[发明专利]一种非连续纤维定向增强复合材料的制备装置及方法

说明书

一种非连续纤维定向增强复合材料的制备装置及方法，涉及非连续纤维定向增强复合材料的制备领域。本发明解决了现有的非连续长纤维增强复合材料制备中易出现的纤维排列位置精度差、制备成本高等问题。产品：1.多孔芯板，2.曲面孔单元，3.卷面单元，4.弧形定位块，5.内层树脂薄板，6.定位薄纸，7.磁力压边框，8.纤维层，9.外层树脂薄板。方法：按设计要求在多孔薄纸上纤维丝需要穿插的位置及穿插路径做好标记；将多孔薄纸、内层树脂薄板叠放，并与多孔芯板的上表面贴合；用磁力压边框压住多孔薄纸；用牵引针系上增强纤维，在多孔薄纸上标记点位置穿插；一列纤维铺设完成后纤维丝在端部卷面单元上转向，铺设下一列纤维；所有纤维列铺设完成后铺设外层树脂薄板；用硫化机在0.1MPa的压力和160^oC下完成树脂层与纤维层的复合；成型终了，切断伸出板材的纤维，得到纤维增强复合板。

技术领域

本发明属于纤维增强树脂基复合材料的制备领域，具体涉及一种非连续纤维定向增强复合材料的制备装置及方法。

背景技术

纤维增强复合材料由于质量轻、强度高，在工业零件轻量化的时代背景下有广泛的应用前景。非连续纤维定向增强复合材料相比于连续纤维增强复合材料，可以有效减少纤维的使用量，同时满足特定方向的强度要求，在弯曲、疲劳等服役环境下使用寿命更长。由于纤维非连续，因此一列纤维排布方向容易不一致。同时短纤维可能卷曲，形状和位置的精度受影响。通常采用的制备方法是先成形出连续纤维增强的复合材料，然后通过“挖除法”挖掉纤维中不连续的部分。再用填料补充挖除地方的基体。该方法工序多，并且由于纤维横向间距较小（纤维密度较大时可达到几微米）。难以精确的挖除，出现“超挖”、“偏挖”。另外，在补料环节，填料很难正好覆盖挖后的槽洞，从而出现“多补”或“少补”现象。

本装置通过多孔芯板实现纤维在在正反两面交替穿插，实现了非连续长纤维在带张拉力作用下的铺设，从而解决了方向一致性、状精度差的问题。同时通过定位桩阵列和孔阵列的组合，有效控制非连续纤维的纵、横向间距，提高了位置精度。

发明内容

本发明为了解决非连续纤维定向增强复合材料制备成本高、精度差的问题而提供一种非连续纤维定向增强复合材料的制备装置及方法。

本发明的一种非连续纤维定向增强复合材料的制备装置，包括多孔芯板（1），曲面孔单元（2），卷面单元（3），弧形定位块（4），内层树脂薄板（5），定位薄纸（6），磁力压边框（7）、纤维层（8）、外树脂层薄板（9）。

进一步地，在多孔芯板（1）的方形孔中设置曲面孔单元（2）和卷面单元（3），磁力压边框（7）吸在多孔芯板（1）上表面，弧形定位块（4）夹持磁力压边框（7）的四个角，多孔薄纸（5）压在磁力压边框（7）和多孔芯板（1）之间。

进一步地，曲面孔单元（2）中弧面的曲率半径设置为由大变小连续变化，且2mm5mm。

进一步地，采用定位薄纸（6）的厚度是树脂薄板厚度的1/5-1/3。

进一步地，在卷面单元（3）中设置两行钢珠，使得卷面单元（3）的卷面部分能沿基块切向滚动。

本发明的一种非连续纤维定向增强复合材料的制备装置及方法，所述方法按以下步骤进行：

一、按照设计要求在多孔薄纸（6）上在纤维丝需要穿插的位置及穿插路径做好标记；

二、将多孔芯板（1）上完整孔位置处都填入曲面孔单元（2）；

三、将定位薄纸（6）和内层树脂薄板（5）叠放在多孔芯板（1）上表面，且定位薄纸（6）中孔的位置与多孔芯板（1）上曲面孔单元（2）的孔位置对中；

四、用磁力压边框（4）压住多孔薄纸（6）上表面，磁力压边框（4）的内表面与内层树脂薄板（5）、多孔薄纸（6）侧面接触；