本发明专利技术公开了一种纤维增强复合材料板材辊轧成型方法及装置，该成型方法采用不同纹理方向的纤维布作为增强材料可以获得板平面内各方向力学性能均匀、强度高、表面质量和精度高的复合材料板，并且采用两次树脂浸渍和辊轧的形式使每层纤维布两侧树脂分布均匀，显著减小了成型出的复合材料板内部的气泡现象，确保了复合材料板的良好性能。另外在树脂浸渍过程中纤维布沿竖直方向运动，使树脂在纤维布两侧的分布均匀。其所成型的纤维增强复合材料板是经多道辊轧连续辊压，材质密实，板材孔隙率小。并且本发明专利技术的装置对纤维增强复合材料板的厚度、大小易于控制，只需灵活增减纤维布架、树脂浸溶槽、辊轧的个数和两轧辊之间的间隙。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于复合材料板材成型
，尤其涉及一种纤维增强复合材料板材辊 轧成型方法及装置。该方法生产出的复合材料板特别适用于纤维增强复合材料板不等温热 冲压成型和承受复杂受力状态下的纤维增强复合材料平板件中。
技术介绍
纤维增强复合材料是在不同基体材料中加入性能不同的纤维增强材料，其目的在 于获得性能更加优异的复合材料。纤维增强材料是复合材料的主要承力组分，它能大幅度 地提高基体树脂的强度和弹性模量，而且能减少复合材料成型过程中的收缩，提高热变形 温度。纤维增强复合材料具有高强、轻质、抗腐蚀等优点，作为结构件在各个领域得到广泛 的应用。目前，常用的增强纤维有碳纤维、芳纶纤维和玻璃纤维等。特别是碳纤维复合材料 具有比强度高、比模量高、耐腐蚀、抗疲劳和阻尼性能好等优点，广泛的应用于航空航天、体 育运动、建筑、能源开发等领域。近两年，随着碳纤维材料制造工艺的成熟，制造成本的大幅 下降和我国对制造业节能减排、结构轻量化的长期要求。传统制造业，特别是汽车制造业对 碳纤维复合材料应用的要求日益强烈。但传统的复合材料板制备方法效率低、成本高、只适 合小批量零件的生产，严重地制约了碳纤维复合材料在传统工业领域的应用。唯一适合于 大批量生产的拉挤成型工艺也仅限于生产型材，难以满足现代工业，尤其是汽车制造业的 需求。并且，目前制造出来的纤维增强复合材料板多用于承力结构的加强中，这种复合 材料板的纤维丝排布沿着板的长度方向，因此，在板的长度方向具有很高的强度，而板的宽 度方向强度低，即复合板的板平面内的各向异性明显。随着纤维复合材料板的广泛使用，以 及复杂受力状态下结构件对高性能纤维增强复合材料平板件的需求，促进了沿板长度和宽 度方向强度相同的复合材料板材以及各向同性复合材料板材新成型方法的发展。因此，研 制一种新型高性能、低成本的板平面内各向同性复合板材板成型方法及装置具有广泛的应 用前景。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种纤维增强复合材料板材辊 轧成型方法及装置，该方法采用多层纤维布经辊轧成型出不同厚度碳纤维复合材料板，可 以为复合材料板的后续不等温热冲压成型提供性能良好的复合材料板坯，该方法成形出的 复合材料板不但具有表面质量好、易于实现批量自动化生产的优势，而且具有成型平面各 向同性的优点。本专利技术的目的是通过以下技术方案来解决的这种纤维增强复合材料板材辊轧成型方法，包括以下步骤1)首先，将多层具有不同纹理方向的纤维布竖直放置，并使各层纤维布经过树脂 槽进行两面竖直树脂浸渍，然后竖直辊轧各层竖直向纤维布将树脂中的气泡挤出；42)将上述辊轧后的各层纤维布再次进行两面竖直树脂浸渍，然后进行多层纤维布 竖直合并辊轧形成一次复合材料板；3)将上述一次复合材料板进行预固化，增加浸渍在各层纤维布上树脂的粘度；4)将预固化后的一次复合材料板进行多道竖直辊轧形成二次复合材料板，然后采 用导向辊将二次复合材料板从竖直方向转变为水平方向；5)将水平向的二次复合材料板进行固化处理，在对二次复合材料板进行固化处 理的同时也进行水平多道辊轧处理，且随着辊轧道次的增加使辊子之间的间隙逐渐减小， 最后三道次辊子的间隙等于复合材料板的厚度，辊轧完成后形成所述的纤维增强复合材料 板。进一步，上述各层纤维布均是双向纤维布，各层纤维布中的纤维与纤维布长度方 向的各夹角均勻分布在0度至90度之间，且各层纤维布在竖直合并辊轧时按照纤维与纤维 布长度方向的各夹角大小交替铺层。进一步，上述双向纤维布如果具有四层，可将四层双向纤维布分别按照纤维丝沿 纤维布长度方向呈0度、45度、45度和0度进行排布。上述纤维布是碳纤维布、芳纶纤维布或玻璃纤维布。上述在步骤1)或步骤2)中，纤维布进行竖直树脂浸渍时，采用树脂及其固化剂和 添加剂的混合物作为浸液，所采用的树脂包括聚乙烯、聚丙烯、聚甲醛、聚酰胺、聚氯乙烯、 酚醛树脂、脲醛树脂、环氧树脂或双马树脂。