[發明專利]連續纖維增強熱塑性預浸帶的熔融浸漬裝置與制備方法

有效

• 申請號: 202010567773.3
• 申請日: 2020-06-19
• 公開（公告）號: CN111844521B
• 公開（公告）日: 2022-07-08
• 發明（設計）人: 咸貴軍
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: B29B15/12
• 分類號: B29B15/12;B29B15/14
• 代理公司: 哈爾濱市陽光惠遠知識產權代理有限公司 23211
• 代理人: 王海婷

本發明提供了一種連續纖維增強熱塑性預浸帶的熔融浸漬裝置與制備方法，裝置包括依次設置的紗架、分絲系統、加熱系統、浸漬系統、若干均化輥、上光輥和牽拉系統，加熱系統包括升溫通道和若干電熱吹風機，浸漬系統包括浸漬輥、擠出多孔口模和擠出機，擠出多孔口模設置在浸漬輥的下方，擠出多孔口模包括弧形多孔口模一和弧形多孔口模二，弧形多孔口模一與浸漬輥的凹槽之間配合形成淺腔，擠出機與弧形多孔口模二連通；牽拉系統牽拉進入分絲系統后的纖維帶自浸漬輥上方繞過，繞過浸漬輥的纖維帶經過多個均化輥后進入動力對輥之間成型預浸帶。本發明實現高粘度聚醚醚酮類樹脂熔體對連續纖維束的浸漬，同時保證浸漬帶的纖維浸漬程度與制備的連續性。

技術領域

本發明屬于連續纖維增強熱塑性復合材料領域，尤其是涉及一種連續纖維增強熱塑性預浸帶的熔融浸漬裝置與制備方法。

背景技術

連續碳纖維增強熱塑性復合材料在制備工藝與成型速率方面具有明顯的優勢，如可直接熔融焊接、成型速率高(熱固性復合材料的10倍以上)、優異的斷裂韌性、高力學性能、可回收利用、不易燃燒、發煙率與毒性低以及可以室溫長期儲存等，在航空航天、汽車等工業得到快速的應用發展。近幾年來，熱塑性復合材料在商業航空器領域的應用出現新的轉折點，即熱塑性復合材料已被用于大尺寸的航空部件(如機艙)的制備，這將對商業航空器的發展起到重要的促進作用。

航空航天用熱塑性碳纖維復合材料主要為連續碳纖維增強聚醚醚酮類高性能樹脂(如聚醚醚酮、聚醚酮酮等)復合材料或連續碳纖維增強聚亞苯基硫醚類高性能樹脂復合材料，該類熱塑性樹脂體系同通用樹脂不同，熔融溫度高，且熔體粘度大，對纖維的熔融浸漬極其困難，制約了相應預浸帶的制備。現有的熱塑性預浸帶(材料)浸漬裝置與制備方法，主要是通過膠槽浸漬纖維束，浸膠或非浸膠纖維直接在金屬輥或浸漬模具表面產生相對運動來實現預浸帶的制備，但會出現纖維無法將膠槽內樹脂完全帶走，剩余樹脂在持續高溫下回發生降解，導致材料性能下降，同時降解樹脂(如碳化)也會影響對纖維的浸漬；而纖維與金屬輥或模具表面發生相對運動，由于聚醚醚酮類樹脂熔體或聚亞苯基硫醚類樹脂熔體粘度高，該類相對運動會導致纖維與樹脂熔體產生較大的剪切力，并可能帶來纖維損傷、斷裂等問題。

因此，有必要設計一種新型的浸漬裝置，并基于該裝置發展一種針對高溫高熔融粘度樹脂熔體熱塑性的連續纖維預浸帶制備方法來避免利用膠槽浸漬纖維束，以及避免浸膠或非浸膠纖維直接在金屬輥或浸漬模具表面產生相對運動。

發明內容

有鑒于此，針對聚醚醚酮類或聚亞苯基硫醚類熱塑性樹脂熔體粘度高、難于浸漬纖維的問題，本發明旨在提出一種連續纖維增強熱塑性預浸帶的熔融浸漬裝置與制備方法，通過控制樹脂在浸漬輥均勻涂覆、在纖維張力作用下實現樹脂熔體浸漬纖維、均化輥提高纖維與樹脂分布、上光輥固化成型的預浸帶。

為達到上述目的，本發明的技術方案是這樣實現的：

一種連續纖維增強熱塑性預浸帶的熔融浸漬裝置，包括依次設置的紗架、分絲系統、加熱系統、浸漬系統、若干均化輥、上光輥和牽拉系統，

所述的加熱系統包括升溫通道和若干電熱吹風機，若干電熱吹風機均勻分布在升溫通道的上下方，在升溫通道內對應每一電熱吹風機處設有一熱電偶，所述熱電偶檢測升溫通道內的風溫；

所述的浸漬系統包括浸漬輥、擠出多孔口模和與連接擠出多孔口模的擠出機，所述的擠出多孔口模設置在浸漬輥的下方，浸漬輥表面設有凹槽，浸漬輥通過傳動軸與電機連接，所述的擠出多孔口模包括一體成型的且上下布置的弧形多孔口模一和弧形多孔口模二，所述的弧形多孔口模一與浸漬輥的凹槽之間形成淺腔，所述的擠出機經由擠出機連接管與弧形多孔口模二連通；

若干均化輥平行布置，所述均化輥低于浸漬輥的中心布置，所述上光輥為動力對輥，包括上下布置且配合使用的凹輥和凸輥，凹輥上設有容納預浸帶的凹槽，凹輥的凹槽與凸輥的凸起配合，動力對輥的兩端通過彈簧提供輥間壓力；