据权利要求6所述的热塑性复合材料成型方法，其特征在于，

所述挤出层包括加强筋(600)。

8.根据权利要求6所述的热塑性复合材料成型方法，其特征在于，

所述热塑性薄膜的厚度为0.1～1mm；

和/或所述热塑性薄膜为PP或PE或PPS热塑性薄膜；

9.根据权利要求6所述的热塑性复合材料成型方法，其特征在于，

所述热压装置(2)的最高加热温度为400℃，最大压力为2MPa。

10.一种带加强筋的热塑性复合材料制品，其特征在于，

其通过权利要求1～5任一项所述的热塑性复合材料成型设备制得；

或其采用权利要求6～9任一项所述的热塑性复合材料成型方法制得。