一种连续纤维织物增强热塑性复合材料的制备方法以及设备技术

本发明专利技术公开了一种连续纤维增强热塑性复合材料的制备方法以及设备，其设备主要包括：(1)放卷装置，(2)预张力装置，(3)织物预处理设备，(4)预热装置，(5)浸渍模具，(6)连接器，(7)螺杆机，(8)定型装置，(9)冷却牵引装置，(10)收卷装置，(11)连续纤维织物，(12)浸渍后的连续纤维织物。纤维织物或者经过分散处理后的纤维纱，通过牵引，经历表面处理，干燥，浸渍模头内与树脂充分浸渍，在经过冷却定型后收卷，得到需要的产品。本发明专利技术实现一次成型技术，减少了设备的投资，提高了生产效率，产品质量稳定。连接器(6)以及浸渍模具(5)灵活化设计，可以实现两层甚至是多层纤维织物复合材料的一次成型。

A continuous fiber fabric reinforced thermoplastic composite material preparation method and equipment

The invention discloses a preparation method and equipment of a continuous fiber reinforced thermoplastic composite, which mainly includes: (1) rewinding device, (2) pretension device, (3) fabric preprocessing equipment, (4) preheating device, (5) impregnating die, (6) connector, (7) screw machine, (8) setting device, (9) cooling traction device, (10). Coil device, (11) continuous fiber fabric, (12) continuous fabric impregnated. Fiber fabric or fiber yarn after dispersing, through traction, experience surface treatment, drying, impregnating with resin fully impregnated in the head of the impregnated mold, and getting the required product after cooling and setting. The invention realizes the one-time forming technology, reduces the investment of the equipment, improves the production efficiency, and has stable product quality. The connector (6) and the immersion mold (5) are designed to achieve the first forming of the two or even multi-layer fabric composite materials.

