[发明专利]一种基于展宽编织碳纤维增强热塑性树脂复合材料的卷对卷制备装置

说明书

本发明公开了一种基于展宽编织碳纤维增强热塑性树脂复合材料的卷对卷制备装置，包括依次连接的放卷辊装置、堆叠装置、加热装置、冷却装置、张力辊和收卷辊；还包括设置在堆叠装置、加热装置、冷却装置底部的支撑机座；所述放卷辊装置包括织布放卷辊、树脂薄膜放卷辊和脱模纸放卷辊，所述堆叠装置包括过渡辊和堆叠结构，所述加热装置包括连续加热辊组、设置在连续加热辊组上的气缸和支撑连续加热辊组的支撑平面，所述冷却装置包括连续冷却辊组、设置在连续冷却辊组上的气缸和支撑连续冷却辊组的支撑平面。本发明可以用于对展宽编织碳纤维增强热塑性树脂复合片材的成型制备，实现卷对卷的连续、高效成型，大幅提高生产效率。

技术领域

本发明涉及复合材料应用领域，具体涉及一种基于展宽编织碳纤维增强热塑性树脂复合材料的卷对卷制备装置。

背景技术

碳纤维增强树脂基复合材料因其高的比强度、比模量的特点被广泛的应用在航天航空、军工、汽车、新能源及体育用具产业。其中，热塑性树脂以其成型工艺简单、可重复使用、成本低、毒性低等优点，在复合材料树脂基选择中独树一帜，发展速度越来越快。然而，其熔融粘度高成为了其生产过程中的一个难点。在实际生产过程中，技术人员常常通过提高成型温度和时间的方式来获得浸润良好的复合材料。以聚碳酸酯（PC）为例，国内外研究人员通常将热压时间设置在30分钟左右，这极大地限制了复合材料的成型效率。通过之前的研究显示，展宽碳纤维以其薄，孔隙率大的特点可以极大的提高纤维的树脂浸润性。通过孔隙率公式和达西流体公式计算可以发现，展宽为8mm的12k碳纤维织布的完全浸润时间约是展宽为20mm的12k碳纤维织布的9.8倍。这个时间的减小是非常显著的，这也使得卷对卷的连续成型工艺变为可能。除此之外，展宽碳纤维更加的薄，成型的复合材料有更好的挠性，更加适合卷对卷（roll to roll）工艺。

发明内容

为实现上述想法，本发明提出了一种基于展宽编织碳纤维增强热塑性树脂复合材料的卷对卷制备装置，该装置可以实现展宽编织碳纤维增强热塑性树脂复合材料的高效，连续生产。

本发明通过以下技术方案实现。

一种基于展宽编织碳纤维增强热塑性树脂复合材料的卷对卷制备装置，包括依次连接的放卷辊装置、堆叠装置、加热装置、冷却装置、张力辊10和收卷辊11；还包括设置在堆叠装置、加热装置、冷却装置底部的支撑机座1；所述放卷辊装置包括织布放卷辊2、树脂薄膜放卷辊3和脱模纸放卷辊4，所述堆叠装置包括过渡辊5和堆叠结构12，所述加热装置包括连续加热辊组6、设置在连续加热辊组6上的气缸8和支撑连续加热辊组6的支撑平面9，所述冷却装置包括连续冷却辊组7、设置在连续冷却辊组7上的气缸8和支撑连续冷却辊组7的支撑平面9。

进一步地，所述的织布放卷辊2、树脂薄膜放卷辊3和脱模纸放卷辊通过控制系统进行主动放卷，分别对纤维体、树脂薄膜和脱模纸进行放卷。

进一步地，所述的过渡辊使放卷出来的纤维、树脂膜和脱模纸形成堆叠结构。

进一步优选，所述脱模纸的宽度大于树脂薄膜和纤维织布的宽度，树脂薄膜和纤维织布的宽度相等。

进一步地，所述的连续加热辊组内置加热系统，从内部对辊子圆周进行均匀加热，确保复合材料成型过程中温度稳定。

进一步地，所述的连续冷却辊组内置水循环冷却系统，保证冷却过程辊子温度稳定。

进一步地，所述的加热辊组和冷却辊组由多个辊子构成，延长堆叠物的受压加热和冷却过程。

进一步地，所述气缸推动加热辊和冷却辊和支撑平面形成夹持压力，提供成型时的树脂渗透压以及实现保压冷却，减小成型后的内应力。

进一步地，所述的平面支撑其内部也存在对应的加热及冷却系统，保证堆叠结构双面均匀加热及冷却。

进一步地，所述的张力辊可以调节张力，保证收卷物的紧密性，提高产品质量。