连续纤维增强热塑性预浸带的熔融浸渍装置与制备方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种连续纤维增强热塑性预浸带的熔融浸渍装置与制备方法，装置包括依次设置的纱架、分丝系统、加热系统、浸渍系统、若干均化辊、上光辊和牵拉系统，加热系统包括升温通道和若干电热吹风机，浸渍系统包括浸渍辊、挤出多孔口模和挤出机，挤出多孔口模设置在浸渍辊的下方，挤出多孔口模包括弧形多孔口模一和弧形多孔口模二，弧形多孔口模一与浸渍辊的凹槽之间配合形成浅腔，挤出机与弧形多孔口模二连通；牵拉系统牵拉进入分丝系统后的纤维带自浸渍辊上方绕过，绕过浸渍辊的纤维带经过多个均化辊后进入动力对辊之间成型预浸带。本发明专利技术实现高粘度聚醚醚酮类树脂熔体对连续纤维束的浸渍，同时保证浸渍带的纤维浸渍程度与制备的连续性。

【技术实现步骤摘要】
连续纤维增强热塑性预浸带的熔融浸渍装置与制备方法
本专利技术属于连续纤维增强热塑性复合材料领域，尤其是涉及一种连续纤维增强热塑性预浸带的熔融浸渍装置与制备方法。
技术介绍
连续碳纤维增强热塑性复合材料在制备工艺与成型速率方面具有明显的优势，如可直接熔融焊接、成型速率高(热固性复合材料的10倍以上)、优异的断裂韧性、高力学性能、可回收利用、不易燃烧、发烟率与毒性低以及可以室温长期储存等，在航空航天、汽车等工业得到快速的应用发展。近几年来，热塑性复合材料在商业航空器领域的应用出现新的转折点，即热塑性复合材料已被用于大尺寸的航空部件(如机舱)的制备，这将对商业航空器的发展起到重要的促进作用。航空航天用热塑性碳纤维复合材料主要为连续碳纤维增强聚醚醚酮类高性能树脂(如聚醚醚酮、聚醚酮酮等)复合材料或连续碳纤维增强聚亚苯基硫醚类高性能树脂复合材料，该类热塑性树脂体系同通用树脂不同，熔融温度高，且熔体粘度大，对纤维的熔融浸渍极其困难，制约了相应预浸带的制备。现有的热塑性预浸带(材料)浸渍装置与制备方法，主要是通过胶槽浸渍纤维束，浸胶或非浸胶纤维直接在金属辊或浸渍模具表面产生相对运动来实现预浸带的制备，但会出现纤维无法将胶槽内树脂完全带走，剩余树脂在持续高温下回发生降解，导致材料性能下降，同时降解树脂(如碳化)也会影响对纤维的浸渍；而纤维与金属辊或模具表面发生相对运动，由于聚醚醚酮类树脂熔体或聚亚苯基硫醚类树脂熔体粘度高，该类相对运动会导致纤维与树脂熔体产生较大的剪切力，并可能带来纤维损伤、断裂等问题。因此，有必要设计一种新型的浸渍装置，并基于该装置发展一种针对高温高熔融粘度树脂熔体热塑性的连续纤维预浸带制备方法来避免利用胶槽浸渍纤维束，以及避免浸胶或非浸胶纤维直接在金属辊或浸渍模具表面产生相对运动。
技术实现思路
有鉴于此，针对聚醚醚酮类或聚亚苯基硫醚类热塑性树脂熔体粘度高、难于浸渍纤维的问题，本专利技术旨在提出一种连续纤维增强热塑性预浸带的熔融浸渍装置与制备方法，通过控制树脂在浸渍辊均匀涂覆、在纤维张力作用下实现树脂熔体浸渍纤维、均化辊提高纤维与树脂分布、上光辊固化成型的预浸带。为达到上述目的，本专利技术的技术方案是这样实现的：一种连续纤维增强热塑性预浸带的熔融浸渍装置，包括依次设置的纱架、分丝系统、加热系统、浸渍系统、若干均化辊、上光辊和牵拉系统，所述的加热系统包括升温通道和若干电热吹风机，若干电热吹风机均匀分布在升温通道的上下方，在升温通道内对应每一电热吹风机处设有一热电偶，所述热电偶检测升温通道内的风温；所述的浸渍系统包括浸渍辊、挤出多孔口模和与连接挤出多孔口模的挤出机，所述的挤出多孔口模设置在浸渍辊的下方，浸渍辊表面设有凹槽，浸渍辊通过传动轴与电机连接，所述的挤出多孔口模包括一体成型的且上下布置的弧形多孔口模一和弧形多孔口模二，所述的弧形多孔口模一与浸渍辊的凹槽之间形成浅腔，所述的挤出机经由挤出机连接管与弧形多孔口模二连通；若干均化辊平行布置，所述均化辊低于浸渍辊的中心布置，所述上光辊为动力对辊，包括上下布置且配合使用的凹辊和凸辊，凹辊上设有容纳预浸带的凹槽，凹辊的凹槽与凸辊的凸起配合，动力对辊的两端通过弹簧提供辊间压力；牵拉系统牵拉自纱架退纱进入分丝系统后的纤维带在穿过升温通道后自浸渍辊的上方绕过，绕过浸渍辊的纤维带经过多个均化辊后进入动力对辊之间成型预浸带。进一步的，所述弧形多孔口模二与弧形多孔口模一由多孔钢板隔开，且弧形多孔口模一的上表面也为多孔钢板。进一步的，所述浸渍辊和所有均化辊均为能调速、控温的动力辊。进一步的，在浸渍辊和均化辊的外围设有降低浸渍辊与均化辊散热的保温系统，所述保温系统为由陶瓷纤维毯制成的保温箱。进一步的，所述纱架前端设有对纤维束提供预张力的预张力装置。进一步的，所述均化辊表面进行抛光镀铬镜面处理，所述上光辊上设有冷却结构。