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[發明專利]一種纖維增強熱塑性復合材料短流程制造方法及制造系統有效

專利信息
申請號: 201810339909.8 申請日: 2018-04-16
公開(公告)號: CN108481609B 公開(公告)日: 2020-12-11
發明(設計)人: 吳海宏;郭子月;朱登潔;仝立勇;黃明;石憲章;劉春太 申請(專利權)人: 河南工業大學;中山大學;鄭州大學
主分類號: B29B15/12 分類號: B29B15/12;C08J5/06
代理公司: 北京衛智暢科專利代理事務所(普通合伙) 11557 代理人: 唐維鐵
地址: 450001 河*** 國省代碼: 河南;41
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摘要:
搜索關鍵詞: 一種 纖維 增強 塑性 復合材料 流程 制造 方法 系統
【權利要求書】:

1.一種纖維增強熱塑性復合材料短流程制造方法,其特征在于,該制造方法包括步驟:

S1、用氣體流離散化處理纖維束,得到離散纖維束,其中,氣體流的壓力設置為0.3~0.5MPa,流速設置為2~3升/分鐘,含水量低于0.05ppm,雜質含量低于0.03ppm;

S2、用寬展輥超薄化處理S1所得的離散纖維束,得到寬展纖維帶,其中,所 述寬展輥設置為凸輥、凹輥和/或平輥;

S3、對S2所得寬展纖維帶進行在線浸潤涂層處理,得到涂層寬展纖維帶;其中,纖維體積含量設定在40~50%之間,纖維帶厚度設置在0.04mm以下,纖維帶寬度設置為300mm;

S4、將S3所得涂層寬展纖維帶與熱塑性樹脂基體復合,采用陣列打印法或粉末法復合,得到復合材料;

其中,所述步驟S2中寬展輥為多個,且設置為多邊形組合,寬展寬度W2用下式估算:

其中,A為纖維束橫截面積、Li為第i個寬展輥與第i-1個寬展輥之間的距離,n為寬展輥的數量,i為1~n之間的整數,λ可以用下式計算:

其中,βi為第i寬展輥與第i-1寬展輥軸心連線與對稱面之間的夾角。

2.根據權利要求1所述的纖維增強熱塑性復合材料短流程制造方法,其特征在于,所述步驟S2中寬展輥為多個,且設置為非均布高低排列組合,寬展寬度W3用下式計算:

其中:A為纖維束橫截面積,Li為第i個寬展輥與第i-1個寬展輥之間的距離,αi為第i個寬展輥與第i-1個寬展輥軸心連線與對稱面之間的夾角,r為寬展輥的半徑,n為寬展輥的數量,i為1~n之間的整數。

3.根據權利要求1所述的纖維增強熱塑性復合材料短流程制造方法,其特征在于,所述步驟S3中使用偶聯劑溶液、碳納米管溶液、石墨烯溶液、聚氨酯溶液進行在線表面涂層處理。

4.根據權利要求1所述的纖維增強熱塑性復合材料短流程制造方法,其特征在于,所述步驟S4之前還包括步驟:

S40、將得到的涂層寬展纖維帶烘干。

5.根據權利要求3所述的纖維增強熱塑性復合材料短流程制造方法,其特征在于,所述表面涂層處理的溫度設置為60~80℃,烘干溫度設置為120~150℃,收卷速度設置為10~20m/min。

6.根據權利要求1所述的纖維增強熱塑性復合材料短流程制造方法,其特征在于,所述陣列打印法具體為,利用多根熱塑性樹脂打印線材,經過一組噴頭同時打印,將打印樹脂按設定陣列形式打印到涂層寬展纖維帶上。

7.根據權利要求1所述的纖維增強熱塑性復合材料短流程制造方法,其特征在于,所述粉末法具體采用特種工程塑料PEEK、PEKK、PPS、PA6T、PA10T。

8.根據權利要求1所述的纖維增強熱塑性復合材料短流程制造方法,其特征在于,所述制造方法還包括步驟:

S5、對S4所得復合材料進行損傷在線測試。

9.一種用于權利要求1所述的纖維增強熱塑性復合材料短流程制造方法的纖維增強熱塑性復合材料制造系統,其特征在于,該系統包括:

纖維離散組件,用于將纖維離散化處理;所述纖維離散組件包括氣流離散組件和機械離散組件,所述氣流離散組件包括除靜電離子風機,所述機械離散組件為凸輥、凹輥和平輥的組合;

浸潤組件,用于將寬展纖維帶進行在線浸潤;所述浸潤組件包括:

蠕動泵,用于向寬展纖維帶在線噴灑浸潤溶液;

牽引輥,用于牽引并烘干寬展纖維帶;

復合組件,用于將涂層寬展纖維帶進行復合;所述復合組件包括:

樹脂成型組件,用于在涂層寬展纖維帶上形成樹脂層;

熔融組件,用于將樹脂層融化,并與涂層寬展纖維帶復合;

輥壓組件,用于將復合材料平展成型。

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