[发明专利]一种电加热式热塑性复合材料纤维铺放成型装置及方法

说明书

一种电加热式热塑性复合材料纤维铺放成型装置及方法，包括料卷、机架、导向机构、机器人铺放臂、定向压辊、压紧压辊和电源控制器；料卷设置在机架上，料卷用于放置复合材料预浸带料卷；料卷下方的机架上设置有导向机构，机架的顶部与机器人铺放臂固定连接，机架的底部固定设置有定向压辊和压紧压辊；电源控制器设置在机架上，且定向压辊和压紧压辊均连接到电源控制器上。与传统的热塑性复合材料加热方式相比，电流加热方式可获得较高的加热温度，易于实现温度的自动控制和远距离控制。

技术领域

本发明属于热塑性复合材料纤维铺放成型设备技术领域，特别涉及一种电加热式热塑性复合材料纤维铺放成型装置及方法。

背景技术

复合材料纤维铺放技术是欧美发达国家近30年来广泛发展和应用的低成本制造技术，是复合材料自动化成型的典型代表。与热固性纤维增强复合材料相比，以聚醚醚酮、聚酰亚胺、尼龙为代表的高性能纤维增强热塑性复合材料具有更好的可循环性、抗冲击韧性、抗化学腐蚀性、耐热性等优点，具有广阔的应用前景。但是高性能纤维增强热塑性复合材料往往需要较高的工艺温度，这导致在铺放过程中需要借助高热源的激光、火焰、高温气体等方法对铺放材料进行加热使其成型。这些加热方法中激光加热具有可控性好、加热区间小，瞬时加温快，加热效率高等优点，成为目前热塑性纤维铺放普遍采用的方法。但是激光加热方法需要大型的激光发生器及其控制系统，这导致其作为纤维铺放原位加热源往往需要极高的成本，并需要占用大量的空间和重量，对纤维铺放的运动装置造成极大的负担。除此之外，激光辐射过程中高能热量也会对人体造成损伤，使操作人员难以近距离进行操作，因此对自动化设备的要求也较高。而火焰与高温气体等加热方法目前多见于论文当中，未有工业化应用的先例。虽然与激光加热相比，价格较低，但是难以控制，加热效率差，并且加热区域范围较大，并不适合于工业化高精度的纤维铺放成型方式。因此，对于纤维增强热塑性复合材料纤维铺放成型技术亟需一种高加热效率、低成本、易控制的原位加热方法，以满足高熔点热塑性复合材料的成型要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电加热式热塑性复合材料纤维铺放成型装置及方法，以解决上诉问题。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种电加热式热塑性复合材料纤维铺放成型装置，包括料卷、机架、导向机构、机器人铺放臂、定向压辊、压紧压辊和电源控制器；料卷设置在机架上，料卷用于放置复合材料预浸带料卷；料卷下方的机架上设置有导向机构，机架的顶部与机器人铺放臂固定连接，机架的底部固定设置有定向压辊和压紧压辊；电源控制器设置在机架上，且定向压辊和压紧压辊均连接到电源控制器上。

进一步的，热塑性复合材料的树脂基体为聚丙烯、聚碳酸酯、聚酰胺、聚砜、聚醚醚酮、聚酰亚胺或尼龙热塑性树脂基体中的一种；增强纤维为碳纤维，碳纤维为通用型、高强型、中模高强型、高模型或超高模型碳纤维中的任意一种碳纤维；复合材料预浸带料卷为连续纤维组成的预浸带或非连续短切纤维组成的预浸带。

进一步的，导向机构包括第一导向滚轮和第二导向滚轮，第一导向滚轮设置在靠近料卷的机架上，第二导向滚轮设置在靠近定向压辊的机架上；机架的下方设置有铺设台，铺设台上放置有模具。

进一步的，两个导向滚轮之间的机架上固定设置有预加热装置，预加热装置为中空加热管。

进一步的，复合材料预浸带料卷依次经过第一导向滚轮、预加热装置、第二导向滚轮和定向压辊。

进一步的，机器人铺放臂固定设置在机架的侧面，机器人铺放臂的输出端与机架的顶端固定连接。

进一步的，电源控制器为直流电源或交流电源中的一种；电源控制器的正负极分别接在导向压辊与压紧压辊上。

进一步的，一种电加热式热塑性复合材料纤维铺放成型装置的操作方法，基于上述中任意一项所述的一种电加热式热塑性复合材料纤维铺放成型装置，包括以下步骤：