[發(fā)明專(zhuān)利]一種纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料層合板制備方法和裝置

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110656341.4
• 申請(qǐng)日: 2021-06-11
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113320269A
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-08-31
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉明偉;高藝航;張大鵬;雷勇軍;王志祥;吳棟;于寶石
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 中國(guó)人民解放軍國(guó)防科技大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): B32B37/06
• 分類(lèi)號(hào): B32B37/06;B32B37/10;B32B37/08
• 代理公司: 長(zhǎng)沙國(guó)科天河知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 43225
• 代理人: 邱軼

本發(fā)明提供了一種纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料層合板制備方法和裝置，所述裝置包括加壓裝置、加熱裝置、保溫隔熱裝置和模具；所述加壓裝置用于為層合板制備提供合適的壓強(qiáng)環(huán)境；所述加熱裝置用于加熱模具，為層合板制備提供合適的溫度環(huán)境；所述保溫隔熱裝置用于保持層合板制備溫度穩(wěn)定及保護(hù)加壓裝置；所述模具用于傳導(dǎo)熱量和壓力，保證預(yù)浸料平整且粘接可靠。制備方法為：脫模劑的配置、模具表面處理、預(yù)浸料層的準(zhǔn)備、鋪層、加壓固化和冷卻脫模。該裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便，能夠減小設(shè)備規(guī)模，提高制備效率，并降低制備成本。利用該裝置制得的纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料層合板粘接情況良好，力學(xué)性能優(yōu)越。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及復(fù)合材料制備技術(shù)領(lǐng)域，特別地，涉及一種纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料層合板制備方法和裝置。

背景技術(shù)

纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料具有比強(qiáng)度比剛度高、抗沖擊性能強(qiáng)、耐化學(xué)腐蝕、高溫力學(xué)性能好、成型周期短、保質(zhì)期長(zhǎng)以及可重復(fù)使用等優(yōu)點(diǎn)，被越來(lái)越廣泛地應(yīng)用于航空航天、武器裝備、汽車(chē)交通、醫(yī)療器械等領(lǐng)域。纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料預(yù)浸料按照一定的鋪層方式在一定的溫度和壓力下制備的層合板結(jié)構(gòu)具有可設(shè)計(jì)性強(qiáng)的特點(diǎn)，所表現(xiàn)出來(lái)的力學(xué)耦合效應(yīng)可用于設(shè)計(jì)多種具有不同耦合效應(yīng)的自適應(yīng)結(jié)構(gòu)，可顯著提高結(jié)構(gòu)的綜合力學(xué)性能。

溫度和壓力是纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料層合板制備的關(guān)鍵參數(shù)，合適的壓力和溫度有利于制備出內(nèi)部結(jié)構(gòu)致密，樹(shù)脂含量均勻以及力學(xué)性能優(yōu)異的層合板。目前的熱壓罐工藝通過(guò)空氣對(duì)預(yù)浸料加壓加熱，其優(yōu)點(diǎn)為施加壓力均勻，溫度場(chǎng)恒定，但是由于熱塑性復(fù)合材料熔點(diǎn)高粘度大，利用空氣傳熱的方式進(jìn)行加熱，其生產(chǎn)效率低，成型周期一般較長(zhǎng)。而模壓工藝一般通過(guò)金屬模具對(duì)鋪設(shè)好的預(yù)浸料施加壓力傳導(dǎo)熱量，其導(dǎo)熱效率高，但是為了保證熱塑性復(fù)合材料層合板的成型質(zhì)量，現(xiàn)有的模壓工藝通常采用自然冷卻的降溫方式，然而高溫金屬模具冷卻至常溫時(shí)間較長(zhǎng)，這在一定程度上延長(zhǎng)了模壓工藝的制備周期。為解決這一問(wèn)題，目前有專(zhuān)利對(duì)模壓工藝的模具進(jìn)行一定的改進(jìn)，如在公開(kāi)號(hào)為CN105346101A的發(fā)明專(zhuān)利中，公開(kāi)了一種纖維增強(qiáng)熱塑性樹(shù)脂基復(fù)合材料層板模壓方法及模壓裝置，通過(guò)在模具上同時(shí)設(shè)置加熱電阻絲槽孔和冷卻流體通道來(lái)解決制備過(guò)程中提高加熱和降溫速率的問(wèn)題。但是，采用這種加熱電阻絲和冷卻流體通道交替排列的方式，一方面會(huì)導(dǎo)致模具局部溫度過(guò)高或過(guò)低，所制備的層合板熱量分布不均勻而導(dǎo)致局部變形過(guò)大產(chǎn)生較大殘余應(yīng)力；另一方面加熱電阻絲數(shù)目的減少，降低了模具的加熱效率。

因此，亟需發(fā)明一種兼顧提高加熱和降溫效率的纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料層合板的制備方法和裝置。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的一個(gè)目的提供一種制備纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料層合板的裝置，該裝置依托于現(xiàn)有的試驗(yàn)設(shè)備，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便，能夠減小設(shè)備規(guī)模，提高制備效率，并降低制備成本。本發(fā)明的另一個(gè)目的是提出一種兼顧提高纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料層合板模壓工藝中加熱和降溫速率，提高制備過(guò)程中熱量使用效率的制備方法。

本發(fā)明的解決方案是：一種纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料層合板制備裝置，包括加壓裝置、加熱裝置、保溫隔熱裝置和模具；

所述加壓裝置用于為層合板制備提供合適的壓強(qiáng)環(huán)境；

所述加熱裝置用于加熱模具，為層合板制備提供合適的溫度環(huán)境；

所述保溫隔熱裝置用于保持層合板制備溫度穩(wěn)定及保護(hù)加壓裝置；

所述模具用于傳導(dǎo)熱量和壓力，保證預(yù)浸料平整且粘接可靠。

進(jìn)一步的，所述加壓裝置包括壓力試驗(yàn)機(jī)、長(zhǎng)方形金屬塊和鋼鏈；所述長(zhǎng)方形金屬塊包括相互平行設(shè)置的上金屬塊和下金屬塊，所述上金屬塊通過(guò)鋼鏈固定在所述壓力試驗(yàn)機(jī)的橫梁下方，所述下金屬塊放置在壓力試驗(yàn)機(jī)平臺(tái)上；所述上金屬塊和下金屬塊上均設(shè)有多個(gè)矩形長(zhǎng)槽。