本发明专利技术是一种有序微结构树脂基复合材料膜制备装置。由张力控制系统（１）、复合材料涂膜系统（２）、磁场处理系统（３）、加热处理系统（４）、调速直流伺服电动机（５）和底座（６）等部分组成，各系统依次顺序固定在底座（６）上本装置通过调速直流伺服电机（５）带动底膜（７）运动，首先经过复合材料涂膜系统（２），将预先配制好的树脂基复合材料液体或熔体涂于底膜上，然后经过磁场处理系统（３），使复合材料中的微结构有序化，并在磁场处理过程中加热使复合材料预固化，最后经过加热处理系统，使复合材料完全固化，最终形成有序化微结构树脂基复合材料。本装置用于连续制备磁响应微结构有序化的树脂基复合材料膜。其中，有序化包括垂直于膜平面的阵列有序化和平行于膜平面的取向（膜的纵向和膜的横向）排列的有序化；微结构包括树脂大分子中的官能团或链段、结晶结构、添加微粒子等。与现有的有序化微结构树脂基复合材料膜制备方法相比，本装置的特点是既可制备微结构垂直于膜平面的阵列有序化复合材料膜，也可制备微结构平行于膜平面的取向有序化复合材料膜；既可间歇制备，又可连续制备，并且操作简单，膜成型方便。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种磁响应微结构有序化的树脂基复合材料膜的连续制备装置。其中，有序化包括垂直于膜平面的阵列有序化和平行于膜平面的取向(膜的纵向和膜的横向)排列的有序化；微结构包括树脂大分子中的官能团或链段、结晶结构、添加微粒子等。
技术介绍
磁性复合材料是指以永磁粉为功能体，与粘结剂经混合、成型、固化而得到的一种永磁复合体。由于可以一次成型制备尺寸精确、低收缩率、薄壁及形状复杂的大、中、小型制品，也可以方便地二次切削加工，同时有良好的抗冲击和抗拉强度，因此永磁复合材料备受各国关注。在外加磁场作用下，使复合材料内部微结构排列有序化，可提高现有复合材料的多种性能，尤其是磁性能和电性能。由于成型过程中施加磁场，使磁性颗粒朝着与磁场一致的方向上转动，排列成有序的磁性颗粒链，样品固化后仍保持这个状态。每一个颗粒产生的磁或电性能便能直接传递给相连接的颗粒，从而提高了材料的磁和电性能；而磁性颗粒链之间彼此被粘结剂阻隔而限制了涡流效应的产生，从而扩大了复合材料在高频条件下的应用。此外，由于磁性颗粒对电磁波特有的磁损耗，对电磁波有很好的吸收作用，因此磁性复合材料在吸波领域中的应用也是磁性功能复合材料研究热点。因此，针对航空航天树脂基复合材料的发展趋势，开展微结构有序化聚合物基复合材料的研究是必要的。最近，国内专利(公开号CN 1740228A)公开了用磁场制备定向排列复合材料的制备方法。该方法将具有磁响应性的颗粒(铁粉、纳米碳管等)加入到热固性树脂基体(环氧树脂，不饱和聚酯)中，再加入固化剂，混合均匀后倒入容器中，最后放入磁场中常温固化，最后得到微粒子定向排列的复合材料。该方法制得的定向排列的铁粉/不饱和聚酯的电阻率仅为4.5×10-3O.cm。然而，该方法制备有序微结构复合材料的方法是将复合材料放入模具中，然后再将模具置于磁场中常温固化，是一种间歇式方法，因此复合材料制备效率低；而且，该方法制备的复合材料由于受模具尺寸和成本的限制，复合材料的尺寸范围很窄。同时由于受该方法制备工艺的限制，制备的有序微结构复合材料树脂基体几乎都是热固性的，并未涉及热塑性树脂基复合材料的制备。本装置不但提供了一种连续制备有序微结构树脂基复合材料膜的方法，提高了复合材料的制备效率；而且还可以根据需要制备微结构垂直于膜平面的阵列有序化和平行于膜平面的取向有序化(膜的纵向或膜的横向)复合材料膜，并且膜的尺寸在很大范围内可控。此外，本装置还专门提供了制备热塑性树脂基复合材料膜的部件，实现了有序微结构热塑性树脂基复合材料的制备，从而大大拓宽了有序微结构复合材料的应用范围。
技术实现思路
本专利技术提供了一种磁响应微结构有序化的树脂基复合材料膜的连续制备装置。本专利技术的目的在于克服现有有序微结构树脂基复合材料膜制备装置在技术上的不足，研制了一种能够连续制备有序微结构树脂基复合材料膜的装置，本装置既可制备微结构垂直于膜平面的阵列有序化复合材料膜，也可制备微结构平行于膜平面的取向有序化复合材料膜；既可间歇制备，又可连续制备，并且操作简单，成型方便。本制备装置通过调速电机带动底膜运动，首先经过复合材料涂膜系统，将预先配制好的复合材料涂于底膜上，然后经过磁场处理系统，使复合材料中的微结构有序化，并最终形成有序化微结构树脂基复合材料膜。本制备装置中的微结构包括①树脂大分子中具有磁响应的官能团或链段、结晶结构等；②具有磁响应的添加微粒子除了铁粉、铁氧体、钕铁硼(NbFeB)、铽镝铁(Terfenol-D)等磁性颗粒外，还包括碳纳米管、炭黑、碳纤维、石墨等能够形成磁致取向的颗粒。