[发明专利]一种碳纤维热塑性预浸料熔渗复合装置

说明书

本发明公开了一种碳纤维热塑性预浸料熔渗复合装置，属于热塑性预浸料熔渗技术领域，包括依次设置的预热定位区、加热熔渗区和后处理成型区；预热定位区设置多组对辊组件对预浸料预先加热贴敷于碳纤维织物表面并实现定位；加热熔渗区内部设置异型平面腔体，异型平面腔体两侧设置圆柱状辊体，实现预浸料的快速熔渗复合；后处理成型区包括依次设置的冷却对辊组件与刺针装置，实现预浸料的束间气体排除，达到预浸料层间致密成型。该装置可以实现热塑性树脂薄膜与碳纤维平面织物结构的快速熔渗复合成型，可有效提高树脂在纤维内部的熔渗效果。

技术领域

本发明属于热塑性预浸料熔渗技术领域，具体涉及一种碳纤维热塑性预浸料熔渗复合装置。

背景技术

这里的陈述仅提供与本发明相关的背景技术，而不必然地构成现有技术。

热塑性树脂基体具有可反复加热塑化的优异特性，基于该特性其与连续碳纤维长丝、碳纤维二维或三维织物复合增强，可制备具有高强度、高韧性、高刚度并且可快速成型并反复塑化应用的热塑性复合材料制品。由于热塑性复合材料制品的成型时间短，长期服役抗疲劳和老化性能优异，因而成为传统热固性树脂基碳纤维复合材料的极具潜力的替代品而得到飞速发展。而作为热塑性复合材料成型加工的关键中间原料——碳纤维热塑性预浸料，近年来在工业、农业、交通以及航空航天领域得到了快速的开发研究。

为了适应不同制品的设计要求，热塑性碳纤维预浸料中的纤维连续长丝往往通过展宽或编织方式形成不同方向排布的织物结构，可形成单向排布、二维排布或多轴向排布等不同结构形式后再与热塑性树脂基体复合成型，而由于热塑性树脂常温形态为固态，而且在加热与纤维复合过程中的粘度大、流动性差、束间渗透性和界面亲和性低，因此热塑性预浸料的浸渍复合成为限制其综合特性发挥的主要技术难点。为了解决该问题，研究者往往采用溶液复合、粉末浸渍等方式来提高热塑性树脂与碳纤维的浸渍效果，而这些方法往往会带来溶剂难以去除、粉末粉碎成本太高等工艺或技术附加问题。加热熔渗方法一直是热塑性碳纤维预浸料的传统成熟的制备方式，而加热熔渗采用的往往是热塑性树脂颗粒原料或切片原料，在与纤维浸渍过程中会因树脂高温粘度大带来的熔渗装置的堵塞问题，需要因清理装备或装备报废带来巨大的成本提高。

为了避免该问题的产生，研究者将热塑性树脂加工成一定厚度的薄膜，在碳纤维单向或多向织物表面贴敷一定数量的薄膜状树脂基体之后通过加热熔渗方式进行复合成型，可有效提高树脂与碳纤维丝束的浸渍效果。然而该方法也有其不足之处，由于热塑性树脂薄膜熔融以及其在纤维丝束内部的流动属于自然渗透，缺少沿纤维平面织物厚度方向的压力差，而导致树脂膜熔融过程的浸渍时间过长，带来的生产效率降低，此外，该方式树脂需要从织物表面向内部渗透，不可避免存在树脂在纤维内部分布不均匀，因此，迫切需要设计或优化一种提高树脂薄膜与碳纤维织物连续浸渍复合的高效熔渗装置来配套热塑性碳纤维预浸料的生产。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种碳纤维热塑性预浸料熔渗复合装置，该装置可以实现热塑性树脂薄膜与碳纤维平面织物结构的快速熔渗复合成型，可有效提高树脂在纤维内部的熔渗效果。

为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：

第一方面，本发明提供了一种碳纤维热塑性预浸料熔渗复合装置，包括依次设置的预热定位区、加热熔渗区和后处理成型区；预热定位区设置多组对辊组件对预浸料预先加热贴敷于碳纤维织物表面并实现定位；加热熔渗区内部设置异型平面腔体，异型平面腔体两侧设置圆柱状辊体，实现预浸料的快速熔渗复合；后处理成型区包括依次设置的冷却对辊组件与刺针装置，实现预浸料的束间气体排除，达到预浸料层间致密成型。

作为进一步的技术方案，所述对辊组件的间隙可调节，每组对辊组件包括两相对设置的辊筒，辊筒内设置加热元件；对辊组件转动方向与预浸料传动方向一致。

作为进一步的技术方案，所述对辊组件辊筒表面预热工作温度在低于预浸料热熔流动温度区间的5-20℃范围内；各组对辊组件的表面工作温度进行梯度设置。