[發明專利]高效任意角度連續纖維增強復合材料的裝置和方法

有效

• 申請號: 202011057701.0
• 申請日: 2020-09-30
• 公開（公告）號: CN112277338B
• 公開（公告）日: 2022-04-26
• 發明（設計）人: 趙雪妮;劉明玥;桂珍珍;劉傲;鄭佳梅;魏森森;陳雪巖
• 申請（專利權）人: 陜西科技大學
• 主分類號: B29C70/34
• 分類號: B29C70/34;B29C67/04;B29C70/54
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 馬貴香

本發明公開了高效任意角度連續纖維增強復合材料的裝置和方法，裝置包括用于完成可控分絲的靜電分絲裝置，用于完成粉末鋪設的鋪粉裝置和用于切斷纖維、壓實粉體的預壓成型裝置；該裝置設計旋轉分絲工作臺，利用電磁鐵控制壓板下壓，通過通電壓板產生高壓靜電場將連續纖維束分散為單絲纖維；采用空心軸旋轉任意角度實現不同排布方式連續纖維的高效定向分絲，使纖維排布角度、層數、含量可控，可高效完成不同角度、層數、粉末含量的連續纖維增強復合材料的制備；該方法與漿料浸漬等制備方法相比，纖維中并絲現象降低，且應用該方法所制備的任意角度排布復合材料相比于手工排布復合材料其纖維間距可由1mm縮小至0.2mm，使其力學性能優異可控。

技術領域

本發明屬于復合材料制備技術領域，具體涉及高效任意角度連續纖維增強復合材料的裝置和方法。

背景技術

連續纖維增強復合材料是由連續纖維材料，如玻璃纖維、碳纖維、芳綸纖維等，與基體材料(陶瓷粉末等)經過纏繞、模壓或拉擠等成型工藝而制成的復合材料。連續纖維分布狀態、方式可被控制，其力學性能遠優于短切纖維，但目前缺少高效、任意角度連續纖維增強復合材料的制備裝置設計以及對纖維排布狀態的方法設計；同時，為數不多的連續纖維增強復合材料的制備裝置缺少自動切斷纖維、實時預壓、快速換模功能，導致材料制備精準度和制備效率不高。這些都極大地限制了綜合力學性能優異的連續纖維增強復合材料被制備并廣泛應用。

發明內容

本發明提供了高效任意角度連續纖維增強復合材料的裝置和方法，能自動制備纖維角度、層數、含量可控的復合材料。

為達到上述目的，本發明所述高效任意角度連續纖維增強復合材料的裝置和方法，包括用于完成可控分絲的靜電分絲裝置，用于完成粉末鋪設的鋪粉裝置和用于切斷纖維、壓實粉體的預壓成型裝置；

靜電分絲裝置包括同軸設置的空心軸、分絲臺、旋轉臺，旋轉臺固定在空心軸上方，分絲臺固定在第一支撐板上，空心軸上下兩端通過帶座軸承與第一支撐板和第二支撐板連接；

旋轉臺上開設有預壓孔，預壓孔兩側設置用于壓緊纖維束的壓緊裝置；

分絲臺上固定有第三機架和第四機架，第三機架上通過彈簧安裝有第一壓板；第四機架通過彈簧安裝有第二壓板；

第三機架和第四機架下方分別設置有第一導電塊和第二導電塊，第一導電塊兩側均設置有第一電磁鐵，第二導電塊兩側均設置有第二電磁鐵。

進一步的，壓緊裝置包括機架，機架上螺紋連接有螺桿，螺桿的下端安裝有壓塊。

進一步的，預壓成型裝置包括偏心輪、偏心輪軸、推桿和快換式成型模具，偏心輪套設在偏心輪軸上，偏心輪軸由動力裝置驅動，推桿和預壓成型裝置的快換凸模通過銷連接。

進一步的，快換式成型模具包括快換凸模和設置在空心軸內的第一套筒、墊板與凹模腔，凹模腔為一個空心軸，墊板包括上側的圓柱體以及下側的第二凸臺，第二凸臺外徑小于空心軸的內徑，圓柱體外徑與凹模腔內徑大小相同，兩者形成的內腔中盛放復合材料預制品；墊板設置于第一套筒上端，過渡配合安裝于第一套筒的凹槽內，凹模腔放置于空心軸內腔的第一凸臺上，空心軸內腔與第一套筒外壁間隙配合。

進一步的，偏心輪軸兩端通過軸承分別安裝于第一機架和第二機架上，第一機架和第二機架下端分別與第一導柱和第二導柱連接，第一導柱上套有第一導套，第一導套可以在第一導柱上滑動，第二導柱上套有第二導套，第二導套可以在第二導柱上滑動；第一導套和第二導套上部均與第一連接板固定連接，第一連接板兩側設置第一圓環形掛鉤和第四圓環形掛鉤，第一機架和第二機架外側設置第三圓環形掛鉤和第二圓環形掛鉤，第一圓環形掛鉤和第三圓環形掛鉤之間連接有第二拉簧；第二圓環形掛鉤和第四圓環形掛鉤之間連接有第一拉簧。