[发明专利]一种连续碳纤维增强热塑性树脂基预浸料片制备装置及方法

权利要求书

1.一种连续碳纤维增强热塑性树脂基预浸料片制备装置，其特征在于，包括：由纤维束连接的纤维束递丝单元、纤维束开纤及张紧单元、纤维束包埋切割及续接单元，以及树脂薄片加热及上下料单元，上述各单元均由主控制器协调运行，完成连续碳纤维增强热塑性树脂基预浸料片的制备；

所述纤维束包埋切割及续接单元由碳纤维束牵引辊（33）、夹子一（9）、夹子二（13）、夹子三（19）、环形导轨（10）、滚珠丝杠（8）、滚珠丝杠螺母（34）、树脂薄片（12）、托盘A（11）、砧板A（14a）、第一滑板（16）、滑板平台（17）、预热装置（18）、切断刀片（15）、纤维废料回收箱（23）组成，所述碳纤维束牵引辊（33）为两个，且上下对滚，将碳纤维束（2）通过纤维束开纤及张紧单元递丝至夹子一（9）夹紧，夹子一（9）安装在环形导轨（10）上，环形导轨（10）上还安装有夹子二（13）、夹子三（19），夹子二（13）的正下方为纤维废料回收箱（23），环形导轨（10）的两端分别与安装在滚珠丝杠（8）上的滚珠丝杠螺母（34）固定连接，环形导轨（10）下方放置滑板平台（17），滑板平台（17）上通过滑槽配合设置第一滑板（16），第一滑板（16）上放有托盘A（11）和砧板A（14a），托盘A（11）上放置有树脂薄片（12），滑板平台（17）下方设有预热装置（18），滑板平台（17）两侧布置有切断刀片（15）。

2.根据权利要求1所述一种连续碳纤维增强热塑性树脂基预浸料片制备装置，其特征在于，所述纤维束递丝单元包括碳纤维束卷辊（1）和碳纤维束支撑辊（3），碳纤维束卷辊（1）引出碳纤维束（2）并支撑在碳纤维束支撑辊（3）上。

3.根据权利要求1或2所述一种连续碳纤维增强热塑性树脂基预浸料片制备装置，其特征在于，所述纤维束开纤及张紧单元包括依次设置的开纤辊（4）、梳丝器（5）、二级上开纤板（6）和二级下开纤板（7），二级上开纤板（6）和二级下开纤板（7）分别布置于碳纤维束（2）的上下方。

4.根据权利要求3所述一种连续碳纤维增强热塑性树脂基预浸料片制备装置，其特征在于，所述梳丝器（5）沿外圆周对称分布有两组三级梳丝齿，共六排齿，每组三级梳丝齿的齿数依次增加，且高等级的梳齿与低等级的梳齿交错排开，一级梳丝齿的齿间距通过前面的碳纤维束开纤程度来选取，二级梳丝齿的齿间距设置为一级梳丝齿的一半并且齿分布在一级梳丝齿的齿间，三级梳丝齿的齿间距设置为二级梳丝齿的一半并且齿分布在二级梳丝齿的齿间。

5.根据权利要求1所述一种连续碳纤维增强热塑性树脂基预浸料片制备装置，其特征在于，所述托盘A（11）两端设置有托盘翼，托盘A（11）中部下凹，托盘翼与托盘底部间的距离应比树脂薄片厚度大2-4mm。

6.根据权利要求1所述一种连续碳纤维增强热塑性树脂基预浸料片制备装置，其特征在于，所述切断刀片（15）的高度小于第一滑板（16）、砧板A（14a）和托盘A（11）的高度之和。

7.根据权利要求1所述一种连续碳纤维增强热塑性树脂基预浸料片制备装置，其特征在于，所述树脂薄片加热及上下料单元包括若干装有树脂薄片的托盘B（35）、树脂薄片料箱（21）、红外加热器（26）、冷却装置（25）、真空吸盘、真空吸盘导轨（24）、预浸料料箱（22）、砧板B（14b）、第二滑板（20），托盘B放置在树脂薄片料箱（21）中，红外加热器（26）位于树脂薄片料箱（21）的正下方，真空吸盘安装在位于托盘B上方的真空吸盘导轨（24）上，两个真空吸盘的中心正好位于托盘B的托盘翼中心上方，冷却装置（25）安装在真空吸盘导轨（24）上方，且位于滑板平台（17）的正上方；真空吸盘导轨（24）的右下方为预浸料料箱（22），第二滑板（20）、砧板B（14b）布置在真空吸盘导轨（24）下方的滑板平台（17）上。

8.一种根据权利要求1-7任一项所述的连续碳纤维增强热塑性树脂基预浸料片制备装置的制备方法，其特征在于，首先控制器控制纤维束递丝单元引出碳纤维束，通过与纤维束开纤及张紧单元的配合，将碳纤维束递入纤维束包埋切割及续接单元夹紧；然后控制纤维束开纤及张紧单元对碳纤维束进行开纤和张紧，红外加热器对树脂薄片料箱中的树脂薄片加热至熔融状态；接着控制树脂薄片加热及上下料单元对树脂薄片进行上料，纤维束包埋切割及续接单元工作，实现碳纤维束的包埋切割以及续接，如此往复循环，即可制成连续碳纤维增强热塑性树脂基预浸料片；

所述包埋切割及续接过程具体为：控制器控制电机驱动滚珠丝杠转动，使环形导轨带动夹持碳纤维束的夹子快速下压，在将碳纤维束包埋入熔融的树脂基体后，通过切断刀片切断碳纤维束；控制器控制滚珠丝杠反转，使环形导轨带动夹子一、夹子二向上运动到环形导轨的初始位置；控制器控制夹子一保持在夹紧状态且位于位置a不动，控制夹子二沿着环形导轨的位置b运动到位置d并松开；随后控制夹子一带动碳纤维束向右运动到位置b；然后，控制处于位置c的夹子三沿着环形导轨运动到位置a夹持碳纤维束；最后，控制第一滑板带动装有树脂薄片的托盘A向后方前进一个步距，即实际开纤的宽度，夹子二由所在的位置d运动到夹子三空出的位置c，实现碳纤维束的续接。