[发明专利]热塑性复合材料原位成型用金属压辊及其设计方法

说明书

本发明公开了热塑性复合材料原位成型用金属压辊及其方法，金属压辊包括金属辊片、辊轴、固定块以及安装板；辊轴两端经固定块固定在安装板上，金属辊片由内环、支撑层、外环和滚动体组成，内环通过滚动体装配在辊轴上，外环为由柔性金属制成的环体，位于内环外侧，且外环由支撑层与内环连接，金属压辊滚压热塑性复合材料时，外环与热塑性复合材料接触受压，外环与支撑层均受力形变，从而增加外环与热塑性复合材料的接触面积。本发明通过降低金属制压辊的结构刚度，提高金属压辊的变形能力，并且可以针对不同复合材料的成型特性，设计合适的辊片，提高原位固结成型高性能热塑性复合材料的成型质量和效率，降低高性能热塑性复合材料的制造成本。

技术领域

本发明属于属于高性能热塑性复合材料先进制造领域，具体的说，涉及一种热塑性复合材料成型压辊，尤其是一种高预应力成型用热塑性树脂性预浸纱快速热续接装置及方法。

背景技术

随着高性能热塑性材料成本的降低和市场对材料轻量化的需求，热塑性材料及热塑性复合材料逐渐显示出其在性能、成型效率、性价比等方面的巨大优势。由于热塑性复合材料成型过程中仅发生物理变化，成型速度快，可实现材料的原位固结成型。原位固结是一种利用局部热源加热并同时加压固结的成型方式，原位固结成型受成型场地约束小、能实现复杂形状制件成型、成型效率高，具有广阔的应用前景。

由于高性能热塑性树脂基体熔点高、熔融黏度大，原位成型过程需高温高压，且为了保证复合材料基体的分子链充分扩散及降低复合材料的孔隙率，需保证材料在成型过程中有足够的升温和加压时间。尤其是以聚芳醚酮族为代表的高性能热塑性复合材料，其成型温度普遍高于300℃，成型压力大于1MPa，传统的橡胶压实装置难以满足其成型需求。现有原位固结成型使用的压实装置的压辊，主要分为金属刚性压辊和耐高温橡胶柔性压辊，但金属刚性压辊由于变形能力差，压辊与复合材料接触面积小，压力作用时间极短，导致成型过程的压力、压力作用时间均不能达到热塑性复合材料的成型需求，成型效率低、制品质量较差，无法满足高性能热塑性复合材料制件成型需求。耐高温橡胶压辊能有效延长热压时间，但其模量较低，能提供的成型压力较小，并且高性能耐热橡胶价格高昂，其在高温使用中容易老化，使用寿命有限，使用成本极高，不利于热塑性复合材料大规模应用。

发明内容

本发明的目的是为了解决背景技术中提及的问题，提供热塑性复合材料原位成型用金属压辊及其设计方法，本发明的压辊为金属制作，具有耐高温的特性，同时还具有很好的变形能力，克服金属刚性压辊变形能力差、橡胶压辊耐温性差且成本高的缺点。本发明专利设计了一种金属柔性压辊，利用金属材料高耐温性能、良好的力学性能、良好的加工成型性能，设计制造出具有内部支撑的金属辊片，降低金属制压辊的结构刚度，提高金属压辊的变形能力，并且可以针对不同复合材料的成型特性，设计合适的辊片，提高原位固结成型高性能热塑性复合材料的成型质量和效率，降低高性能热塑性复合材料的制造成本。

为实现上述技术目的，本发明采取的技术方案为：

热塑性复合材料原位成型用金属压辊，其中：包括金属辊片、辊轴、固定块以及安装板；辊轴两端经固定块固定在安装板上，金属辊片由内环、支撑层、外环和滚动体组成，内环通过滚动体装配在辊轴上，外环为由柔性金属制成的环体，位于内环外侧，且外环由支撑层与内环连接，金属压辊滚压热塑性复合材料时，外环与热塑性复合材料接触受压，外环与支撑层均受力形变，从而增加外环与热塑性复合材料的接触面积。

为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：

上述的固定块有两个，分别位于辊轴两端，每个固定块均包括上固定部、下固定部以及锁紧件，辊轴的端部能安装在对应的上固定部和下固定部之间，并由锁紧件锁死固定，上固定部与安装板固定连接。

上述的上固定部与下固定部之间通过螺钉或焊接或卡扣连接固定为一体。

上述的上固定部与安装板之间通过螺钉或焊接或卡扣连接固定为一体。