[发明专利]微波加热快速拉挤制备玻璃纤维复合材料Z‑Pin的设备及方法

说明书

技术领域

本发明涉及材料加工技术领域，具体为一种加工纤维复合材料Z-Pin 的装置和方法。

背景技术

复合材料Z-pin拉挤技术是指玻璃纤维、碳纤维等增强材料通过浸胶后在模具中凝胶定型，而后通过烘道固化的一种连续生产复合材料针状型材的技术。复合材料Z-pin技术是指将细杆针状Z-pin复合材料植入到铺迭好的预浸料中形成三维增强，经共固化形成的整体结构。Z-pin能显著增强复合材料层合板的层间韧性、损伤容限以及胶连强度等性能，并具有操作简单，可设计性强及易于整体成型的特点，应用前景广泛。在传统Z-pin制造过程中，一般采用电阻加热的方法实现树脂的凝胶定型及固化，且拉挤过程中存在拉挤速度慢，能源消耗高，生产效率较低，且拉挤前需提前升温等不足。

发明内容

本发明的技术目的是针对现有技术存在的问题，提供一种微波加热快速拉挤制备玻璃纤维复合材料Z-Pin的设备及方法，以克服现有技术的弊端。

为实现上述技术目的，本发明公开的技术方案为：

一种微波加热快速拉挤制备玻璃纤维复合材料Z-Pin的设备，包括依次连接的放料机构、导向机构、浸胶槽、固化装置、牵引装置以及卷收机构，其特征在于：所述固化装置包括微波加热单元以及设置在加热单元之前的含胶量调节模具,所述加热单元内设有陶瓷的成型模具，所述含胶量调节模具上设有一条以上前后贯通的模腔,浸胶后的纤维材料穿过模腔后进入加热单元，成型模具的模腔与含胶量调节模具上的至少一条模腔口径一致。

在上述技术方案的基础上，进一步的改进还包括：

所述含胶量调节模具包括上模、下模，所述上模和下模在二者对接台面上设有多条一一对应的半模凹腔，合模后，上、下模半模凹腔对接构成完整模腔。

所述含胶量调节模具设有口径依次递增或递减的多条模腔，以满足不同的生产需求。

为了在合模过程中快速对齐上、下模，含胶量调节模具上模和下模的定位结构为以下两种方案中的任一种：

1）所述含胶量调节模具的上模或下模的对接台面上设有凸起的定位块，所述下模或上模在其台面上设有对应的定位凹槽。

2）所述含胶量调节模具配有定位块，其下模台面上设有定位块限位凹槽，上模台面上对应的位置设有定位凹槽，所述定位块的下部安装在下模限位凹槽内，上部与上模定位凹槽相嵌合，即定位块设为单独的块体。

承载含胶量调节模具的台板在含胶量调节模具模腔进料或出料端中至少一侧的板面上设有刻度尺，使调节模具可依据刻度左右移动，将合适口径的模腔与成型模具模腔对准。

承载成型模具的台板亦在成型模具模腔进料或出料端中至少一侧的板面设有刻度尺，成型模具台板上的刻度尺与含胶量调节模具台板上的刻度尺相平行，且二者刻度线中至少有一条前后对准在一条直线上，进一步方便调节模具对齐成型模具模腔。

所述固化装置包括使浸胶后的纤维材料凝胶定型的第一微波加热单元和使凝胶固化的第二微波加热单元，成型模具设置在所述第一微波加热单元中。

一种微波加热快速拉挤制备玻璃纤维复合材料Z-Pin的方法，其特征在于，包括含胶量调节步骤：

纤维材料浸胶后进入微波加热单元前，使含胶的纤维材料穿过口径与微波加热单元中成型模具模腔口径一致的调节模具模腔，以滤除纤维材料表面多余的胶液。

进一步的包括以下过程：

a)装料，将纤维料卷安装在放料机构上，并拉出一段蘸取酒精后进行加捻，将加捻好的纤维材料拉直铺放在所述调节模具的下模腔中，合上上模，对齐后锁紧上、下模，进入调节模具之前的材料段通过机构导引穿过浸胶槽，从调节模具出来后的材料依次穿过微波加热单元、牵引装置，最终连接到卷收机构上，并使放料机构、卷收机构之间的纤维材料保持一定张力；

b）向浸胶槽中加入配置好的胶液；

c）根据纤维材料和胶液的性质设定走料速度和微波加热功率，开启微波加热单元；

d）启动牵引装置，开始拉挤制备玻璃纤维复合材料Z-Pin，干燥的纤维材料在牵引力的作用下进入浸胶槽3中完成浸胶，含胶的纤维材料在第一微波加热单元中凝胶定型，在第二微波加热单元中被完全固化。

所述调节模具设有多条不同口径的模腔，承载调节模具、成型模具的台板在二者模腔进料或出料端中的至少一侧板面上设有刻度尺，调节模具台板上的刻度尺与成型模具刻度尺相平行且刻度线前后对齐一致，拉挤前，在成型模具定位后，根据成型模具对准的刻度线调整调节模具位置，将口径一致的调节模具模腔和成型模具模腔对准。

本发明的有益效果：