一种利用热塑性纤维增强树脂基预浸带制备复合材料筋的装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种利用热塑性纤维增强树脂基预浸带制备复合材料筋的装置及方法，属于复合材料筋制备技术领域。解决了当前纤维增强热塑性复合材料筋制备面临的孔隙率高、浸渍度低的问题。它包括包括顶盖和底槽，顶盖分为顶盖导向区和顶盖定形区，顶盖定形区为在顶盖的下表面的右端设置的凸起平台，底槽分为底槽导向区和底槽定形区，底槽定形区为在底槽的上表面的右端设置的凹进平台，在顶盖导向区和底槽导向区分别设有若干长条状凹槽底座，在每个长条状凹槽底座内设置一个导向辊，导向辊和长条状凹槽底座通过若干固定螺栓与对应的顶盖或底槽固定连接，顶盖上的导向辊与底槽上的导向辊一一错位布置。本发明专利技术制备产品孔隙率低、尺寸稳定性好。寸稳定性好。寸稳定性好。

A device and method for preparing composite reinforcement using thermoplastic fiber reinforced resin based prepreg tape

【技术实现步骤摘要】
一种利用热塑性纤维增强树脂基预浸带制备复合材料筋的装置及方法


[0001]本专利技术属于土木工程纤维增强热塑性复合材料筋制备
，尤其是涉及一种利用热塑性纤维增强树脂基预浸带制备复合材料筋的装置及方法。

技术介绍

[0002]海洋工程所用结构材料以钢材为主，但是在复杂的服役环境下，钢材易受到化学腐蚀、微生物腐蚀和物理腐蚀等侵蚀，严重降低其承载力，使结构发生损坏，服役寿命降低。纤维增强复合材料(Fiber reinforced polymer，简称FRP)具有轻质高强、耐腐蚀的特点，将其应用于海洋工程中代替钢筋有望实现海洋工程结构的高性能与长寿命。
[0003]目前，市场上FRP杆材主要以热固性为主，其树脂基体(例如，环氧树脂)具有刚性大、硬度高、制品尺寸稳定性好等优点。但热固性树脂分子链呈立体网状结构，这使其脆性大，抗冲击性差；此外热固性树脂易吸水水解，耐腐蚀性能差。相比之下，热塑性树脂分子链呈平面线形结构，故具有良好的韧性；此外，热塑性树脂加热融化冷却固化仅是物理过程，因此生产效率高，废料可二次加工。上述优点使热塑性复合材料更适合代替钢材应用在海洋工程结构中，例如，以热塑性复合材料筋代替混凝土结构中的纵向受力筋和水平箍筋，以提高材料服役过程中的耐久性、经济性及海洋工程结构的安全性与环保性。
[0004]目前，连续纤维增强热塑性复合材料制备工艺所用的原材料主要包括纤维束和预浸带。拉挤成型是一种利用纤维束制备复合材料制品的成型工艺，它是指在牵引装置的作用下，将连续纤维进行树脂浸渍并通过成型模具制备复合材料的方法。但热塑性树脂黏度是热固性树脂的100
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1000倍，高黏度热塑性树脂均匀浸渍纤维十分困难。相比之下，薄片状预浸带树脂能均匀浸渍到纤维束中，利用预浸带制备的复合材料制品具有孔隙率低、浸渍度高的特点。利用热塑性预浸带制备复合材料的工艺主要包括模压成型和缠绕成型。模压成型(又称压制成型或压缩成型)是先将需要成型的坯料放入成型温度下的模具型腔中，然后闭模加压而使其成型并固化的作业。但横截面尺寸较小的复合材料筋不适合采用模压成型；此外该成型方法成型周期较长，效率低，模具制造复杂，投资较大。缠绕成型是将树脂浸渍过的连续纤维(或布带、预浸纱)按照一定规律缠绕到芯模上，然后经过固化、脱模，获得制品。但此成型工艺所得制品中纤维并非沿着制品纵向分布，不适合用于复合材料筋的制备。
[0005]针对以上问题，亟需提出一种生产效率高、成本低、操作简单和适用范围广的纤维增强热塑性复合材料筋的制备装置及方法。

