一种连续纤维热塑性预浸带的生产设备及方法技术

本发明专利技术公开了一种连续纤维热塑性预浸带的生产设备及方法，包括依次连接的分纱机构、展纱机构、浸渍机构和复合定型机构，展纱机构包括气流展纱装置和机械展纱装置，气流展纱装置包括设置在纤维预浸带下方的气流箱，气流箱为空腔结构且内部安装有离心风机，浸渍机构包括浸渍模具，浸渍模具由上模体和下模体构成，上模体和所述下模体相对设置且形成波浪状的浸渍通道。采用气流展纱为主，机械展纱为辅的展纱方式解决当前国内的主流展纱技术的机械展纱方法对纤维磨损较大、展纱效果不理想的问题；浸渍模具中具有波浪状的浸渍通道，增大预浸带的浸渍面积，使热熔树脂在连续纤维带上分散较为均匀，能够得到充分的浸渍，避免浸渍不均匀的问题。均匀的问题。均匀的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种连续纤维热塑性预浸带的生产设备及方法


[0001]本专利技术涉及复合材料生产
，具体为一种连续纤维热塑性预浸带的生 产设备及方法。

技术介绍

[0002]连续纤维增强树脂基复合材料(Fiber Reinforced Plastics,FRP)以高性能纤 维与树脂复合而成，具有较高比强度和比刚度，且与金属等传统材料相比有质量 轻、抗腐蚀等诸多优势，在航空航天、石油化工等领域得到了广泛应用。FRP按 照基体类型可分为热塑复合材料(Fiber Reinforced Thermoplastics,FRTP)和热固 复合材料，传统的热固复合材料力学性能好，但层间断裂韧性普遍较差，成型周 期长，预浸料储存条件苛刻且不可回收二次成型，使得热固复合材料的应用受到 了很大的限制。而FRTP由于其基体为韧性好、成本低、生产周期短且可以反复 加工的热塑性树脂，和回收利用等热固性复合材料不可比拟的优点，使其产量和 应用领域不断扩大，已成为复合材料的重要发展方向之一。
[0003]连续纤维增强热塑性树脂预浸带是由连续纤维、热塑性树脂复合而成，有溶 液浸渍法、熔融浸渍法和粉末浸渍、反应浸渍等工艺，其中熔融浸渍法以其生产 成本低、效率高等特点广泛应用于工业生产中。
[0004]高性能纤维的分散和成型工艺是连续纤维增强热塑性树脂预浸带制备的工 艺难点，一方面由于热塑性树脂融化后粘度很高，达到上百Pa
·
S，一般加工设 备和工艺条件很难与连续纤维结合，容易产生孔隙，浸渍效果不理想。另一方面， 为保证制品性能，使树脂充分浸渍，减小预浸料厚度，提高纤维含量，需要在浸 渍前将高性能纤维展宽展薄，扩大纤维单丝之间的空隙。
[0005]针对上述问题，申请号为CN201911335610.6的中国专利公开了一种连续纤维 展纱装置及展纱方法，包括使纤维展开且呈平面排列的展纱辊组，还包括用于向 展纱辊组输送纤维的展纱组件；其中，该展纱组件包括向纤维吹气的吹气机构和 用于支撑纤维的支撑机构；吹气机构设置在支撑机构的上方，用于对支撑机构上 的纤维施加气压，使纤维沿宽度方向移动从而散开。本专利技术采用复合展纱技术即 在机械辊展纱的前端加装一个向纤维吹气的展纱组件，该展纱组件具有对玻璃纤 维损伤低的优点，但是单纯采用吹气展纱会紊乱玻纤排列，采用展纱组件和展纱 辊组的复合展纱能取得展纱宽度宽、少起毛、稳定性好、展纱后的纤维束平行伸 展性好的进步。但是使用气流展纱会紊乱玻纤排列，容易导致复合纤维纱中的树 脂分布不均，稳定性差，获得的产品质量不佳。
[0006]因此，为了解决上述两个工艺难点，需要提供一套连续纤维增强热塑性树脂 预浸带的生产设备及生产方法，解决当前国内的主流展纱技术的机械展纱方法对 纤维磨损较大、展纱效果不理想，且气流展纱紊乱玻纤排列，后续热熔树脂浸渍 时容易出现复合纤维纱中的树脂分布不均的问题，提高成型效率，增加可塑性。

