使用纤维垫加工纤维强化复合材料的设备及制造方法技术

本发明专利技术公开了一种使用复合材料纤维垫制造多功能纤维强化复合材料的方法及制造设备，其中使用至少两种类型的热塑性纤维和强化纤维制造复合材料垫或者复合材料板材，以及通过在用辊子挤压复合材料板材的同时由于强化纤维的固有弹性而具有发泡孔的轻质绝热板材。所述方法包含使所述热塑性纤维和强化纤维原纤维化和结合以形成复合材料垫，使所述复合材料垫分散和挥发，以及针刺经分散和挥发的复合材料垫。然后，使复合材料垫在预热区中受预热、在挤压区中受挤压和模制，并在冷却区中受冷却，以产生复合材料板材。可选择对复合材料板材重新加热，以凭借强化纤维的固有弹性获得类泡沫复合材料板材。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及使用纤维垫(mat)制造纤维强化复合材料的方法，用于制造高性能纤维强化复合材料物品，并涉及制造纤维强化复合材料的设备。特别地，本专利技术针对一种通过使至少两种结合和编织在一起的长纤维和短纤维经受加热和压挤或者冷却制造多功能纤维强化复合材料的方法，其特征在于，使用选择性地含有任何一种无机强化纤维的至少两种热塑性树脂纤维，来制造复合材料垫或复合材料板材、和轻质绝热泡沫复合材料板，其尽管没有另外使用化学发泡剂，但由于辊子压挤复合材料板时非熔融的纤维或者强化纤维的固有弹性而发泡形成了泡孔(cell)；并针对一种用于制造纤维强化复合材料的设备。
技术介绍
如本领域内普通技术人员所公知，已经开发出可以通过结合和编织至少两种不同类型的材料而展现新的功能的所谓纤维强化复合材料，其具有轻的重量、高的特征强度和高弹性模量，具有增强的机械性能。因此，纤维强化复合材料已经广泛地应用于要求强度、硬度和耐久性的各个工业领域，譬如飞机、船舶和汽车的结构部件、以及电气和电子部件。作为所述复合材料的一个代表例，提出了一种纤维强化聚合物(FRP)复合材料，包括一种玻璃纤维强化的热固性不饱和聚酯树脂，以及一种纤维强化的热塑性聚合物(ERTP)复合材料。FRP复合材料具有优于金属的功能，并且可以用在上述的应用中。特别地，FRP复合材料在单向模制后可以用作具有高弹性模量的弹性材料。然而，FRP复合材料的耐冲击性和断裂韧性等物理性能不佳，并且不利的是它只能够在有限的条件下使用，并且不是可回收的。然而，FRTP复合材料避免了FRP复合材料的上述问题，并且进一步地能够替代汽车部件中的金属。例如，主要用于汽车中的内部装饰和非结构性部件的FRTP复合材料，能够用于要求抗冲击性和高强度的车底盘、以及不同外装饰。而且，与FRP复合材料比较，FRTP复合材料可以经受与金属模制加工类似的冲压模制加工。因此，FRTP复合材料的生产率高并且可以比金属更加自由地设计，结果是越来越多地用于各种工业领域。因此，FRTP复合材料应当制备成可冲压的平面板材，适用于各种模制物件的模制加工中。为此目的，典型地，使强化纤维与作为基质树脂的粉末或者颗粒型的热塑性树脂结合，并且对其进行加热和模制。但是，在这样的情况下，由于存在不同的材料相，所以难以均匀地结合这两种材料。还有，在结合后，在多个处理工艺过程中，树脂粉末或者颗粒可能易于与强化纤维分离。从而，强化纤维不是均匀地分散在基质树脂中，从而难于制造要求稳定的质量的成品。关于制造可冲制板材(stampable sheet)的方法，由本专利技术人拥有的韩国专利10-296229号揭示了一种制造性能提高的纤维强化复合材料的方法和设备。在上述专利中，用离心力把作为基质树脂的热塑性树脂纤维与强化纤维结合，以制造具有随机取向基质纤维的复合材料垫，用具有多个加热辊和冷却辊的上述设备使其熔融并压制而成。还有，在改变辊轴之间的角度时，熔融的基质树脂被均匀地分布和浸渍进强化纤维中。从而增加了基质和强化纤维之间的界面间粘合力，以连续地提供具有优良的物理特性且厚度均匀、表面光滑度卓越的可冲压的纤维强化复合材料板。特别地，为补充由于只是随机取向的强化纤维而不足的硬度，通过使用制造可冲压板材的设备在复合材料垫的顶面、底面和侧面叠加单向强化纤维，从而使纤维强化的复合材料的性能提高。本专利技术进一步地改进了上述专利，并且以韩国专利10-173440号的“用于制造可冲压的纤维强化复合材料板材的设备”的技术构思为基础。在该专利中，可以通过可选择地控制熔融树脂中的热滞后因素的熔流方向使得在均匀厚度和高度表面光滑性方面有优势的泡沫复合材料具有高性能。