热塑性基体复合材料棒材的制备系统、制备方法及棒材技术方案

本发明专利技术公开了一种热塑性基体复合材料棒材的制备系统、制备方法及棒材，制备系统，包括依次设置的预浸带放置架、预热模具、集束模具、定径模具、冷却模具和牵引收卷装置，预热模具、集束模具、定径模具、冷却模具均内设通道，各个模具的通道依次连通；所述预浸带放置架上安装有若干个辊筒；预热模具，外设加热套；冷却模具，外设冷却装置。

【技术实现步骤摘要】
热塑性基体复合材料棒材的制备系统、制备方法及棒材
本专利技术涉及热塑性纤维复合材料
，特别涉及一种热塑性基体复合材料棒材的制备系统、制备方法及棒材，制备得到的棒材具有耐冲击、耐摩擦、高拉伸强度和弹性模量等综合力学性能，可适用于各种力学结构件的制备。
技术介绍
公开该
技术介绍
部分的信息仅仅旨在增加对本专利技术的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。目前，热塑性复合材料具有越来越广泛的应用，随着高性能热塑性树脂和高性能纤维及其界面处理技术的不断发展，各种连续纤维增强的热塑性树脂基体的复合材料不断研发生产。其中，拉挤成型工艺主要针对于热固性树脂基体与连续纤维成型复合材料应用，其制备的主要是棒状连续杆材。但是热固性树脂基体在经过热交联固化成型之后，树脂与纤维形成不熔不溶的三维交联网络结构，其力学性能虽然优异，但是不可反复加热成型，而且树脂基体的力学脆性较高、韧性较差，与高性能纤维增强形成复合材料之后的可回收性能较差。随着热塑性树脂与高性能纤维复合材料的出现，各种复合成型技术均开始不断研发，其中包括熔融注射、热熔注塑、叠层模压等诸多工艺，为了将连续单向纤维与热塑性树脂基体进行热熔复合，将连续拉挤成型工艺应用到棒状材料的复合材料制备中，但是热塑性树脂的热熔工艺控制稳定性、最终热塑性树脂基复合材料棒材的直径均一性以及界面结合强度难以达到要求。
技术实现思路
为了解决现有技术中存在的技术问题，本专利技术的目的是提供一种热塑性基体复合材料棒材的制备系统、制备方法及棒材。为实现上述专利技术目的，本专利技术的一个或多个实施例公开了以下技术方案：第一方面，本专利技术提供了一种热塑性基体复合材料棒材的制备系统，包括依次设置的预浸带放置架、预热模具、集束模具、定径模具、冷却模具和牵引收卷装置，预热模具、集束模具、定径模具、冷却模具均内设通道，各个模具的通道依次连通；所述预浸带放置架上安装有若干个辊筒；预热模具，外设加热套；冷却模具，外设冷却装置。第二方面，本专利技术提供了一种热塑性基体复合材料棒材的制备方法，包括如下步骤：来自多个辊筒的多个热塑性预浸带汇集到预热模具中，进行加热，被加热软化的预浸带通过集束模具集束后，进入定径模具中，在定径模具的挤压下，形成致密的棒材，定径后的棒材经冷却后，成型。第三方面，本专利技术提供了上述制备方法制备得到的热塑性基体复合材料棒材。与现有技术相比，本专利技术的以上一个或多个技术方案取得了以下有益效果：本专利技术提供的一种热塑性树脂基复合材料棒材制备的装备及配套制备工艺方法，以解决目前热塑性树脂基复合材料棒材制备过程中存在的诸多稳定性问题，采用热塑性预浸带原料为复合材料棒材的基础成型原料，配置预热、梯度热熔、定径和冷却等多种工序，可制备连续化纤维增强热塑性树脂复合材料棒材，所制备的纤维复合材料棒材具备连续长度，并且可适用于不同热塑性树脂基体的热熔复合加工，所制备的热塑性树脂基体复合材料棒材的主体原料为热塑性预浸带，棒材界面结构稳定、连续长度均匀，整体综合力学特性稳定，使用寿命较长。附图说明构成本专利技术的一部分的说明书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。图1是一种热塑性复合材料棒材的连续生产装置图。其中，1、预浸带辊筒放置架；2、穿丝定位架；3、预热模具；4、集束模具；5、定径模具；6、冷却模具；7、牵引收卷装置；8、预浸带；9、辊筒；10、加热套，11、冷却装置，12、牵伸装置，13、热塑性棒材。具体实施方式应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本专利技术提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本专利技术所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本专利技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。第一方面，本专利技术提供了一种热塑性基体复合材料棒材的制备系统，包括依次设置的预浸带放置架、预热模具、集束模具、定径模具、冷却模具和牵引收卷装置，预热模具、集束模具、定径模具、冷却模具均内设通道，各个模具的通道依次连通；所述预浸带放置架上安装有若干个辊筒；预热模具，外设加热套；冷却模具，外设冷却装置。辊筒放置架的架体设置多个预浸带缠绕辊筒放置装备，同时配合一定的张力控制系统，可根据最终棒材的直径设计所需要的预浸带辊筒的数量和布置位置。在一些实施例中，还包括穿丝定位架，穿丝定位架上开设有若干个通孔。穿丝定位架上的通孔用于使预浸带穿过，并且对预浸带进行支撑，以保证生产过程的稳定性。进一步的，所述通孔的直径为1-2mm，通孔的数量为20-100个。在一些实施例中，所述集束模具中的通道为缩径模腔，缩径模腔的小径端位于大径端的下游。通过逐步缩小的通道，将软化的预浸带逐步合并挤压，有利于初步形成较为致密的棒材，定径模具在集束模具的下游，进一步对预浸带集束进行挤压，使软化后的预浸带形成密实均匀的复合材料。进一步的，所述集束模具的通道内，沿预浸带的移动方向依次设置有低温加热区、中温加热区和高温加热区。对预浸带的加热温度逐步升高，便于对预浸带的加热熔融挤压集束。在一些实施例中，还包括牵引收卷装置，牵引收卷装置设置于冷却模具的末端。收卷装置采用一定直径的收卷盘配合牵引收卷电机提供动力，收卷装置的直径为5m的圆盘，牵引装置的牵引速度在300-1000mm/分钟范围内。第二方面，本专利技术提供了一种热塑性基体复合材料棒材的制备方法，包括如下步骤：来自多个辊筒的多个热塑性预浸带汇集到预热模具中，进行加热，被加热软化的预浸带通过集束模具集束后，进入定径模具中，在定径模具的挤压下，形成致密的棒材，定径后的棒材经冷却后，成型。在一些实施例中，预浸带的宽度为2-20mm。热塑性纤维预浸带采用连续长度，可缠绕在辊筒使用。在一些实施例中，热塑性纤维预浸带所采用的树脂基体选自聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚酰胺、聚醚酮、聚醚醚酮、聚四氟乙烯、聚氨酯、聚苯硫醚以及聚甲醛中的任意一种。进一步的，热塑性纤维预浸带的增强纤维选自玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维、UHMWPE纤维、玄武岩纤维、碳化硅纤维中的一种或多种的组合。其中组合混杂纤维的比例可根据应用要求和力学特性的设计灵活调整。进一步的，热塑性纤维预浸带的树脂含量为20-70％之间，％为质量百分数。最终应用的预浸带的克重可控制在10-300g/m2范围内灵活调整。在一些实施例中，对热塑性预浸带进行预热的温度为200-280℃。在一些实施例中，热塑性预本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种热塑性基体复合材料棒材的制备系统，其特征在于：包括依次设置的预浸带放置架、预热模具、集束模具、定径模具、冷却模具和牵引收卷装置，预热模具、集束模具、定径模具、冷却模具均内设通道，各个模具的通道依次连通；/n所述预浸带放置架上安装有若干个辊筒；/n预热模具，外设加热套；/n冷却模具，外设冷却装置。/n

