[发明专利]一种短流程轻质高强复合材料制备方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及轻质高强复合材料制备方法领域，尤其涉及一种短流程轻质高强复合材料制备方法及装置。

背景技术

玻璃纤维、碳纤维等纤维材料与树脂基体混合得到的长纤维复合材料与短纤维复合材料相比，具有轻质、高强等综合性能，是车辆轻量化及零部件集成制造的重要手段，引起国内外复合材料制造业的广泛关注。轻质高强复合材料在线模压成形技术因具有生产成本更低、单件制品周期短、纤维长度保留率高、纤维方向性好、产品可设计性更强等特点，能替代汽车、工程机械、舰船、建筑等领域中现有的钢铁结构部件，市场容量大、应用广泛。目前，轻质高强复合材料在线成形生产设备及工艺主要由德国公司垄断，价格较高。国内在轻质高强复合材料成形工艺、原料、设备、控制等方面与国外差距较大，急需进行集成创新及技术攻关，开发适用于轻质高强复合材料在线成形的成套设备及产业化生产方法。

但是，现有的成形工艺由于原料、添料方式及控制精度的影响，导致制得的复合材料性能较差，且控制系统的控制精度不高。

因此，有必要提供一种新的技术方案。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺陷，本发明提供一种短流程轻质高强复合材料制备方法，其制得的复合材料具有轻质高强度性能，且性能稳定，生产效率高。

本发明提供一种短流程轻质高强复合材料制备方法，所述方法包括如下步骤：

S1、将树脂、添加剂和热塑性膨胀微珠的混合料经称重后送入双螺杆筒体，并在双螺杆筒体内在一定时间和温度下进行熔融，得到混合料，其中，温度为220-275℃，熔融时间为5-10min；所述热塑性膨胀微珠是甲基丙烯酸甲酯或丙烯腈的均聚物或共聚物；

S2、将长纤维加热后送入双螺杆筒体，将长纤维定长切断，得到短纤维，所述长纤维为玻璃纤维和/或碳纤维，加热温度为150-200℃；

S3：将熔融后的混合料与短纤维进行共混，得到熔融坯料，熔融坯料中纤维的质量百分比为20-75％；

S4：将熔融坯料以一定速度输出双螺杆筒体，并在双螺杆筒体出口处被切断，其中，熔融坯料输出速度为500-550kg/h；

S5：对切断后的坯料进行保温传送；

S6：机器人抓取传送的坯料放入压机中，压机对坯料进行挤压，得到复合材料。

进一步地，步骤S1中，树脂、添加剂和热塑性膨胀微珠的混合比例为10:1:4，所述树脂为聚丙烯。

进一步地，步骤S1中，送入双螺杆筒体的速度等于熔融坯料输出速度。

进一步地，步骤S1中，对混合料的称重是通过质量检测模块进行的，其中，质量检测模块的称重精度为1.5-2‰。

进一步地，步骤S2中，加热方式是采用远红外加热方式。

进一步地，步骤S2中，纤维定长5-50mm。

进一步地，步骤S4中，熔融坯料输出速度为500kg/h，双螺杆筒体出口处设置有用于切断熔融坯料的切刀。

进一步地，S5中，保温温度变化≤±2℃。

进一步地，所述方法还包括控制系统，所述控制系统包括第一质量检测模块、第一温度检测模块、第二温度检测模块、长度检测模块、速度检测模块、第二质量检测模块、位置检测模块和中央处理器；

所述第一质量检测模块用于检测称量的混合料的质量，并将质量信息发送给中央处理器；

所述第一温度检测模块用于检测混合料的熔融温度，并将温度信息发送给中央处理器；

所述第二温度传感器用于检测长纤维的加热温度，并将温度信息发送给中央处理器；

所述长度检测模块用于检测所述纤维切割装置切割的纤维的长度信息；

所述速度检测模块用于监控熔融坯料的输出速度；

所述第二质量检测装置用于检测所述双螺杆挤出机的坯料的质量；

所述位置检测模块用于检测输送机输送的产品位置；

所述中央处理器用于根据坯料的质量控制计量切断装置切断所述双螺杆挤出机的坯料，并根据产品的位置信息控制机器人将输送机上的产品搬运至模压机上。

本发明还提供一种轻质高强复合材料的装置，所述装置包括控制装置、混合料加料装置、纤维切割装置，双螺杆挤出机、计量切断装置、输送机、机器人和模压机；

所述控制装置分别与所述混合料加料装置、双螺杆挤出机、计量切断装置、输送机、机器人和模压机连接；

所述混合料加料装置和纤维切割装置的出料口分别与所述双螺杆挤出机的进料口连接，所述双螺杆挤出机、计量切断装置、输送机、机器人和模压机依次连接；

所述双螺杆挤出机包括料筒、驱动装置和第一加热管；