进一步的，在弧形多孔口模的底部包裹有加热套。一种利用上述熔融浸渍装置制备连续纤维增强热塑性预浸带的方法，具体包括以下步骤：步骤一、多束纤维束以一定预张力下从纱架退纱后进入分丝系统，分丝系统将纤维束分丝成厚度均一宽度恒定的纤维带；步骤二、纤维带进入加热系统，纤维带升温至浸渍温度，纤维带由牵拉系统牵拉进入浸渍系统；步骤三、挤出机将树脂熔体挤入弧形多孔口模二，随着挤入树脂熔体量的增多，弧形多孔口模二内的树脂熔体经孔进入弧形多孔口模一内，弧形多孔口模一内的树脂熔体经孔进入浸渍辊浅腔，随着浸渍辊的转动，树脂熔体均匀地涂覆在浸渍辊的凹槽的表面；步骤二中加热后的具有一定预张力的纤维带以一定包角通过浸渍辊，在纤维束的预张力作用下，浸渍辊的凹槽表面的树脂熔体被挤入纤维带内，成型预成型预浸带；步骤四、预成型预浸带继续被牵拉系统以一定的包角通过若干均化辊，使纤维束与树脂熔体均匀分布；经过若干均化辊后的预成型预浸带进一步被牵拉通过上光辊，预浸带成型；通过牵拉系统牵拉、收卷成型连续纤维增强热塑性预浸带。进一步的，所述步骤一中，经分丝系统分散后的纤维带的宽度与浸渍辊凹槽宽度一致，分纱后纤维带厚度控制在0.02mm-1mm，单根纤维束的预张力在0.1N至50N。进一步的，所述步骤二中，纤维带通过加热系统温度升至360℃-450℃后进入浸渍系统。相对于现有技术，本专利技术所述的连续纤维增强热塑性预浸带的熔融浸渍装置具有以下优势：1)高粘度聚醚醚酮类树脂熔体或聚亚苯基硫醚类树脂熔体均匀涂覆在动力浸渍辊表面，一定预张力的纤维束以一定包角缠绕其上，并随着浸渍辊的转动通过浸渍辊，纤维被树脂熔体的浸渍力来自于纤维带与浸渍辊间形成的压力。本专利技术避免纤维束与高粘度树脂熔体在牵拉方向的较高的相对剪切力，避免纤维的损伤，以及由此带来的浸渍过程的不连续性。2)在浸渍辊表面的高粘度树脂熔体膜全部浸渍入纤维带内，其厚度可以通过牵拉速度与挤出速度准确控制，从而实现了对预浸带纤维含量的准确控制，同时避免树脂的浪费，以及避免未浸渍纤维树脂在高温下的降解，影响预浸带质量及浸渍过程的连续性。3)本申请实现高粘度聚醚醚酮类树脂熔体或聚亚苯基硫醚类树脂熔体对连续纤维束的浸渍，同时保证浸渍带的纤维浸渍程度与制备的连续性。附图说明构成本专利技术的一部分的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：图1为本专利技术实施例所述的一种连续纤维增强热塑性预浸带的熔融浸渍装置的结构示意图；图2为本专利技术实施例所述的一种连续纤维增强热塑性预浸带的熔融浸渍装置的工作原理图；图3为本专利技术的电吹风加热系统的结构示意图；图4为本专利技术中浸渍系统的结构示意图；图5为图4的A-A向剖视图；图6为本专利技术中上光棍的结构示意图。附图标记说明：1-纱架，2-分丝系统，3-加热系统，31-电热吹风机，32-升温通道，33-热电偶，4-浸渍系统，41-浸渍辊，411-传本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种连续纤维增强热塑性预浸带的熔融浸渍装置，其特征在于：包括依次设置的纱架(1)、分丝系统(2)、加热系统(3)、浸渍系统(4)、若干均化辊(5)、上光辊(6)和牵拉系统(7)，/n所述的加热系统(3)包括升温通道(32)和若干电热吹风机(31)，若干电热吹风机(31)均匀分布在升温通道(32)的上下方，在升温通道(32)内对应每一电热吹风机(31)处设有一热电偶(33)，所述热电偶(33)检测升温通道(32)内的风温；/n所述的浸渍系统(4)包括浸渍辊(41)、挤出多孔口模(42)和与连接挤出多孔口模的挤出机(43)，所述的挤出多孔口模(42)设置在浸渍辊(41)的下方，浸渍辊(41)表面设有凹槽，浸渍辊(41)通过传动轴(411)与电机连接，所述的挤出多孔口模(42)包括一体成型的且上下布置的弧形多孔口模一(421)和弧形多孔口模二(422)，所述的弧形多孔口模一(421)与浸渍辊(41)的凹槽之间配合形成浅腔(44)，所述的挤出机(43)经由挤出机连接管(431)与弧形多孔口模二(422)连通；/n若干均化辊(5)平行布置，所述均化辊(5)低于浸渍辊(41)的中心布置，所述上光辊(6)为动力对辊，包括上下布置且配合使用的凹辊(61)和凸辊(62)，凹辊(61)上设有容纳预浸带的凹槽，凹辊(61)的凹槽与凸辊(62)的凸起配合，动力对辊的两端通过弹簧(63)提供辊间压力；/n牵拉系统(7)牵拉自纱架(1)退纱进入分丝系统(5)后的纤维带在穿过升温通道(32)后自浸渍辊(41)的上方绕过，绕过浸渍辊(41)的纤维带经过多个均化辊(5)后进入动力对辊之间成型预浸带(9)。/n...

