CN208290529U - 一种基于展宽编织碳纤维增强热塑性树脂复合材料的卷对卷制备装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种基于展宽编织碳纤维增强热塑性树脂复合材料的卷对卷制备装置，包括依次连接的放卷辊装置、堆叠装置、加热装置、冷却装置、张力辊和收卷辊；还包括设置在堆叠装置、加热装置、冷却装置底部的支撑机座；所述放卷辊装置包括织布放卷辊、树脂薄膜放卷辊和脱模纸放卷辊，所述堆叠装置包括过渡辊和堆叠结构，所述加热装置包括连续加热辊组、设置在连续加热辊组上的气缸和支撑连续加热辊组的支撑平面，所述冷却装置包括连续冷却辊组、设置在连续冷却辊组上的气缸和支撑连续冷却辊组的支撑平面。本实用新型可以用于对展宽编织碳纤维增强热塑性树脂复合片材的成型制备，实现卷对卷的连续、高效成型，大幅提高生产效率。
Description
技术领域
本实用新型涉及复合材料应用领域，具体涉及一种基于展宽编织碳纤维增强热塑性树脂复合材料的卷对卷制备装置。
背景技术
碳纤维增强树脂基复合材料因其高的比强度、比模量的特点被广泛的应用在航天航空、军工、汽车、新能源及体育用具产业。其中，热塑性树脂以其成型工艺简单、可重复使用、成本低、毒性低等优点，在复合材料树脂基选择中独树一帜，发展速度越来越快。然而，其熔融粘度高成为了其生产过程中的一个难点。在实际生产过程中，技术人员常常通过提高成型温度和时间的方式来获得浸润良好的复合材料。以聚碳酸酯（PC）为例，国内外研究人员通常将热压时间设置在30分钟左右，这极大地限制了复合材料的成型效率。通过之前的研究显示，展宽碳纤维以其薄，孔隙率大的特点可以极大的提高纤维的树脂浸润性。通过孔隙率公式和达西流体公式计算可以发现，展宽为8mm的12k碳纤维织布的完全浸润时间约是展宽为20mm的12k碳纤维织布的9.8倍。这个时间的减小是非常显著的，这也使得卷对卷的连续成型工艺变为可能。除此之外，展宽碳纤维更加的薄，成型的复合材料有更好的挠性，更加适合卷对卷（roll to roll）工艺。
实用新型内容
为实现上述想法，本实用新型提出了一种基于展宽编织碳纤维增强热塑性树脂复合材料的卷对卷制备装置，该装置可以实现展宽编织碳纤维增强热塑性树脂复合材料的高效，连续生产。
本实用新型通过以下技术方案实现。
一种基于展宽编织碳纤维增强热塑性树脂复合材料的卷对卷制备装置，包括依次连接的放卷辊装置、堆叠装置、加热装置、冷却装置、张力辊10和收卷辊11；还包括设置在堆叠装置、加热装置、冷却装置底部的支撑机座1；所述放卷辊装置包括织布放卷辊2、树脂薄膜放卷辊3和脱模纸放卷辊4，所述堆叠装置包括过渡辊5和堆叠结构12，所述加热装置包括连续加热辊组6、设置在连续加热辊组6上的气缸8和支撑连续加热辊组6的支撑平面9，所述冷却装置包括连续冷却辊组7、设置在连续冷却辊组7上的气缸8和支撑连续冷却辊组7的支撑平面9。
进一步地，所述的织布放卷辊2、树脂薄膜放卷辊3和脱模纸放卷辊通过控制系统进行主动放卷，分别对纤维体、树脂薄膜和脱模纸进行放卷。
进一步地，所述的过渡辊使放卷出来的纤维、树脂膜和脱模纸形成堆叠结构。
进一步优选，所述脱模纸的宽度大于树脂薄膜和纤维织布的宽度，树脂薄膜和纤维织布的宽度相等。
进一步地，所述的连续加热辊组内置加热系统，从内部对辊子圆周进行均匀加热，确保复合材料成型过程中温度稳定。
进一步地，所述的连续冷却辊组内置水循环冷却系统，保证冷却过程辊子温度稳定。
进一步地，所述的加热辊组和冷却辊组由多个辊子构成，延长堆叠物的受压加热和冷却过程。
进一步地，所述气缸推动加热辊和冷却辊和支撑平面形成夹持压力，提供成型时的树脂渗透压以及实现保压冷却，减小成型后的内应力。
进一步地，所述的平面支撑其内部也存在对应的加热及冷却系统，保证堆叠结构双面均匀加热及冷却。
进一步地，所述的张力辊可以调节张力，保证收卷物的紧密性，提高产品质量。
进一步地，所述的收卷辊提供成型过程的驱动力，并对复合材料进行收卷，方便下一步工艺。
与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：
1.基于展宽编织碳纤维的优势和特点，本实用新型实现了编织碳纤维增强热塑性复合片材高效，连续地卷对卷成型制备。
2. 本实用新型装置中的加热和冷却辊子采用多辊子组成，可以增加成型过程热塑性薄膜浸润编织碳纤维的时间以及冷却过程保压时间，提高成型复合材料的性能。
附图说明
图1为本实用新型卷对卷制备装置的示意图。
具体实施方式
为进一步理解本实用新型，下面结合附图和实施例对本实用新型做进一步说明，但是需要说明的是，本实用新型要求保护的范围并不局限于实施例表述的范围。
实施例1
本实施例的卷对卷制备装置的示意图如图1所示，该装置包括依次连接的放卷辊装置、堆叠装置、加热装置、冷却装置、张力辊10和收卷辊11；还包括设置在堆叠装置、加热装置、冷却装置底部的支撑机座1；所述放卷辊装置包括织布放卷辊2、树脂薄膜放卷辊3和脱模纸放卷辊4，所述堆叠装置包括过渡辊5和堆叠结构12，所述加热装置包括连续加热辊组6、设置在连续加热辊组6上的气缸8和支撑连续加热辊组6的支撑平面9，所述冷却装置包括连续冷却辊组7、设置在连续冷却辊组7上的气缸8和支撑连续冷却辊组7的支撑平面9。