技术实现思路

[0007]为克服现有技术中存在的问题，本专利技术提供一种连续纤维热塑性预浸带的生 产设备及方法，解决了热熔树脂浸渍时容易出现复合纤维纱中的树脂分布不均的 问题，提高成型效率，增加可塑性。
[0008]为实现上述目的，本专利技术提供了如下技术方案：
[0009]本专利技术提供了一种连续纤维热塑性预浸带的生产设备，包括依次连接的分纱 机构、展纱机构、浸渍机构和复合定型机构，
[0010]所述展纱机构包括气流展纱装置和机械展纱装置，所述气流展纱装置包括设 置在纤维预浸带下方的气流箱，所述气流箱为空腔结构且内部安装有离心风机， 所述离心风机的抽吸方向垂直于所述纤维预浸带的表面；
[0011]所述浸渍机构包括浸渍模具，所述浸渍模具由上模体和下模体构成，所述上 模体和所述下模体相对设置且形成波浪状的浸渍通道。
[0012]优选地，所述气流箱为上下贯穿的空腔结构，包括上壳体和下壳体，所述纤 维预浸带自所述上壳体和下壳体之间的间隙穿过，所述离心风机悬挂在所述下壳 体内部的中心位置。
[0013]优选地，所述气流箱的宽度范围为30cm
‑
100cm，长度范围为20cm
‑
40cm，上 壳体侧板倾斜角度为10
‑
20
°
，气流速度范围为10m/s
‑
16m/s。
[0014]优选地，所述浸渍通道的波高范围为2cm
‑
3cm，直径范围为5cm
‑
7cm，所述 浸渍通道的波峰数量为2
‑
20个。
[0015]优选地，所述浸渍通道与螺杆挤出机相连通。
[0016]优选地，所述机械展纱装置包括至少5根展纱钢辊，所述展纱钢辊相互平行 且交错设置，所述纤维预浸带经过气流展纱装置的上方且依次缠在所述展纱钢辊 上。
[0017]优选地，所述复合定型机构包括至少两组在同一平面上设置的定型模组，所 述定型模组包括上下设置的包胶压辊和下辊。
[0018]优选地，所述分纱机构设有山形筘和分纱辊，所述山形筘上设置有等间距的 分梳齿，所述分纱辊的数量至少为5个。
[0019]优选地，所述复合定型机构与所述裁边机构相连接，所述裁边机构包括切边 装置和废边收卷装置。
[0020]本专利技术还提供一种连续纤维热塑性预浸带的生产方法，使用上述中任意一项 所述的连续纤维热塑性预浸带的生产设备进行生产，具体步骤如下：
[0021]纤维材料选择，所述纤维材料至少为碳纤维、玻璃纤维、芳纶中的一种；
[0022]选取浸渍树脂种类，所述浸渍树脂至少为PPS、PEEK和PEKK中的一种；
[0023]对生产设备不同工作区进行加温预热，加温预热的时间持续2
‑
3h，再进行生 产；
[0024]将纤维放置在纱架上，调整牵引速度，所述纤维依次通过气流展纱和机械展 纱，进入浸渍模具中进行熔融浸渍；待纤维展纱至均匀后开启主机及喂料，关闭 浸渍机构，调整模具出口间隙为0.2
‑
0.4mm；通过复合定型机构定型后进行切边 和收卷。
[0025]优选地，所述牵引速度调整范围为1.0
‑
3.0m/min。
[0026]优选地，预热温度范围为260℃
‑
395℃。
[0027]综上，本专利技术的上述技术方案的有益效果如下：
[0028]本专利技术展纱机构包括气流展纱装置和机械展纱装置，采用气流展纱为主，机 械展纱为辅的展纱方式解决当前国内的主流展纱技术的机械展纱方法对纤维磨 损较大、展纱效果不理想的问题；同时浸渍模具中具有波浪状的浸渍通道，与后 续的复合定型机构结合，通过气流展纱和机械展纱之后的纤维预浸带穿过波浪状 的浸渍通道，可以增大预浸带的浸渍面积，使热熔树脂在连续纤维带上分散较为 均匀，能够得到充分的浸渍，避免浸渍不均匀的问题。
[0029]本专利技术还提供了一种连续纤维热塑性预浸带的生产方法，从PP到PEEK标准 聚本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种连续纤维热塑性预浸带的生产设备，其特征在于：包括依次连接的分纱机构、展纱机构、浸渍机构和复合定型机构，所述展纱机构包括气流展纱装置和机械展纱装置，所述气流展纱装置包括设置在纤维预浸带下方的气流箱，所述气流箱为空腔结构且内部安装有离心风机，所述离心风机的抽吸方向垂直于所述纤维预浸带的表面；所述浸渍机构包括流道及浸渍模具，所述浸渍模具由上模体和下模体构成，所述上模体和所述下模体相对设置且形成波浪状的浸渍通道。2.根据权利要求1所述的一种连续纤维热塑性预浸带的生产设备，其特征在于：所述气流箱为上窄下款的空腔壶状结构，包括上壳体和下壳体，所述纤维预浸带自所述上壳体和下壳体之间的间隙穿过，所述离心风机悬挂在所述下壳体内部的中心位置。3.根据权利要求2所述的一种连续纤维热塑性预浸带的生产设备，其特征在于：所述气流箱的宽度范围为30cm
‑
100cm，长度范围为20cm
‑
40cm，所述上壳体的侧板倾斜角度为10
‑
20
°
。4.根据权利要求1所述的一种连续纤维热塑性预浸带的生产设备，其特征在于：所述浸渍通道的波高范围为2cm
‑
3cm，直径范围为5cm
‑
7cm，所述浸渍通道的波峰数量为2
‑
20个。5.根据权利要求1所述的一种连续纤维热塑性预浸带的生产设备，其特征在于：所述浸渍通道与螺杆挤出机相连通。6.根据权利要求1所述的一种连续纤维热塑性预浸带的生产设备，其特征在于：所述机械展纱装置包括至少5根展纱钢辊，所述展纱钢辊相互平行且交错设置，所述纤维预浸带经过气流展纱装置的上方且依次缠在所述展纱钢辊上。7.根据权利要求1所述的一种连续纤维热塑性预浸带的生产设备，其特征在于：所...

【专利技术属性】
技术研发人员：李煜炜，刘兴拴，陈斌，
申请(专利权)人：苏州挪恩复合材料有限公司，
类型：发明
国别省市：