技术实现思路

[0006]有鉴于此，本专利技术旨在提出一种利用热塑性纤维增强树脂基预浸带制备复合材料筋的装置及方法，以解决当前纤维增强热塑性复合材料筋制备面临的孔隙率高、浸渍度低的问题。
[0007]为达到上述目的，本专利技术的技术方案是这样实现的：
[0008]一种利用热塑性纤维增强树脂基预浸带制备复合材料筋的装置，包括顶盖和底槽，所述顶盖分为顶盖导向区和顶盖定形区，所述顶盖定形区为在顶盖的下表面的右端设置的凸起平台，所述的底槽分为底槽导向区和底槽定形区，所述底槽定形区为在底槽的上表面的右端设置的凹进平台，在顶盖导向区和底槽导向区分别设有若干长条状凹槽底座，在每个长条状凹槽底座内设置一个导向辊，导向辊和长条状凹槽底座通过若干固定螺栓与对应的顶盖或底槽固定连接，顶盖上的导向辊与底槽上的导向辊一一错位布置；
[0009]在凸起平台和凹进平台上分别开设有一个半形状调节孔和一个半定形孔，且半定形孔的左端与相对应的半形状调节孔的右端连通，左端贯穿相应平台的右端面，顶盖导向区的若干导向辊和底槽导向区的若干导向辊的靠近半形状调节孔的左端的一端均为缩口结构，且半形状调节孔的左端与对应的若干导向辊形成的缩口结构连通，底槽的左端为进料口，在底槽内部和顶盖的内部都均匀穿设若干加热辊；
[0010]当顶盖和底槽贴合时，顶盖上的若干导向辊和底槽上的若干导向辊配合形成折线状导向辊组，且折线状导向辊组的若干导向辊等间距布置，凸起平台和凹进平台围合成完整形状调节孔和完整定形孔，由牵引装置牵引热塑性纤维增强树脂基预浸带自底槽左端的进料口进入装置内，依次经过折线状导向辊组、完整形状调节孔和完整定形孔后实现复合材料筋定形。
[0011]更进一步的，所述热塑性纤维增强树脂基预浸带的热塑性树脂基体为尼龙6、尼龙12或聚丙烯，增强纤维为连续碳纤维或连续玻璃纤维。
[0012]更进一步的，所述半形状调节孔和半定形孔均位于相应的平台的中间位置处。
[0013]更进一步的，折线状导向辊组的导向辊的数量不少于7个，且位于中间的导向辊为直线导向辊，布置在顶盖的中心位置处，两侧的导向辊呈折线状朝向完整形状调节孔聚拢，两侧导向辊弯折位置均布设在自进料口至定形孔方向的导向辊长度的三分之二处，靠近进料口一端的相邻两导向辊间距大于等于一倍导向辊的直径且小于二倍导向辊的直径，靠近完整形状调节孔一端的相邻两导向辊的间距为5
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10mm。
[0014]更进一步的，所述长条状凹槽底座上开设半圆形凹槽，导向辊置于半圆形凹槽中，长条状凹槽底座的高度范围为20
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30mm，所述导向辊的直径范围为16
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24mm。
[0015]更进一步的，所述固定螺栓沿导向辊长度方向布置，且数量不少于4个，直径范围为12
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16mm。
[0016]更进一步的，所述完整形状调节孔与导向辊组的缩口连通的一端的截面为椭圆形，且椭圆形的长轴长度大于导向辊组的缩口尺寸，短轴长度大于导向辊的直径，完整形状调节孔与完整定形孔相连通的一端的截面为圆形，且圆形的直径与定形孔直径相同且均为所制备复合材料筋的直径。
[0017]更进一步的，所述顶盖导向区和底槽导向区的长条状凹槽底座的高度和导向辊的直径均相同。
[0018]本专利技术的另一目的在于提出一种利用热塑性纤维增强树脂基预浸带制备复合材料筋的装置制备复合材料筋的方法，具体包括以下步骤：