【技术特征摘要】
1.一种热塑性基体复合材料棒材的制备系统，其特征在于：包括依次设置的预浸带放置架、预热模具、集束模具、定径模具、冷却模具和牵引收卷装置，预热模具、集束模具、定径模具、冷却模具均内设通道，各个模具的通道依次连通；
所述预浸带放置架上安装有若干个辊筒；
预热模具，外设加热套；
冷却模具，外设冷却装置。


2.根据权利要求1所述的热塑性基体复合材料棒材的制备系统，其特征在于：还包括穿丝定位架，穿丝定位架上开设有若干个通孔；
进一步的，所述通孔的直径为1-2mm，通孔的数量为20-100个。


3.根据权利要求1所述的热塑性基体复合材料棒材的制备系统，其特征在于：所述集束模具中的通道为缩径模腔，缩径模腔的小径端位于大径端的下游；
进一步的，所述集束模具的通道内，沿预浸带的移动方向依次设置有低温加热区、中温加热区和高温加热区。


4.根据权利要求1所述的热塑性基体复合材料棒材的制备系统，其特征在于：还包括牵引收卷装置，牵引收卷装置设置于冷却模具的末端。


5.一种热塑性基体复合材料棒材的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
来自多个辊筒的多个热塑性预浸带汇集到预热模具中，进行加热，被加热软化的预浸带通过集束模具集束后，进入定径模具中，在定径模具的挤压下，形成致密的棒材，定径后的棒材经冷却...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱波，王永伟，林志涛，曹伟伟，乔琨，刘玉兰，
申请(专利权)人：山东宽原新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37