[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

说明书

本发明公开了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，通过纤维束递丝单元与碳纤维束牵引辊配合实现碳纤维束递入到纤维束包埋切割及续接单元夹紧，通过纤维束开纤及张紧单元中的开纤辊、梳丝器及二级开纤板对张紧的碳纤维束进行开纤，再通过纤维束包埋切割及续接单元中的环形导轨带动夹持碳纤维束的夹子下压，使张紧的碳纤维束对熔融态树脂薄片进行垂直向下切割，并包埋入其中，实现碳纤维束在热塑性树脂基体中的包埋和碳纤维束的切断，如此往复循环，实现连续碳纤维增强热塑性树脂基预浸料片的制备，解决了连续碳纤维增强热塑性预浸料片在制备过程中面临的树脂基体粘度大、对碳纤维束充分浸渍难、纤维含量难以精确控制的问题。

技术领域

本发明属于复合材料领域，涉及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，特别适用于连续纤维增强熔融温度和粘度均较高的片状热塑性纤维预浸料的制备。

背景技术

连续碳纤维增强热塑性树脂复合材料，在航空航天、汽车等领域都有着广泛的应用需求，其突出优势主要包括：优异的力学性能(高韧性、高刚性、高强度、高抗疲劳等)、高耐磨损性、不吸水、抗老化、抗腐蚀等。但对于熔融粘度较高热塑性树脂基碳纤维复合材料预浸料，现有方法存在树脂对纤维浸润效果差、纤维含量难以提高、制成的构件力学性能不稳定等问题，严重影响了连续碳纤维增强热塑性树脂复合材料制件的应用效果，限制了其性能的充分发挥。

目前连续纤维增强热塑性树脂基预浸料的制造工艺技术主要包括：熔融法、喷涂法、溶液浸渍法等。如中国专利(CN105014994A)中公开了一种熔融浸渍法制备连续纤维增强热塑性树脂复合材料的工艺及装置，其核心技术是：采用一种特殊的齿状结构，使连续纤维束和热塑性树脂进行熔融浸渍。但该技术由于热塑性树脂熔融温度高、粘度大，而难以保证纤维的均匀浸渍，导致制得的预浸料孔隙率较大。

此外，中国专利(CN102950780A)中公开了一种采用火焰喷涂法制造连续纤维增强热塑性树脂基预浸带的装置，该装置采用火焰喷涂方法，利用火焰的高温特性，将树脂熔融并喷涂在连续纤维织物表面，再经冷压辊挤压定型，制备出连续纤维增强高熔点树脂基预浸带，但该技术在实施过程中对纤维含量的精确控制较难。另外，在挤压定型过程中，树脂基体以粘性变形为主，而不是以浸入纤维束内部的融体流动为主，所以没有从根本上解决树脂均匀浸润纤维丝内部难度大、纤维含量难以提高的问题。

公开号为CN106738447A的中国专利中，提出采用风筝线切割原理，将碳纤维束镶嵌并包埋入树脂基体，来制备热塑性树脂基连续碳纤维复合材料预浸料的新技术。但对可控开纤、连续递丝、纤维含量可控等关键技术没有给出具体的实施方案，且针对纤维含量略低的预浸料带材的生产，使用前还需要加热开卷，因而能耗较高，所以，目前的技术难以适应对纤维含量要求较高的片状预浸料的生产。因此，本发明旨在重点解决上述问题，实现对连续碳纤维增强热塑性树脂基片状预浸料的高效制备。

发明内容

本发明的目的是提供一种连续碳纤维增强热塑性树脂基预浸料片的制备装置，以解决现有连续碳纤维增强热塑性树脂基预浸料制备技术中高粘度热塑性树脂难以均匀浸渍连续碳纤维，从而导致所制得的碳纤维复合材料力学性能不稳定和承载能力较低的问题。

本发明提供的一种连续碳纤维增强热塑性树脂基预浸料片制备装置的技术方案是：

一种连续碳纤维增强热塑性树脂基预浸料片制备装置，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。

上述方案中，所述纤维束递丝单元包括碳纤维束卷辊和碳纤维束支撑辊，碳纤维束卷辊引出碳纤维束并支撑在碳纤维束支撑辊上。

上述方案中，所述纤维束开纤及张紧单元包括依次设置的开纤辊、梳丝器、二级上开纤板和二级下开纤板，二级上开纤板和二级下开纤板分别布置于碳纤维束的上下方。