本专利技术还提出一种实现以上所述辊轧成型方法的装置，包括设于上部用于固定各 层纤维布1的纤维布架，所述纤维布架的下方水平向平行排列有多组具有树脂浸溶槽的第 一轧辊2，该第一轧辊2的下方水平设置有一组具有树脂浸溶槽的第二轧辊4，所述第二轧 辊4的下方出口处设有预固化装置5，所述预固化装置5的下方设有竖直轧辊组6，所述竖 直轧辊组6的下方设有水平导向辊7，所述水平导向辊7的一侧设置有固化装置9，所述固 化装置9的出口侧设有剪切或切割装置10 ；所述固化装置9内水平向设有水平轧辊组8。进一步，上述第一轧辊2和第二轧辊4之间设置有多组竖向导向辊3 ；所述剪切或 切割装置10的出料侧还设有复合材料板材放置架11。上述具有树脂浸溶槽的第一轧辊或具有树脂浸溶槽的第二轧辊的结构为包括一 对辊子，该对辊子的上方物料入口位置设置有一树脂浸溶槽，每个所述辊子的下方设置有 余料收集槽，且每个余料收集槽的外侧面上固定设置有刮板，所述刮板的轴向侧边紧靠在 辊子的外侧周面上。上述竖直压辊组包括依次由上至下设置的多对辊子，每对辊子左右布置，最上方 的一对辊子上端为竖直压辊组的进料口，最下方的一对辊子下端为竖直压辊组的出料口， 且从上到下各对辊子之间的间隙逐渐减小。上述水平轧辊组包括由左至右设置的多对辊子，每对辊子上下布置，最左端的一 对辊子的左侧为水平轧辊组的入料口，最右端的一对辊子的右侧为水平轧辊组的出料口， 且从左到右各对辊子之间的间隙逐渐减小，最后三对辊子的间隙相同。本专利技术的具有以下几点有益效果1)本专利技术采用不同纹理方向的纤维布作为增强材料可以获得板平面内各方向力 学性能均勻、强度高、表面质量和精度高的复合材料板；52)本专利技术采用两次树脂浸渍和辊轧的形式使每层纤维布两侧树脂分布均勻，并且 显著减小了成形出的复合材料板内部的气泡现象，确保了复合材料板的良好性能；3)本专利技术在树脂浸渍过程中纤维布沿竖直方向运动，使树脂在纤维布两侧的分布 均勻；4)本专利技术所成型的纤维增强复合材料板是经多道辊轧连续辊压，材质密实，板材 孔隙率小；5)本专利技术的辊轧成型方法在生产时，对纤维增强复合材料板的厚度、大小易于控 制，只需灵活增减纤维布架、树脂浸溶槽、辊轧的个数和两轧辊之间的间隙；综上所述，本专利技术的成型方法及装置可以显著提高复合材料板的制造效率，且易 于实现自动化生产，适合于大批量高质量复合材料板的成形。附图说明图1为四层双向纤维布组成的各向同性纤维板的纤维布铺设方式图；图2为制备纤维复合材料板的工艺流程图；图3为制备纤维复合材料板的设备示意图；其中1为纤维布；2为第一轧辊；3为竖向导向辊；4为第二轧辊；5为预固化装 置；6为竖直轧辊组；7为水平导向辊；8为水平轧辊组；9为固化装置；10为剪切或切割装 置；11为复合材料板材放置架。图4为具有树脂浸溶槽的轧辊设备示意图；其中1为浸渍过的单层纤维布；4-1为树脂基体；4-2为树脂浸溶槽；4_3为辊子； 4-4为刮板；4-5为余料收集槽；4-6为收集的树脂余料。具体实施例方式下面结合附图对本专利技术做进一步详细描述参见图2，本专利技术首先提出一种纤维增强复合材料板材辊轧成型方法，以下详细描 述该方法的具体步骤1)首先，将多层具有不同纹理方向的纤维布分别竖直放置，并使各层竖直向的纤 维布经过树脂槽进行本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种纤维增强复合材料板材辊轧成型方法，其特征在于，包括以下步骤：１）首先，将多层具有不同纹理方向的纤维布竖直放置，并使各层纤维布经过树脂槽进行两面竖直树脂浸渍，然后采用一对轧辊以竖直辊轧的方式将纤维布两侧树脂中的气泡挤出；２）将上述辊轧后的各层纤维布再次进行两面竖直树脂浸渍，然后进行多层纤维布竖直合并辊轧形成一次复合材料板；３）将上述一次复合材料板进行预固化，增加浸渍在各层纤维布上树脂的粘度；４）将预固化后的一次复合材料板进行多道竖直辊轧形成二次复合材料板，然后采用导向辊将二次复合材料板从竖直方向转变为水平方向；５）将水平向的二次复合材料板进行固化处理，在对二次复合材料板进行固化处理的同时也进行水平多道辊轧处理，且随着辊轧道次的增加使辊子之间的间隙逐渐减小，最后三道次辊子的间隙等于复合材料板的厚度，辊轧完成后形成所述的纤维增强复合材料板。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：张琦，高强，赵升吨，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：87[中国|西安]
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