【技术实现步骤摘要】
一种连续纤维织物增强热塑性复合材料的制备方法以及设备
本专利技术设计连续纤维增强热塑性复合材料制备领域，特别是涉及一种连续纤维织物增强热塑性复合材料的制备方法以及设备。
技术介绍
连续纤维增强热塑性复合材料具有很多的性能优势。相比对于非连续纤维增强复合材料，其机械强度拥有几百倍的优势；相比于热固性纤维增强复合材料，其在于环保方面的优势不言而喻。随着科学技术的发展，先进的制造技术的发展，其运用领域逐渐由高端航空航天，军工领域向民用方向发展，特别是在风电，汽车，轮船，建筑等领域有很大的发展前景。目前，连续纤维增强热塑性复合材料的成型方法主要有拉挤工艺，模压工艺，传递模塑工艺等。拉挤工艺和传递模塑工艺主要用在不饱和聚酯，环氧树脂以及熔体粘度很低的热塑性树脂的成型中，对于设备的要求很高，同时适用的范围也比较小。模压工艺可以适用于各种类型的连续纤维增强复合材料的成型，但是这个工艺一般都是非连续性，并且产品的质量不稳定。本专利技术中设计一个连续化的成型工艺满足各种类型的纤维织物以及各种树脂之间的直接复合，一次成型并且制品质量稳定，效率高。在公开号为CN104629254A的中国专利技术专利中，提供了一种连续纤维增强聚醚醚酮复合材料预浸带的制造方法，解决了纤维和树脂之间的复合问题，实现连续化生产要求，但是对于幅宽大(>500mm)的纤维织物进行复合，无法保证纤维与树脂浸渍完全，得不到理想的效果。在公开号为CN107127984A的中国专利技术专利中，提供了一种连续纤维增强热塑性树脂基复合材料制造工艺，该工艺解决了纤维分散，连续化生产等问题。但是树脂熔体从连续纤维束的一侧接触到纤维，经过“锯齿状”浸渍过程，从侧向渗透进入纤维束的另一侧，在浸渍过程中容易出现纤维的损伤甚至是断裂在模具内从而堵塞模具；树脂渗透纤维过程会影响纤维的取向，从而降低综合性能以及分散均匀性；另外纤维束两侧的树脂含量无法保证均匀分布。
技术实现思路
针对现有技术的缺陷或者改进需求，本专利技术提供了一种连续纤维织物增强热塑性复合材料的制备方法以及设备。解决了热塑性塑料或弹性体在与连续纤维织物在复合中存在的树脂浸渍效果不好，生产周期长，产品质量不稳定等问题。所述的产品结构：纤维布以层状结构均匀分散在塑料中形成的复合塑料片材或板材。所述的产品特点：利用纤维高强度增强塑料的力学性能；改善塑料片材或板材的尺寸稳定性。所述浸渍的热塑性塑料或弹性体主要包括聚烯烃、聚酰胺、热塑性聚酯、聚氯乙烯、热塑性聚氨酯。所述连续纤维织物为玻璃纤维、碳纤维、天然纤维、合成纤维经过编织而成的方格布、单向布以及轴向织物。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：一种连续纤维织物增强热塑性复合材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：(1)将连续纤维织物固定在纱架上，通过预张力装置保持纤维织物在成型中平稳与树脂熔体浸渍以及牵引。(2)连续纤维织物在进入浸渍模具之前需要进行表面预处理以及预热处理。偶联剂溶液喷淋增加树脂熔体与纤维之间相互作用，提高浸渍效果；预热处理除去溶解偶联剂的溶剂以及纤维所吸收的水分，提高产品质量稳定性。(3)经过处理后的纤维织物在浸渍模具中与树脂熔体进行复合。(4)浸渍后的半成品复合材料经过定型装置初步定型，再经过冷却牵引得到最终的复合材料，进行切割收卷。步骤(1)具体包括以下步骤：a.连续纤维织物平整均匀铺开；连续纤维织物放置在放卷装置上并进行铺开。放卷辊是气胀轴，可以调节尺寸大小，从而更加稳定的固定纤维织物卷的放卷平稳性。放卷辊一端连接动力装置，另一端末尾设置卡销，保证纤维织物卷在放卷过程不会出现横向位移。b.连续纤维织物的预张力调整；放卷后的纤维织物首先会送到一组张力辊设备中，近一步保证连续纤维织物在牵引过程中的稳定，均匀前进。步骤(2)具体包括以下步骤：a.连续纤维预处理预处理设备主要是雾化喷淋装置在连续纤维织物的上下表面进行偶联剂处理。上述的偶联剂液体主要是硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、络合物偶联剂中的一种，并且是经过与醇或者去离子水经过一定浓度稀释后的溶液。b.连续纤维织物预热处理采用红外加热方式或者电加热方式，对连续纤维织物进行预热处理，在预热装置内有鼓风设备，有利于溶剂，水分杂质的挥发，提高干燥，预热效果。预热温度略高于进行复合树脂的熔点，温度范围190—290℃。步骤(3)具体包括以下步骤：a.树脂塑化以及进入浸渍模具复合材料中树脂的体积分数以及复合材料生产速率的快慢一个方面在于螺杆挤出机的塑化能力大小。按照一定的参数设置挤螺杆各区加热温度、加料口喂料速度以及螺杆转速。固态树脂经过螺杆挤出机的塑化后，进入到连接器中，连接器是是一个改变熔体流动状态的装置，经过螺杆挤出机塑化后的树脂熔体截面是圆形，经过连接器特殊结构的设计，树脂流动分为两股矩形的层流状态，树脂熔体平稳的浸入浸渍模具。