[發明專利]纖維增強復合芯的制造設備

在審

• 申請號: 202211202221.8
• 申請日: 2022-09-29
• 公開（公告）號: CN115570817A
• 公開（公告）日: 2023-01-06
• 發明（設計）人: 王昆;劉旌平;黃崇祺
• 申請（專利權）人: 上海電纜研究所有限公司
• 主分類號: B29C70/52
• 分類號: B29C70/52;B29C70/54;D03D41/00
• 代理公司: 上海光華專利事務所(普通合伙) 31219
• 代理人: 李雙嬌

本發明涉及復合芯技術領域，尤其涉及一種纖維增強復合芯的制造設備，包括依次布置的紗架、三維預制體成型裝置、預處理裝置、定型裝置和牽引機，紗架上放置若干纖維束；三維預制體成型裝置將若干纖維束進行規律性交替互鎖構成三維預制體，三維預制體為三維立體織物，形成有相互交織成一體的內部結構和外輪廓，為不分層的整體結構；預處理裝置對三維預制體進行預處理；定型裝置對三維預制體進行樹脂浸潤和拉擠成型，形成纖維增強復合芯；牽引機提供由紗架向牽引機牽引的牽引力，牽引力同時牽引纖維束、三維預制體和纖維增強復合芯。將三維預制體與拉擠成型工藝結合，充分發揮了拉擠成型工藝的連續性、低成本特點和三維預制體綜合性能優異特點。

技術領域

本發明涉及復合芯技術領域，尤其涉及一種纖維增強復合芯的制造設備。

背景技術

高性能纖維憑借其優秀的機械性能，與樹脂結合制備成復合芯替代鋼絞芯作為承力結構，被廣泛應用于輸電線纜中。其中以具有重量輕、高耐腐蝕性、非磁性、高熱傳導率、極低熱膨脹系數、高拉伸強度及高拉伸彈性等特征的碳纖維為主要應用。

常規的復合芯通過將高性能纖維沿軸向集束排列(或增加纏繞與管套編織工藝)并浸潤樹脂后拉擠得到具有一定截面形狀的復合芯。

其中，使用單向纖維拉擠工藝制備的纖維增強復合芯，各纖維單絲僅沿軸向平行排列，其軸向拉伸強度表現優秀，但其周向無纖維增強，平行的纖維單絲間僅靠樹脂黏合，因此所得復合芯的徑向抗壓縮、軸向抗彎曲能力不足。特別是當復合芯徑向受壓時，易沿直徑方向劈裂，并在頻繁外力作用下，裂紋會迅速沿纖維單絲與樹脂膠黏較差的界面擴散并導致復合芯失效。

使用單向纖維拉擠工藝制備的部分做軸芯，在軸芯外側沿圓周方向增加纖維纏繞工藝，制備得到的具有表面螺旋結構的纖維增強復合芯，其纏繞的纖維將軸芯纖維捆綁扎緊，約束了軸芯纖維的移動，提高了徑向抗壓縮性能和軸向抗彎曲性能，但纏繞的纖維僅為沿某一圓周方向的螺旋堆疊，纖維螺旋環之間接觸面較小，僅通過樹脂黏合固定，所得復合芯的抗扭轉、耐疲勞性能仍表現不佳。

使用單向纖維拉擠工藝制備的部分做軸芯，在軸芯外側沿圓周方向增加纖維管狀編織工藝，制備得到的具有編織管套面層的纖維增強復合芯，其編織的纖維在軸芯纖維外形成一層管套，各編織成管的纖維束與軸線成一定夾角進行規律的交叉互鎖，此結構在增強復合芯徑向抗壓縮性和環向剛度的同時，還提高了其抗扭轉性能和部分軸向拉伸性能，屬于纏繞工藝的升級。

纏繞和編織工藝在不同程度上提高了單向纖維拉擠復合芯的一部分周向性能，但二者與單向纖維拉擠工藝組合后，均形成了“皮芯結構”，纏繞層與編織層均為表皮層，單向纖維拉擠部分為軸芯。在此類構件生產中，當纏繞或編織的速率與拉擠速率匹配異常時易形成分層，嚴重影響產品性能。此外，表皮層無法對軸芯內部的裂紋擴散進行有效的控制，一旦軸芯受損，復合芯仍有快速失效的趨勢。因此具有“皮芯結構”的復合芯的耐疲勞、抗沖擊等性能表現不佳。而綜合力學性能的不佳表現限制了復合芯的應用，難以滿足更加苛刻的使用要求。

發明內容

鑒于現有技術的上述缺陷，本發明要解決的技術問題是提供一種纖維增強復合芯的制造設備，能夠獲得綜合力學性能優異的纖維增強復合芯。

為了解決上述技術問題，本發明采用如下技術方案：一種纖維增強復合芯的制造設備，包括依次布置的紗架、三維預制體成型裝置、預處理裝置、定型裝置和牽引機，紗架上放置若干纖維束；三維預制體成型裝置將若干纖維束進行規律性交替互鎖構成三維預制體，三維預制體為三維立體織物，三維預制體形成有相互交織成一體的內部結構和外輪廓，三維預制體為不分層的整體結構；預處理裝置對三維預制體進行預處理；定型裝置對預處理后的三維預制體進行樹脂浸潤和拉擠成型，形成纖維增強復合芯；牽引機提供由紗架向牽引機牽引的牽引力，牽引力同時牽引纖維束、三維預制體和纖維增強復合芯。

優選地，三維預制體成型裝置包括三維紡織機。