在这点上，日本专利公开号平6-47737公开了一种用于制造冲压板材的设备，包含一树脂挤压机，用于挤压/馈给熔融聚丙烯树脂至连续的玻璃纤维板材与具有分散的短玻璃纤维的聚丙烯板材之间；一返回传送带，用于在传输聚丙烯板材、熔融聚丙烯树脂和连续的玻璃纤维的同时竖直地对其进行挤压和叠层；一加热炉，用于通过加热叠层的板材把熔融的聚丙烯浸渍到连续的玻璃纤维板材中，以形成整体的叠层板材；和一冷却炉，用于冷却加热了的板材。如上所述，当熔融的聚丙烯被挤压进板材时，附加地需要挤压机。另外，其难以在连续的板材的整个表面上均匀地涂覆熔融的树脂。这既不能够借助于传送带确保有选择地控制板材厚度，也不能确保成品的致密地粘接的结构和均匀的表面光滑度。另外，所述加热炉和冷却炉是腔室形的，并且没有设置用于加热和冷却后再控制产品的厚度的附加装置。另外在日本专利公开号平5-285947中，公开了一种用于制造纤维强化复合材料板材的设备，其包含三个料斗，用于分别地容纳热塑性树脂颗粒、强化的短纤维和玻璃泡材(glass blown)(空心的颗粒)；一分发容器，用于把从每个料斗馈给的材料分发到液体中；一流浆箱(headbox)，用于从分发的液体中去掉水；一个通过移动进流浆箱在其上形成纸网的网格；一个热空气干燥器，用于干燥纸网；和一个连续的压机。然而上述专利因为使用颗粒或者短纤维，所以难以处理材料。而且不能够通过使用该设备处理连续的纤维或者长纤维。而且可能产生尘屑并且使工作环境变得非常糟。因为材料分开地馈给到设备并且在其中分发，所以需要附加的脱水装置，从而可能发生水污染。而且，在日本专利公开号平5-16137中公开了一种用于制造纤维强化复合材料板材的设备，包含一个用于制备附着树脂的纤维束的具有分开形成的上层、中层和下层的流动层装置；用于切割纤维束的上旋转切割器和下旋转切割器；一个连续的传送带，用于传送从中流动层装置馈送的附着在连续的厚垫附着的纤维束的顶部和底部的切割了的附着树脂的纤维束；一个加热装置；以及一个冷却装置。然而，该加热装置采用电加热系统或者热空气循环系统，其中加热辊的轴是固定的。从而不能够改变熔融的热塑性树脂的热滞后因素的熔融流动方向。从而不能够均匀地浸渍熔融树脂。而且，难于控制板材张力，导致复合材料板材的厚度和表面光滑度不均匀。另外，由于冷却装置采用吹风系统或者用固定的引导辊的冷却系统，所以难于控制加热了的板材的最后厚度。
技术实现思路
因此，本专利技术的目的是提供一种通过加热和压挤、或者冷却复合材料垫的工艺制造纤维强化复合材料的方法，所述复合材料垫通过均匀地结合和编织至少两种类型强化纤维和作为基质的热塑纤维而得到的，其特征在于，可供选择性地改变熔融的树脂的热滞后因素的熔融物流动方向，以制造可以用于各种工业领域的、具有均匀的厚度和表面光滑度的泡沫复合材料垫或者板材。本专利技术的另一个目的是提供一种用于制造纤维强化复合材料的设备。为了达到上述目的，本专利技术提供一种通过加热和挤压复合材料垫来制造具有高强度的纤维强化复合材料的方法，该复合材料垫包含结合和编织在一起的强化纤维和作为基质树脂的热塑性纤维，该方法包含步骤使热塑性纤维和强化纤维原纤维化(fibrillating)；编织(matting)原纤维化的热塑性纤维和强化纤维，以制备一热塑性纤维熔合复合材料垫；通过相继地在该复合材料垫顶面、底面和侧面上加以各种层片来制备加层的复合材料垫，并且然后加热该加层的复合材料垫，以制备由于强化纤维的固有弹性而具有发泡的泡孔的高性能纤维强化复合材料板材。另外，本专利技术提供一种用于制造本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制造纤维强化复合材料的方法，通过加热和压挤一复合材料垫使所述纤维强化复合材料具有高强度，所述复合材料垫包含结合和编织在一起的强化纤维和作为基质树脂的热塑性纤维，所述方法包括以下步骤：使所述热塑性纤维和所述强化纤维原纤维化并结合， 以形成所述复合材料垫；使所述复合材料垫分散并挥发；以及针刺经分散和挥发的复合材料垫，以在所述垫中的所述强化纤维的取向是固定的情况下，增加在所述垫中的所述强化纤维的分散性，并且保持在所述垫中的所述纤维的卷绕纤维形状和三维结构。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】

【专利技术属性】
技术研发人员：徐德铉，催炯基，李湧茂，
申请(专利权)人：卡拉姆技术株式会社，
类型：发明
国别省市：KR[韩国]