上述固态树脂主要是粉状或者是颗粒料，也可以是经过复配方式得到的粉料和粒料共存的状态。b.浸渍模具中复合过程垂直于连续纤维织物牵引方向的树脂熔体经过连接器分流后进入浸渍模具中的熔体流道，经过一定压力作用和树脂熔体流道引导作用，形成平行于连续纤维织物牵引方向的平稳流动的熔体。熔体流道在浸渍模具前端改变方向，型芯前端具有一定的锥度，在型芯末端连续纤维织物与树脂熔体接触，浸渍模具前段锥度略大于型芯前端锥度，熔体流道越来越窄，给予熔体挤压作用，提供了熔体浸渍纤维的压力，提高粘附性。经过浸渍模具前端浸渍后，复合材料半成品通过口模进行初步定型。步骤(4)具体包括以下步骤：a.浸渍后的半成品复合材料经过定型装置初步定型经过浸渍模具后的半成品复合材料形状没有固定，表面也不够平整。经过压力辊定型装置处理，提高复合材料的表面平整度，提高产品尺寸的精确。b.冷却牵引得到最终的复合材料，进行切割收卷。经过定型装置后，复合材料形状初步稳定，经过冷却装置加速冷却牵引，在收卷单元中包括有修边切刀、切刀和收卷机。修边切刀对片材的横向宽幅进行修整，两组切刀协调裁剪出需要的宽度。收卷后得到连续纤维织物增强热塑性复合材料的卷材、片材产品。与现有技术相比，本专利技术解决了现有的热塑性树脂与纤维增强过程中树脂粘度过高而引起的一些问题，比如设备工艺复杂，设备成本过高，工艺操作过程不环保，浸渍不好易导致干纱等问题。本专利技术采用的设备和方法工艺简单，操作方便，制备的复合带材浸渍良好，操作过程环保可靠。定型装置设计性灵活，可以改进成型连续纤维织物增强热塑性复合瓦片。成型的产品不仅仅只有片材、卷材和板材的形状限制。附图说明图1是连续纤维织物增强热塑性复合材料制备的装备示意图；附图1标注说明：1、纱架；2、预张力装置，3、织物预处理设备；4、预热装置；5、浸渍模具；6、连接器；7、螺杆机；8、定型装置；9、冷却牵引装置；10、收卷装置；11、连续纤维织物；12、浸渍后的连续纤维织物。图2是螺杆挤出机、连接器、浸渍模头连接图；附图2标注说明：5、浸渍模具；51、浸渍模具中熔体流道；52、浸渍型芯；521、浸渍型芯前端；54、浸渍模具外壁；541、浸渍模具外壁前端斜块；6、连接器；61、连接器中熔体流道；7、螺杆挤出机。图3是连接器截面剖视图；附图3标注说明：6、连接器；61、连接器中熔体流道；62、连接器分流型芯。附图4是浸渍模头截面本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种连续纤维织物增强热塑性复合材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：(a)纤维织物(11)在放卷装置(1)上水平固定，通过预张力装置(2)保持纤维织物(11)在加工中运行平稳；(b)经过预张力装置(2)后的纤维织物(11)牵引进入预处理装置(3)，在预处理装置(3)中对纤维织物(11)进行喷淋偶联剂溶液处理，提高纤维织物(11)与树脂的浸渍效果；(c)经过预处理的纤维织物(11)牵引到预热装备(4)进行烘干处理，保持含水量量低于3％以保证后续纤维织物(11)与树脂熔体浸渍更加充分；(d)烘干后的纤维织物(11)浸入浸渍模头(5)，螺杆挤出机(7)将树脂进行塑化，经过连接器(6)平稳过渡到浸渍模头(5)，在浸渍模头(5)中树脂熔体和纤维织物(11)进行充分接触浸渍；(e)浸渍后的纤维织物(12)经过定型装置(8)初步固定外型，然后经过冷却牵引装置(9)保持型材尺寸的稳定性，最后经过收卷装置(10)得到产品。

【技术特征摘要】
1.一种连续纤维织物增强热塑性复合材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：(a)纤维织物(11)在放卷装置(1)上水平固定，通过预张力装置(2)保持纤维织物(11)在加工中运行平稳；(b)经过预张力装置(2)后的纤维织物(11)牵引进入预处理装置(3)，在预处理装置(3)中对纤维织物(11)进行喷淋偶联剂溶液处理，提高纤维织物(11)与树脂的浸渍效果；(c)经过预处理的纤维织物(11)牵引到预热装备(4)进行烘干处理，保持含水量量低于3％以保证后续纤维织物(11)与树脂熔体浸渍更加充分；(d)烘干后的纤维织物(11)浸入浸渍模头(5)，螺杆挤出机(7)将树脂进行塑化，经过连接器(6)平稳过渡到浸渍模头(5)，在浸渍模头(5)中树脂熔体和纤维织物(11)进行充分接触浸渍；(e)浸渍后的纤维织物(12)经过定型装置(8)初步固定外型，然后经过冷却牵引装置(9)保持型材尺寸的稳定性，最后经过收卷装置(10)得到产品。2...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈弦，赵江，廖鑫，陈骁翰，李浩，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：四川,51