[发明专利]一种多丝束碳纤维宽展预浸系统

说明书

本发明提出一种多丝束碳纤维宽展预浸系统，用以解决现有热塑性预浸带生产过程中因展宽比低、预浸不充分导致的预浸带产品厚度大、孔隙率高等技术问题。本发明包括沿进料方向依次设置的放丝模块、并丝模块、气流宽展模块、过程纠偏模块、牵引模块、泥浆浸渍模块、红外熔融模块、热压定型模块、浮动辊模块、裁切模块、边料收集模块、收卷纠偏模块和收卷模块；所述放丝模块包括至少两组放丝组件，放丝组件上放置有碳纤维。本发明采用气流法实现碳纤维无损伤宽展，并采用粉末泥浆法实现树脂对宽展碳纤维充分预浸，从而生产薄型、高性能热塑性碳纤维预浸带，提高热塑性预浸带铺层的可设计性以及热塑性复合材料制品的力学性能。

技术领域

本发明涉及碳纤维复合材料加工技术领域，具体涉及一种多丝束碳纤维宽展预浸系统。

背景技术

近年来，为了应对日益扩大的能源和空气污染危机，世界各国相继提出针对燃油车的发展规划。我国对燃油车提出了新的油耗标准，并大力推广新能源电动车。因此，降低能源消耗成为汽车制造业面临的重要问题，而汽车轻量化则是解决该问题的重要途径。经过多年的发展，汽车轻量化主要有以下三种方法：结构优化设计、成型制造工艺优化以及材料轻量化。其中，材料轻量化是在满足强度需求的前提下，采用低密度材料替换高密度材料。碳纤维复合材料由于具有低密度、高强度、耐腐蚀等优点，成为汽车轻量化材料领域的重点关注对象。

碳纤维复合材料可按照基体树脂的不同分为热固性和热塑性两种。热固性碳纤维复合材料市场占有率高，具有高强度、耐腐蚀等特点，但脆性大、加工周期长并且需要冷冻保存，能源消耗较大。热塑性碳纤维复合材料相较于热固性复合材料具有以下突出优点：（1）可在室温下长期储藏；（2）成型周期短，生产效率高；（3）边角料或废料可再熔融成型以实现回收利用。因此随着制备、成型技术与装备的发展，热塑性复合材料正逐步取代热固性复合材料，成为汽车轻量化材料新的发展方向。而预浸带作为碳纤维复合材料制品成型的关键中间产品，其加工技术与装备也成为业内关注的重点问题。

目前常见的热塑性预浸带生产设备大多采用机械法对纤维进行宽展，然后采用熔融法实现对碳纤维的预浸。生产过程中，碳纤维经过多个辊筒表面，利用纤维与辊面的摩擦力使纤维宽展变薄，然后经宽展的碳纤维和热塑性高分子熔体同时经过熔融挤出模头挤出，在高温高压下实现树脂对碳纤维的预浸。该方法工艺简单、生产效率高、设备投入低，但只适用于聚乙烯、聚丙烯等黏度较低通用高分子材料，对于尼龙、聚醚醚酮等工程塑料及特种工程塑料而言，该方法难以实现对碳纤维的有效预浸。造成该问题的原因是，上述方法中12K碳纤维经过机械法宽展后，宽度由5mm变宽至10-12mm后，一般不再增加碳纤维宽展比（展后宽度与原丝宽度比值），因为继续增加宽展比，会增加纤维损伤率、降低宽展过程稳定性，且会导致预浸过程中高黏度树脂对纤维造成二次损伤，降低产品力学性能。

因此采用上述方法生产的热塑性碳纤维预浸带，常常存在产品厚度大、孔隙率高等问题。在采用预浸带铺层、模压工艺实现汽车零部件轻量化过程中，预浸带厚度的增加会降低铺层的可设计性，限制预浸带应用；孔隙率的增高会导致制品抗老化性能和力学性能下降，降低零部件安全性能。

发明内容

针对现有热塑性预浸带生产过程中因展比低、预浸不充分导致的预浸带产品厚度大、孔隙率高等技术问题，本发明提出一种多丝束碳纤维宽展预浸系统，采用气流法实现碳纤维无损伤宽展，并采用粉末泥浆法实现树脂对宽展碳纤维充分预浸，从而生产薄型、高性能热塑性碳纤维预浸带，提高热塑性预浸带铺层的可设计性以及热塑性复合材料制品的力学性能。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：一种多丝束碳纤维宽展预浸系统，包括沿进料方向依次设置的放料机构、宽展机构、浸渍定型机构、裁切机构和收卷机构，所述放料机构包括放丝模块和并丝模块，放丝模块位于并丝模块的进料端，且放丝模块包括至少两组放丝组件，放丝组件上放置有碳纤维。

所述宽展机构包括气流宽展模块，气流宽展模块位于并丝模块的出料端。