【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及高分子型材，具体涉及连续纤维增强热塑性工程材料型材的复合成型方法。
技术介绍
1、热塑性复合材料的增强方式分为短纤维增强型和连续纤维增强型。连续纤维增强热塑性复合材料比短纤维增强热塑性复合材料具有更好的力学性能和耐温性能，能更好地发挥增强纤维的增强效果。因此，高性能纤维增强热塑性材料都采用连续纤维增强方式。大多数高性能的热塑性材料在熔融温度下，因其黏度较高不能很好地浸润纤维织物，因此，热塑性材料基的复合材料其成型最大的困难在于热塑性材料的高黏度。对连续纤维增强热塑性材料而言，现有技术中有许多浸润方法，以使高黏度的热塑性材料能充分浸润纤维，如熔融浸渍工艺、溶液浸渍工艺、粉末流化浸渍工艺、粉末悬浮浸渍工艺、混编制备等。
2、热塑性纤维复合材料其成型工艺既可以像热固性纤维复合材料那样成型，又无须固化过程，同时可以进行热成型，使其具有金属材料的成型特点。其主要成型工艺如冲压成型、辊压成型、挤拉成型、缠绕成型等。
3、如现有技术中国专利cn105987237a公开了热塑性连续纤维预浸带高强管及其制造方法和制造设备，其公开采用热塑性通用塑料熔融挤出制成内层管，内层管外包裹热塑性连续纤维预浸带制成的芯层，芯层外包裹热塑性通用塑料熔融挤出的坚实型腔状或发泡状的面层管。其在形成内层管后，进入缠绕机，边加热纤维预浸带边缠绕熔贴，然而在包覆芯层的过程中，只加热纤维预浸带仅仅只能达到在内层管外层包裹纤维预浸带的效果，纤维预浸带无法与内层管熔连成一体结构，这样纤维预浸带仅仅发挥的是增强的作用，且其后续还需要进行二次包
技术实现思路
1、为了解决现有技术中出现的纤维预浸带无法与内层管熔连成一体而导致后续使用可能出现的分层、开裂等风险的技术问题，而提供连续纤维增强热塑性工程材料型材的复合成型方法。本专利技术采用成型难度更大的热塑性工程塑料来制备连续纤维增强热塑性工程材料型材，在制备过程中纤维能完全嵌入内外层型材中，形成互锁结构，提高连接强度，使得后续使用过程中不会产生分层、开裂等问题，增强效果更好。
2、为了达到以上目的，本专利技术通过以下技术方案实现：
3、连续纤维增强热塑性工程材料型材的复合成型方法，包括如下步骤：
4、(1)将热塑性工程材料置于第一螺杆挤出机中进行熔融挤出成型得到芯材；
5、(2)持续在牵引力作用下将所述芯材输送至缠绕设备中，对所述芯材的表面进行纤维缠绕，缠绕过程中不对纤维和所述型材进行加热处理，得到纤维缠绕芯材；
6、(3)将所述纤维缠绕芯材输送至预热的挤压模具中，与此同时，将第二螺杆挤出机熔融挤出得到的热塑性工程材料熔体注入至所述挤压模具中，使得所述热塑性工程材料熔体与所述纤维缠绕型材复合成一体，冷却、切割后得到连续纤维增强热塑性工程材料型材。
7、进一步地，所述挤压模具呈中空管状，按照加工方向依次包括前端的加热段、中端的复合段、后端的挤出定型段。
8、再进一步地，按照加工方向，中端的所述复合段依次包括第一熔体复合部、第一挤压部、第二熔体复合部；
9、所述第一熔体复合部包括贯通型腔的第一熔体注入流道以及与其连通的并位于型腔内壁径向设置的第一熔体复合槽，所述第一熔体复合槽用于流出熔体并与型腔内制件形成第一次复合；
10、所述第二熔体复合部包括贯通型腔的第二熔体注入流道以及与其连通的并位于型腔内壁径向设置的第二熔体复合槽，所述第二熔体复合槽用于流出熔体并与型腔内制件形成第二次复合；
11、所述第一熔体注入流道与所述第二熔体注入流道均与所述第二螺杆挤出机相连；
12、按照加工方向，后端的所述挤出定型段包括第二挤压部和定型部。
13、再进一步地，所述第一熔体注入流道与所述第一熔体复合槽之间连通设有第一熔体存储槽；所述第二熔体注入流道与所述第二熔体复合槽之间连通设有第二熔体存储槽。
14、再进一步地，前端的所述加热段的型腔为长度50-100mm的圆形等径型腔；
15、按照加工方向，中端的所述复合段的型腔为由小变大的圆形变径型腔，从小口径型腔至大口径型腔呈现1°-2°变径，所述复合段的长度为300-350mm；其中的所述第一挤压部的型腔内壁为锯齿状，锯齿长度随着型腔内径变大而变长，但锯齿长度的变长需要保证型材通过的通道为等径型腔，所述第一挤压部长度为60-80mm；这样设置的优势是：随着复合段型腔由小变大，熔体逐步进行复合，可受到复合熔体挤压力和型腔面阻力的综合作用力，能极大降低因复合过程中作用力不够，而产生气孔、收缩痕等缺陷，使得复合熔体与纤维缠绕型材及复合熔体与熔体的粘接复合效果更好，力学强度更高；
16、按照加工方向，所述第二挤压部的型腔为由大变小的圆形变径型腔，从大口径型腔至小口径型腔呈现0.5°-1°变径，长度100-150mm；所述定型部的型腔为长度100-150mm的圆形等径型腔。
17、再进一步地，所述第二挤压部包括贯通型腔的熔体逸出孔以及与其相连的并位于型腔内壁径向设置的熔体逸出槽，所述熔体逸出槽为宽10mm、深5mm的圆形槽；
18、所述第一熔体复合槽与所述第二熔体复合槽均为宽10mm、深5mm的圆形槽。