【技术特征摘要】
1.一种连续纤维增强热塑性预浸带的熔融浸渍装置，其特征在于：包括依次设置的纱架(1)、分丝系统(2)、加热系统(3)、浸渍系统(4)、若干均化辊(5)、上光辊(6)和牵拉系统(7)，
所述的加热系统(3)包括升温通道(32)和若干电热吹风机(31)，若干电热吹风机(31)均匀分布在升温通道(32)的上下方，在升温通道(32)内对应每一电热吹风机(31)处设有一热电偶(33)，所述热电偶(33)检测升温通道(32)内的风温；
所述的浸渍系统(4)包括浸渍辊(41)、挤出多孔口模(42)和与连接挤出多孔口模的挤出机(43)，所述的挤出多孔口模(42)设置在浸渍辊(41)的下方，浸渍辊(41)表面设有凹槽，浸渍辊(41)通过传动轴(411)与电机连接，所述的挤出多孔口模(42)包括一体成型的且上下布置的弧形多孔口模一(421)和弧形多孔口模二(422)，所述的弧形多孔口模一(421)与浸渍辊(41)的凹槽之间配合形成浅腔(44)，所述的挤出机(43)经由挤出机连接管(431)与弧形多孔口模二(422)连通；
若干均化辊(5)平行布置，所述均化辊(5)低于浸渍辊(41)的中心布置，所述上光辊(6)为动力对辊，包括上下布置且配合使用的凹辊(61)和凸辊(62)，凹辊(61)上设有容纳预浸带的凹槽，凹辊(61)的凹槽与凸辊(62)的凸起配合，动力对辊的两端通过弹簧(63)提供辊间压力；
牵拉系统(7)牵拉自纱架(1)退纱进入分丝系统(5)后的纤维带在穿过升温通道(32)后自浸渍辊(41)的上方绕过，绕过浸渍辊(41)的纤维带经过多个均化辊(5)后进入动力对辊之间成型预浸带(9)。


2.根据权利要求1所述的连续纤维增强热塑性预浸带的熔融浸渍装置，其特征在于：所述弧形多孔口模二(422)与弧形多孔口模一(421)由多孔钢板隔开，且弧形多孔口模一(421)的上表面也为多孔钢板。


3.根据权利要求1所述的连续纤维增强热塑性预浸带的熔融浸渍装置，其特征在于：所述浸渍辊(41)和所有均化辊(5)均为能调速、控温的动力辊。


4.根据权利要求1所述的连续纤维增强热塑性预浸带的熔融浸渍装置，其特征在于：在浸渍辊(41)和均化辊(5)的外围设有降低浸渍辊与均化辊散热的保温系统(8)，所述保温系统(8)为由陶瓷纤维毯制成的保温箱。


5.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：咸贵军，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23