[发明专利]一种连续纤维增强热塑性复合材料预浸丝制备系统及方法

说明书

本发明提出了一种连续纤维增强热塑性复合材料预浸丝制备系统及方法，所述系统包括连续纤维放料盘、第一传动组件、第一烘干加热组件、第一碾压组件、第一超声浸润组件、第二传动组件、第二烘干加热组件、挤出装置、第四传动组件、预浸丝收料盘，本发明通过上述设置提升纤维丝束的分散效果，增强树脂基体与纤维丝的界面结合、改善树脂均匀分布、降低孔隙率，大幅度提升连续纤维预浸丝的成形性能。

技术领域

本发明属于增材制造技术领域，具体地说，涉及一种连续纤维增强热塑性复合材料预浸丝制备系统及方法。

背景技术

3D打印连续纤维增强热塑性复合材料中引入连续纤维丝束作为增强相，大幅度提升了打印零件的力学性能，其力学性能远超普通塑料10倍以上，部分性能可以达到或超过航空铝的级别，因此受到广泛的关注。3D打印连续纤维增强热塑性复合材料零件的力学性能主要受到连续纤维丝束类型、含量、增强基体类型、打印路径取向、致密度、预浸料丝材质量等影响，其中连续纤维丝材制备方法及质量是影响打印工艺和零件最终力学性能的关键之一。目前，在3D打印过程中通过在喷嘴机构中在线复合连续纤维丝束与热塑性树脂基体的方法，但目前主要存在纤维丝束与基体未充分浸润，树脂在纤维丝束表面分布不均匀，孔隙多，界面较差，以及难以实现高含量连续纤维复合材料挤出打印等难题，这问题会严重影响外部载荷在基体和连续纤维之间的传递，纤维丝束在受力过程中容易产生错位、分离、断裂等现象，最终影响3D打印制件的力学性能。与热固性树脂基复合材料相比，连续纤维增强热塑性复合材料预浸料制备难度大，工艺更复杂，这主要是由于热塑性树脂熔体粘度较大，一般都超过100-200pa.s，浸渍过程中熔体流动困难，在3D打印喷嘴系统中，受到设备机械结构、工艺、时间等限制，难以满足原位在线制备高质量连续纤维浸渍丝的制备要求。因此，在3D打印工艺过程之前制备连续纤维增强热塑性复合材料预浸丝，可以利用多种方法实现连续纤维预浸丝制备过程中的界面粘结、基体分布、提高纤维束高含量等问题。3D打印连续纤维增强热塑性复合材料技术仍处于探索阶段，目前仍缺乏相关的3D打印用连续纤维预浸丝制备方法。

发明内容

本发明针对现有技术的上述缺陷和需求，提出了一种连续纤维增强热塑性复合材料预浸丝制备系统及方法，所述系统包括连续纤维放料盘、第一传动组件、第一烘干加热组件、第一碾压组件、第一超声浸润组件、第二传动组件、第二烘干加热组件、挤出装置、第四传动组件、预浸丝收料盘，本发明通过上述设置提升纤维丝束的分散效果，增强树脂基体与纤维丝的界面结合、改善树脂均匀分布、降低孔隙率，大幅度提升连续纤维预浸丝的成形性能。

本发明具体实现内容如下：

本发明提出了一种连续纤维增强热塑性复合材料预浸丝制备系统，用于3D打印；所述连续纤维增强热塑性复合材料预浸丝制备系统包括连续纤维放料盘、第一传动组件、第一烘干加热组件、第一碾压组件、第一超声浸润组件、第二传动组件、第二烘干加热组件、挤出装置、第四传动组件、预浸丝收料盘；

所述连续纤维放料盘上缠绕着待加工的连续纤维丝束；

所述第一超声浸润组件内设置有浸润混合溶液，所述浸润混合溶液包括热塑性树脂粉末和易挥发混合溶液；

所述挤出装置内设置有第三传动组件、第二超声浸润组件、送料挤出装置；所述送料挤出装置上设置有用于接收热塑性树脂的送料装置和用于传输所述送料装置接收到的热塑性树脂的传输件，所述传输件的输出终端与所述第二超声浸润组件连接；

所述连续纤维放料盘上的待加工的连续纤维丝束依次与第一传动组件、第一烘干加热组件、第一碾压组件、第一超声浸润组件、第二传动组件、第二烘干加热组件、第三传动组件、第二超声浸润组件、第四传动组件、预浸丝收料盘连接。

为了更好地实现本发明，进一步地，第二超声浸润组件为树脂浸润装置；所述树脂浸润装置设置可拆卸浸润装置壳体；所述第三传动组件设置在所述可拆卸浸润装置壳体内；