一种纤维增强热塑性复合材料短流程制造方法及制造系统技术方案

本发明专利技术公开了一种纤维增强热塑性复合材料短流程制造方法和制造系统。该制造方法包括：用气体流离散化处理纤维束、得到离散纤维束的步骤；用宽展辊超薄化处理离散纤维束、得到宽展纤维带的步骤；对宽展纤维带进行在线浸润涂层处理、得到涂层宽展纤维带的步骤；和将涂层宽展纤维带与热塑性树脂基体复合，得到复合材料的步骤。该制造系统包括：用于将纤维离散化处理过程的纤维离散组件、用于将纤维束进行在线浸润过程的浸润组件和用于将涂层宽展纤维带进行复合过程的复合组件。能够制造浸料厚度小的纤维增强热塑性复合材料，方法简易，制造成本低，制造时间短，具有良好的工业应用前景。

A short flow manufacturing method and manufacturing system for fiber reinforced thermoplastic composites

The invention discloses a short flow manufacturing method and a manufacturing system for a fiber reinforced thermoplastic composite material. The manufacturing method comprises the steps of treating the fiber bundles by gas flow dispersion and obtaining the fiber bundles; the steps of treating the fiber bundles by ultra-thin stretching rolls to obtain the fiber bands; the steps of on-line infiltration coating on the fiber bands to obtain the fiber bands by coating the fiber bands; and the steps of extending the fiber bands by coating and heating the fiber bands by coating. The resin matrix is combined to obtain the steps of the composite material. The manufacturing system comprises a fiber discrete assembly for the fiber discretization process, a wetting assembly for the fiber bundle on-line wetting process, and a composite assembly for the coating of a wide fiber belt for the composite process. Fiber reinforced thermoplastic composites with small thickness of preg can be fabricated by this method. The method is simple, the manufacturing cost is low, and the manufacturing time is short.

【技术实现步骤摘要】
一种纤维增强热塑性复合材料短流程制造方法及制造系统
本专利技术属于复合材料领域，具体涉及一种纤维增强热塑性复合材料短流程制造方法和制造系统。
技术介绍
随着我国航空航天、车辆舰船等领域的发展，碳纤维复合材料(CFRP)，由于其密度小、力学性能高、耐腐蚀、抗疲劳等突出优点，被列为国家重点发展战略新材料之一。以航空发动机为例，美国GE90-115B涡扇发动机，推力可达547kN,而耗油率下降到了0.05kg/(N.h)左右，CFRP起了至关重要的作用。在其它领域，如新能源电动车，它的重量越大，能耗就越高，续航里程则越短，轻量化CFRP应用的重要性不言而喻。目前，商业化碳纤维(CF)单向带预浸料的厚度多在0.15mm以上；平纹编织预浸料的厚度则在0.25mm以上。对于薄壁件，预浸料厚度大意味着许用铺层数量少，层合板各向异性明显；对于壁厚不等的制件而言，如GE90发动机叶片，从叶根部向叶尖逐渐减薄，往往需要采用改变铺层数量以适应其结构要求。预浸料厚度大则意味着铺层数变化时“架桥”区尺度大，缺陷面积增加，复合材料的承载性能有所降低，既影响复合材料的力学性能，也降低了碳纤维复合材料的资源利用率和本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种纤维增强热塑性复合材料短流程制造方法，其特征在于，该制造方法包括步骤：S1、用气体流离散化处理纤维束，得到离散纤维束；S2、用宽展辊超薄化处理S1所得的离散纤维束，得到宽展纤维带；S3、对S2所得宽展纤维带进行在线浸润涂层处理，得到涂层宽展纤维带；S4、将S3所得涂层宽展纤维带与热塑性树脂基体复合，得到复合材料。

【技术特征摘要】
1.一种纤维增强热塑性复合材料短流程制造方法，其特征在于，该制造方法包括步骤：S1、用气体流离散化处理纤维束，得到离散纤维束；S2、用宽展辊超薄化处理S1所得的离散纤维束，得到宽展纤维带；S3、对S2所得宽展纤维带进行在线浸润涂层处理，得到涂层宽展纤维带；S4、将S3所得涂层宽展纤维带与热塑性树脂基体复合，得到复合材料。2.根据权利要求1所述的纤维增强热塑性复合材料短流程制造方法，其特征在于，所述步骤S1中气体流的压力设置为0.3～0.5MPa，流速设置为2～3升/分钟。3.根据权利要求1所述的纤维增强热塑性复合材料短流程制造方法，其特征在于，所述步骤S1中气体流的含水量低于0.05ppm，杂质含量低于0.03ppm。4.根据权利要求1所述的纤维增强热塑性复合材料短流程制造方法，其特征在于，所述步骤S2中宽展辊设置为双辊组合，宽展宽度W1用下式估算：W1＝(12A·L·cosα)1/3其中，A为纤维束横截面积，L为双辊之间的距离，α为宽展辊轴心连线与对称面之间的夹角。5.根据权利要求1所述的纤维增强热塑性复合材料短流程制造方法，其特征在于，所述步骤S2中宽展辊为多个，且设置为多边形组合，宽展宽度W2用下式估算：其中，A为纤维束横截面积、Li为第i个宽展辊与第i-1个宽展辊之间的距离，n为宽展辊的数量,i为1～n之间的整数，λ可以用下式计算：其中，βi为第i宽展辊与第i-1宽展辊轴心连线与对称面之间的夹角。6.根据权利要求1所述的纤维增强热塑性复合材料短流程制造方法，其特征在于，所述步骤S2中宽展辊为多个，且设置为非均布高低排列组合，宽展宽度W3用下式计算：其中：A为纤维束横截面积，Li为第i个宽展辊与第i-1个宽展辊之间的距离，αi为第i个宽展辊与第i-1个宽展辊轴心连线与对称面之间的夹角，r为宽展辊的半径，n为宽展辊的数量，i为1～n之间的整数。7.根据权利要求1所述的纤维增强热塑性复合材料短流程制造方法，其特征在于，所述步骤S3中使用偶联剂溶液、碳纳米管溶液、石墨烯溶液、聚氨酯溶液进行在线表面涂层处理。8.根据权利要求1所述的纤维增强热塑性复合材料短流程制造方法，其特征在于，所述步骤S3中纤维体积含量设定在40～50％之间，纤维带厚度设置在0.04mm以下，纤维带宽度设置为300mm。9.根据权利要求1所述的纤维增强热塑性复合材料短流程制造方法，其特征在于，所述步骤S4之前还包括步骤：S40、将得到的涂层宽展纤维带烘干。10.根据权利要求9所述的纤维增强热塑性复合材料短流程制造...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴海宏，郭子月，朱登洁，仝立勇，黄明，石宪章，刘春太，
申请(专利权)人：河南工业大学，中山大学，郑州大学，
类型：发明
国别省市：河南,41