本制备装置可使用的树脂基体有环氧树脂、不饱和聚酯、酚醛树脂、脲醛树脂、三聚氰胺树脂、有机硅树脂、聚氨酯、热固性聚酰亚胺等热固性树脂和聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯、聚异丁烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚乙烯醇、聚丙烯腈、聚甲醛、聚苯醚、聚苯硫醚、聚砜、聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯酸甲酯、尼龙、聚对苯二甲酸乙二酯、热塑性聚酰亚胺等热塑性树脂，以及各向异性结构的液晶材料。本装置制备的复合材料膜尺寸范围为宽度1mm～2000mm；厚度102nm～106nm；长度可根据需要任意选择。本专利技术由张力控制系统(1)、复合材料涂膜系统(2)、磁场处理系统(3)、加热系统(4)、超低转速直流伺服电动机(5)和底座(6)组成。(见图1和图2)张力控制系统(1)主要包括高度可调节的张力调节筒，可调节底膜(7)所受的张力及高度，使之满足磁场处理系统和加热系统的高度需要。复合材料涂膜系统(2)由复合材料膜厚度控制板(9)、热固性复合材料原料流延挤出槽(10)、热塑性复合材料原料流延挤出槽(11)、加热片(12)、托板(13)和余料回收槽(14)组成。其中热塑性复合材料原料流延挤出槽(11)带有加热套，可对原料槽进行加热，使复合材料熔融。加热套和加热片的温控范围为0℃～400℃。本制备装置的涂膜系统根据使用的复合材料不同可分为1热固性复合材料涂膜系统(见图3)首先将预先按配方配制好的热固性复合材料液体引入原料流延挤出槽(10)中，通过流延挤出将复合材料涂覆在底膜(7)上，调节厚度控制板(9)(见图5)的高度可对复合材料膜的厚度进行控制，使复合材料膜的厚度在102nm～106nm之间可调，多余的复合材料流入托板(13)下的余料回收槽(14)中。2热塑性复合材料涂膜系统(见图4)首先将预先按配方混炼好的热塑性复合材料颗粒引入原料流延挤出槽(11)中，通过加热套对槽内热塑性复合材料加热，使复合材料熔融，然后通过加热片升温，使底膜(7)的温度达到复合材料的熔融温度，以使涂于底膜上的复合材料仍能保持熔融状态；通过流延挤出将复合材料涂覆在底膜(7)上，调节厚度控制板(9)(见图5)的高度可对复合材料膜的厚度进行控制，使复合材料膜的厚度在102nm～106nm之间可调。多余的复合材料流入托板(13)下的余料回收槽(14)中。磁场处理系统(3)由透明隔热罩(15)、热反射装置(16)、带控制器的加热部件(17)、磁铁支架(18)和磁铁(永久磁铁、电磁铁或超强电磁铁)(19)组成；透明隔热罩(15)主要使磁场处理系统在相对稳定的环境中进行，同时还便于观察复合材料膜在磁场处理过程中的变化。热反射装置(16)主要是将加热部件的热量平行反射到复合材料膜上，使复合材料膜受热尽量均匀。加热部件(17)的作用与使用的复合材料有关对于热固性复合复合材料，加热部件主要是预固化复合材料膜，温控范围在30～80℃之间，将有序化的微结构固定在复合材料基体中；对热塑性复合材料，加热部件的温度保持在复合材料熔融温度附近，延缓熔融的热塑性复合材料的冷却速度，以保证复合材料有足够低的粘度，使其能够在磁场中充分有序化排列。加热部件的温度通过电流控制器调节，可在0～400℃范围内控制。磁铁(19)能够在复合材料膜周围产生均匀的磁场，使复合材料中的微结构发生有序化排列。通过不同的磁铁(19)组合，可获得不同磁场强度和磁场方向的磁铁，实现对复合材料中微结构有序化方向和响应时间的控制，得到微结构垂直于膜平面的阵列有序化和平行于膜平面的取向有序化复合材料膜。图6和图7为复合材料膜阵列有序化磁场处理系统示意图，图8和图9分别为复合材料膜纵向取向有序化和横向取向有序化磁场处理系统示意图本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种有序微结构树脂基复合材料膜制备装置，其特征在于：该装置含有：张力控制系统（１）、复合材料涂膜系统（２）、磁场处理系统（３）、温控加热处理系统（４）、调速直流伺服电机（５）和底座（６），各系统依次顺序固定在底座（６）上。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：詹茂盛，王鹏翔，木村恒久，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]
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