[0019]步骤1)预热：先将顶盖和底槽扣合，调节顶盖和底槽上的加热辊的温度高于热塑性树脂熔融温度；
[0020]步骤2)预浸带穿模：吊起顶盖，将热塑性预浸带依次穿过底槽上的进料口、导向辊、半形状调节孔和半定形孔，然后再次将顶盖与底槽配合，在顶盖的重力作用下，薄片状热塑性预浸带在折线状导向辊组作用下变为波浪形截面的热塑性预浸带；
[0021]步骤3)定形冷却：牵引热塑性预浸带通过完整形状调节孔和完整定形孔完成定形形成复合材料筋，牵引出完整定形孔后在室温下冷却；
[0022]步骤4)裁剪：将成型的复合材料筋裁剪成所需要的长度。
[0023]更进一步的，步骤1)中，调节顶盖和底槽内穿设的加热辊的温度高于热塑性树脂熔融温度5
‑
10℃。
[0024]与现有技术相比，本专利技术所述的一种利用热塑性纤维增强树脂基预浸带制备复合材料筋的装置及方法的有益效果是：
[0025]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种利用热塑性纤维增强树脂基预浸带制备复合材料筋的装置，其特征在于：包括顶盖(1)和底槽(2)，所述顶盖(1)分为顶盖导向区和顶盖定形区，顶盖定形区为在顶盖(1)的下表面的右端设置的凸起平台(10)，底槽(2)分为底槽导向区和底槽定形区，底槽定形区为在底槽(2)的上表面的右端设置的凹进平台(11)，在顶盖导向区和底槽导向区分别设有若干长条状凹槽底座(4)，在每个长条状凹槽底座(4)内设置一个导向辊(3)，导向辊(3)和长条状凹槽底座(4)通过若干固定螺栓(5)与对应的顶盖(1)或底槽(2)固定连接，顶盖(1)上的导向辊(3)与底槽(2)上的导向辊(3)一一错位布置；在凸起平台(10)和凹进平台(11)上分别开设有一个半形状调节孔和一个半定形孔，且半定形孔的左端与相对应的半形状调节孔的右端连通，左端贯穿相应平台的右端面，顶盖导向区的若干导向辊和底槽导向区的若干导向辊的靠近半形状调节孔的左端的一端均为缩口结构，且半形状调节孔的左端与对应的若干导向辊形成的缩口结构连通，底槽(2)的左端为进料口(6)，在底槽(2)内部和顶盖(1)的内部都均匀穿设若干加热辊(9)；当顶盖(1)和底槽(2)贴合时，顶盖(1)上的若干导向辊(3)和底槽(2)上的若干导向辊(3)配合形成折线状导向辊组，且折线状导向辊组的若干导向辊(3)等间距布置，凸起平台(10)和凹进平台(11)围合成完整形状调节孔和完整定形孔，由牵引装置牵引热塑性纤维增强树脂基预浸带自底槽(2)左端的进料口(6)进入装置内，依次经过折线状导向辊组、完整形状调节孔和完整定形孔后实现复合材料筋定形。2.根据权利要求1所述的一种利用热塑性纤维增强树脂基预浸带制备复合材料筋的装置，其特征在于：所述热塑性纤维增强树脂基预浸带的热塑性树脂基体为尼龙6、尼龙12或聚丙烯，增强纤维为连续碳纤维或连续玻璃纤维。3.根据权利要求1所述的一种利用热塑性纤维增强树脂基预浸带制备复合材料筋的装置，其特征在于：所述半形状调节孔和半定形孔均位于相应的平台的中间位置处。4.根据权利要求1所述的一种利用热塑性纤维增强树脂基预浸带制备复合材料筋的装置，其特征在于：折线状导向辊组的导向辊(3)的数量不少于7个，且位于中间的导向辊为直线导向辊，布置在顶盖(1)的中心位置处，两侧的导向辊呈折线状朝向完整形状调节孔聚拢，两侧导向辊弯折位置均布设在自进料口(6)至定形孔方向的导向辊长度的三分之二处，靠近进料口(6)一端的相邻两导向辊(3)间距大于等于一倍导向辊的直径且小于二倍导向辊...

【专利技术属性】
技术研发人员：咸贵军，白艳博，李承高，周平，岳清瑞，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：