[发明专利]一种连续纤维纵横浸渍制备热塑性复合材料的成型方法

说明书

本发明公开了一种连续纤维纵横浸渍制备热塑性复合材料的成型方法，牵引纤维束依次经过浸渍腔内的上胶段、分散浸渍段和定型段，在上胶段内使树脂包覆在纤维束的表面，对纤维束的表层产生浸渍效果；在分散浸渍段内，由设置在纤维束一侧的不动辊对纤维束实施纵向浸渍，同时使树脂产生反向运动趋势和对树脂产生剪切作用；由设置在纤维束另一侧的动辊使纤维束的横向宽度增大和使树脂产生横向移动，在此过程中横向移动的树脂填充到纤维束中，对纤维束实施横向浸渍；在定型段内减小纤维束的横向宽度，使纤维束合拢定型；最后将定型的纤维束牵引出浸渍腔，制得预浸料。本发明能够对纤维束实现纵横‑表里的全方位浸渍，达到大幅提高浸渍效果的目的。

技术领域

本发明涉及热塑性复合材料技术领域，具体地说涉及一种连续纤维纵横浸渍制备热塑性复合材料的成型方法。

背景技术

纤维增强聚合物复合材料的刚度、强度和尺寸稳定性均优于未增强的聚合物基体材料。近年来，以玻璃纤维、碳纤维和芳纶纤维为增强材料的长纤维增强热塑性复合材料已用于汽车、航空航天、电子电气、机械等领域，其强度高、密度小、价格低、易于回收利用，被认为是可替代钢材而使汽车轻量化的理想材料，加快了高性能塑料替代金属材料的步伐。

与传统的短纤维增强粒料相比，长纤维增强热塑性复合材料在结构上有着显著不同：长纤维粒料中，纤维在树脂基体中沿轴向平行排列和分散，纤维长度等于粒料长度，且被树脂充分浸渍，而在短纤维粒中，纤维无序地分散于基体当中，其长度远小于粒料的长度且不均匀。短纤维与长纤维粒料结构的不同导致了两者在性能上也存在明显差异，与短纤维增强热塑性复合材料相比，长纤维增强热塑性复合材料具有以下优点：长纤维增强热塑性复合材料的纤维长度较长，而且纤维分散较为均匀，可以显著提高复合材料的力学性能，如拉伸、弯曲、冲击性能等。

中国专利公告号为CN106113317B的现有技术在2018年3月6日公开了一种连续碳纤维熔融浸渍热塑性聚合物预浸带制备模具。该专利中，采用上模和下模向对面为相互配合的曲面及伸入到溶体池内的圆面，纤维束经过上述面时，将被浸渍。但该技术仅能实现纤维纵向方向的浸渍，而在纤维束的横向方向未发生有效浸渍，导致其浸渍效果较差。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术中存在的上述问题，提供一种连续纤维纵横浸渍制备热塑性复合材料的成型方法，本发明能够对纤维束实现纵横-表里的全方位浸渍，达到大幅提高浸渍效果的目的。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种连续纤维纵横浸渍制备热塑性复合材料的成型方法，其特征在于：牵引纤维束依次经过浸渍腔内的上胶段、分散浸渍段和定型段，在上胶段内使树脂包覆在纤维束的表面，对纤维束的表层产生浸渍效果；在分散浸渍段内，由设置在纤维束一侧的不动辊对纤维束实施纵向浸渍，同时使树脂产生反向运动趋势和对树脂产生剪切作用；由设置在纤维束另一侧的动辊使纤维束的横向宽度增大和使树脂产生横向移动，在此过程中横向移动的树脂填充到纤维束中，对纤维束实施横向浸渍；在定型段内减小纤维束的横向宽度，使纤维束合拢定型；最后将定型的纤维束牵引出浸渍腔，制得预浸料。

所述动辊通过旋转运动和沿着垂直于纤维束方向的往复直线运动使纤维束的横向宽度增大和使树脂产生横向移动。

所述动辊与设置在浸渍腔外的伸缩旋转控制机构连接，所述伸缩旋转控制机构包括电机和伸缩件，电机与动辊连接用于控制动辊旋转，伸缩件与电机连接用于带动动辊往复直线运动。

所述纤维束经前驱动牵引辊牵引进入分散浸渍段，经后驱动牵引辊牵引进入定型段，且前驱动牵引辊与后驱动牵引辊之间的纤维束长度大于前驱动牵引辊与后驱动牵引辊之间距离。

所述前驱动牵引辊的牵引速度和后驱动牵引辊的牵引速度均为10-25m/min。

所述分散浸渍段内不动辊和动辊的数量均至少为两根，且至少两根不动辊分别设置在纤维束的两侧，至少两根动辊分别设置在纤维束的两侧。