本实施例采用12k展宽为20mm的编织碳纤维作为纤维增强体，厚度为0.125mm的聚碳酸酯薄膜（PC）作为热塑性树脂基材，和聚亚酰胺（PI）薄膜作为脱模纸来进行编织碳纤维增强热塑性复合材料的卷对卷制备成型进行说明。将纤维织布、树脂薄膜和脱模纸分别放在对应的放卷辊（织布放卷辊2、树脂薄膜放卷辊3、脱模纸放卷辊4），确保沿着辊子轴向的中心位置一致，脱模纸宽度大于树脂薄膜和纤维织布，树脂薄膜和纤维织布宽度相等，防止树脂薄膜熔融溢出粘辊；按照脱模纸、树脂薄膜、纤维织布、树脂薄膜和脱模纸的方式进行堆叠；并按照图1所示从左到右的顺序牵引至收卷辊11，并固定好，由收卷辊11提供成型过程的向前驱动力；树脂薄膜和纤维布形成的堆叠结构具有一定的力学强度，不必担心收卷过程断裂。
原料从各自辊子进行主动放卷，经过过渡辊5形成堆叠结构，各辊子放卷速度一致，速度0.5m/min~1m/min。
堆叠结构进入连续加热辊组6，加热辊和支撑平面9设置相应的温度240℃~250℃，气缸8设置相应的压力3MPa~6MPa，推动辊子压向支撑平面9，确保树脂熔融并浸润至碳纤维布内部；连续加热辊组6的设计增加了堆叠结构热压时间，提高浸润效果。
堆叠结构进入连续冷却辊组7，冷却辊和支撑平面9内置水循环冷却，气缸8设置相应的压力3MPa~6MPa，让熔融树脂进行保压冷却，形成复合材料；连续冷却辊组7的设计增加堆叠结构的保压冷却时间，减少成型后内应力。
成型的复合材料具有较好的挠性，可以由收卷辊11收卷至桶状物，收卷速度0.5m/min~1m/min，方便下一步工序，收卷张力由张力辊10控制可调；若觉得复合材料浸润效果差，可以按照上述流程再来一次，因热塑性薄膜是可以反复热熔和冷却固化的。
本实用新型的上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型权利要求的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种基于展宽编织碳纤维增强热塑性树脂复合材料的卷对卷制备装置，其特征在于：包括依次连接的放卷辊装置、堆叠装置、加热装置、冷却装置、张力辊（10）和收卷辊（11）；还包括设置在堆叠装置、加热装置、冷却装置底部的支撑机座（1）；所述放卷辊装置包括织布放卷辊（2）、树脂薄膜放卷辊（3）和脱模纸放卷辊（4），所述堆叠装置包括过渡辊（5）和堆叠结构（12），所述加热装置包括连续加热辊组（6）、设置在连续加热辊组（6）上的气缸（8）和支撑连续加热辊组（6）的支撑平面（9），所述冷却装置包括连续冷却辊组（7）、设置在连续冷却辊组（7）上的气缸（8）和支撑连续冷却辊组（7）的支撑平面（9）。
2.根据权利要求1所述的一种基于展宽编织碳纤维增强热塑性树脂复合材料的卷对卷制备装置，其特征在于：所述的织布放卷辊（2）、树脂薄膜放卷辊（3）和脱模纸放卷辊（4）通过控制系统进行主动放卷。
3.根据权利要求1所述的一种基于展宽编织碳纤维增强热塑性树脂复合材料的卷对卷制备装置，其特征在于：所述的过渡辊（5）使放卷出来的纤维织布、树脂薄膜和脱模纸形成堆叠结构。
4.根据权利要求3所述的一种基于展宽编织碳纤维增强热塑性树脂复合材料的卷对卷制备装置，其特征在于：所述脱模纸的宽度大于树脂薄膜和纤维织布的宽度，树脂薄膜和纤维织布的宽度相等。
5.根据权利要求1所述的一种基于展宽编织碳纤维增强热塑性树脂复合材料的卷对卷制备装置，其特征在于：所述的连续加热辊组（6）内置加热系统，从内部对辊子圆周进行均匀加热。
6.根据权利要求1所述的一种基于展宽编织碳纤维增强热塑性树脂复合材料的卷对卷制备装置，其特征在于：所述的连续冷却辊组（7）内置水循环冷却系统。
7.根据权利要求1所述的一种基于展宽编织碳纤维增强热塑性树脂复合材料的卷对卷制备装置，其特征在于： 所述气缸（8）推动加热辊和冷却辊和支撑平面（9）形成夹持压力。
8.根据权利要求1所述的一种基于展宽编织碳纤维增强热塑性树脂复合材料的卷对卷制备装置，其特征在于：所述的支撑平面（9）内置相对应的加热和冷却系统。
9.根据权利要求1所述的一种基于展宽编织碳纤维增强热塑性树脂复合材料的卷对卷制备装置，其特征在于：所述的张力辊（10）的张力可调。
10.根据权利要求1所述的一种基于展宽编织碳纤维增强热塑性树脂复合材料的卷对卷制备装置，其特征在于：所述的收卷辊（11）提供成型过程的驱动力，并对复合材料进行收卷，方便下一步工艺。
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| CN108437492A (zh) * | 2018-03-26 | 2018-08-24 | 华南理工大学 | 一种基于展宽编织碳纤维增强热塑性树脂复合材料的卷对卷制备装置 |
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