[发明专利]超声悬浮液法制备连续纤维增强热塑性预浸料的成型装置

说明书

本发明公开了一种超声悬浮液法制备连续纤维增强热塑性预浸料的成型装置，沿纤维的前进方向依次包括纱架、张力系统、分纱系统、导向辊、超声波悬浮液粉末槽系统、气流粉料投料系统、导向机构、干燥室、熔融室、冷却系统、收卷系统。本发明超声波悬浮液粉末槽系统可避免粉末团聚与聚集；气流粉料投料系统可实现按需自动化精准投料，有利于实现预浸料中树脂均匀分布；熔融室中的横晶生成室可提高树脂的横晶生成率，提高纤维与树脂的界面粘接强度；冷却系统的冷却速率可调，可实现热塑性树脂结晶度可控，有利于按需调节预浸料的铺覆性能。

技术领域

本发明属于热塑性复合材料预浸料成型技术领域，涉及一种超声悬浮液法制备连续纤维增强热塑性预浸料的成型装置。

背景技术

高性能热塑性复合材料以其良好的耐热性、韧性、低吸湿性、无限长的预浸料贮存期以及可实现非热压罐成型等突出特点逐渐被视为航空航天等先进产业中热固性复合材料潜在的替代材料。

连续纤维增强热塑性预浸料的制备方法包括溶液浸渍法、喷洒粉末法、悬浮液浸渍法、熔融法以及纤维混编法等。溶液浸渍法是将热塑性树脂溶于合适的溶剂中，使其粘度降低到一定水平，然后采用热固性树脂浸渍时所使用的工艺来浸渍纤维，最后通过加热除去溶剂。专利CN10494487A和CN106476161A公布了一种喷洒粉末法，是通过高压喷头作用或振动筛等方法将树脂粉末吸附于纤维束中，然后加热使粉末熔融后粘结在纤维表面，最后在成型过程中使纤维得以浸渍。专利CN106239937A、CN106738447A、CN205631113、CN106903906A、CN107053700A、CN102295792B公布了一种熔融法，是将热塑性树脂加热通融后浸渍纤维的一种制备技术，纤维束经过充满高压熔体的模头时，在多组压辊作用下，促使纤维和树脂熔体强制性浸渍。CN102134372A、CN103448258A公开了一种纤维混编法，是将纺成细丝的热塑性树脂与增强纤维混编。以上方法均具有一定的局限性，溶液浸渍法由于对聚醚砜、聚醚醚酮等热塑性树脂难以找到合适的溶剂，难以应用于高性能热塑性树脂；喷洒粉末法存在粉末局部聚集，预浸料含胶量不均等缺陷；熔融法，因热塑性树脂在成型过程中受热时间长，造成预浸料僵硬，铺覆性差；纤维混编法，由于难以获得超细的热塑性树脂纤维，加之编制过程中容易造成纤维损伤，限制了该技术的应用。基于以上原因，为解决现有热塑性预浸料制备技术中存在的技术问题，本发明设计了一种超声悬浮液法制备连续纤维增强热塑性预浸料的成型装置。

发明内容

本发明的目的是提供一种超声悬浮液法制备连续纤维增强热塑性预浸料的成型装置，以解决上述背景技术中所提出的问题，采用该成型装置制备的热塑性预浸料具有树脂分布均匀、孔隙率小、力学性能好、纤维树脂界面粘接强度高、结晶度可控等特点，可以适应缠绕、铺放、模压等成型工艺的要求。

本发明所采用的技术方案是，超声悬浮液法制备连续纤维增强热塑性预浸料的成型装置，沿纤维的前进方向依次包括纱架、张力系统、分纱系统、导向辊、超声波悬浮液粉末槽系统、气流粉料投料系统、导向机构、干燥室、熔融室、冷却系统、收卷系统，纱架、张力系统、分纱系统、导向辊、超声波悬浮液粉末槽系统、气流粉料投料系统、导向机构、干燥室、熔融室、冷却系统、收卷系统依次连接。

本发明的特点还在于，

其中超声波悬浮液粉末槽系统包括超声波分散槽和悬浮液槽，悬浮液槽位于超声波分散槽的内部，超声波分散槽侧壁的上方设有进水口，超声波分散槽相对应的侧壁的下方设有出水口，超声波分散槽内部的侧壁上设有多个超声波发射装置，悬浮液槽的底端外侧设有多个冷却片，悬浮液槽的内部设有温度传感器，温度显示在控制器面板上，悬浮液槽的侧壁上方设有进料口，悬浮液槽的底部设有出料口，导向辊位于悬浮液槽的内部，悬浮液槽的进料口与气流粉料投料系统通过输送管相连，悬浮液槽中的悬浮液从出料口通过控制器回到气流粉料投料系统形成循环，进水口的进水量和出水口的出水量通过控制器控制，超声波发射装置通过控制器控制。