19、以上所述纤维缠绕型材输送至预热的挤压模具中后，缠绕型材先进入圆形等径的前端加热段，加热可使纤维层和型材表面层呈现软化至熔融状态，在经过第一次复合时，复合的熔体与纤维缠绕型材的粘接效果更好；在经过锯齿形面段时，纤维层受到挤压，可错落挤压嵌入基体和复合，再次提高复合部分与纤维缠绕型材部分的连接强度，然后进入由小变大变径型腔的中端复合段，按照加工方向，依次先进入第一熔体复合部进行初步熔体复合，经过锯齿状型腔的第一挤压部对缠绕的纤维进行挤压，设置锯齿长度随着型腔内径变大而变长，但锯齿长度的变长需要保证型材通过的通道为等径型腔，这样可使纤维能初步预浸入熔体中并通过挤压嵌入型材中，再经过第二熔体复合部对纤维挤压后的型材再次进行熔体复合，型材在中端的复合段与后端的挤出定型段的交界处达到最大外径，后续进入第二挤压部，使型材受到由大到小变径型腔的挤压作用而使型材外径达到要求的同时使纤维完全嵌入内外层熔体中，形成互锁结构，多余熔体被迫进入熔体逸出槽并流出熔体逸出孔进而排出，最后进入圆形等径定型部进行定型，牵引出挤压模具后得到一体成型的复合型材，型材包括管材与棒材，在制备管材时，管材内部又芯棒支撑。
20、进一步地，所述第一螺杆挤出机的加工温度250-390℃；
21、所述第二螺杆挤出机的加工温度250-390℃；
22、前端的所述加热段(1)的加工温度为350-400℃；
23、中端的所述复合段(2)的加工温度为330-400℃，其中所述第一挤压部(7)的加工温度相较于所述第一熔体复合部、所述本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.连续纤维增强热塑性工程材料型材的复合成型方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的连续纤维增强热塑性工程材料型材的复合成型方法，其特征在于，所述挤压模具呈中空管状，按照加工方向依次包括前端的加热段(1)、中端的复合段(2)、后端的挤出定型段(3)。
3.根据权利要求2所述的连续纤维增强热塑性工程材料型材的复合成型方法，其特征在于，按照加工方向，中端的所述复合段(2)依次包括第一熔体复合部、第一挤压部(7)和第二熔体复合部；
4.根据权利要求3所述的连续纤维增强热塑性工程材料型材的复合成型方法，其特征在于，所述第一熔体注入流道(4)与所述第一熔体复合槽(6)之间连通设有第一熔体存储槽(5)；所述第二熔体注入流道(8)与所述第二熔体复合槽(10)之间连通设有第二熔体存储槽(9)。
5.根据权利要求3所述的连续纤维增强热塑性工程材料型材的复合成型方法，其特征在于，前端的所述加热段(1)的型腔为长度50-100mm的圆形等径型腔；
6.根据权利要求3所述的连续纤维增强热塑性工程材料型材的复合成型方法，其特征在
7.根据权利要求3-6任一项所述的连续纤维增强热塑性工程材料型材的复合成型方法，其特征在于，所述第一螺杆挤出机的加工温度250-390℃；
8.根据权利要求7所述的连续纤维增强热塑性工程材料型材的复合成型方法，其特征在于，所述热塑性工程材料选自聚芳醚酮类高分子化合物、分子主链中含有砜基及芳核的高分子化合物、聚酰亚胺类高分子化合物中的一种纯树脂，或者是所述纯树脂与短切纤维复合的改性料；
9.根据权利要求8所述的连续纤维增强热塑性工程材料型材的复合成型方法，其特征在于，所述聚芳醚酮类高分子化合物选自PEK、PEEK、PEKK、PEEKK、PEKEKK中的一种；所述分子主链中含有砜基及芳核的高分子化合物选自PPSU、PES中的一种；所述聚酰亚胺类高分子化合物选自PEI、PI、PAI中的一种。
10.根据权利要求8所述的连续纤维增强热塑性工程材料型材的复合成型方法，其特征在于，所述纤维缠绕为连续长丝纤维的3D纤维缠绕和/或纤维预浸带的纤维缠绕。
...【技术特征摘要】
1.连续纤维增强热塑性工程材料型材的复合成型方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的连续纤维增强热塑性工程材料型材的复合成型方法，其特征在于，所述挤压模具呈中空管状，按照加工方向依次包括前端的加热段(1)、中端的复合段(2)、后端的挤出定型段(3)。
3.根据权利要求2所述的连续纤维增强热塑性工程材料型材的复合成型方法，其特征在于，按照加工方向，中端的所述复合段(2)依次包括第一熔体复合部、第一挤压部(7)和第二熔体复合部；
4.根据权利要求3所述的连续纤维增强热塑性工程材料型材的复合成型方法，其特征在于，所述第一熔体注入流道(4)与所述第一熔体复合槽(6)之间连通设有第一熔体存储槽(5)；所述第二熔体注入流道(8)与所述第二熔体复合槽(10)之间连通设有第二熔体存储槽(9)。
5.根据权利要求3所述的连续纤维增强热塑性工程材料型材的复合成型方法，其特征在于，前端的所述加热段(1)的型腔为长度50-100mm的圆形等径型腔；
6.根据权利要求3所述的连续纤维增强热塑性工程材料型材的复合成型方法，其特征在于，所述第二挤压部(31)包括贯通型腔...
【专利技术属性】
技术研发人员：李军，陆士强，谭宗尚，刘哲，
申请(专利权)人：江苏君华特种高分子材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。