CN109927313A - 一种碳纤维预浸料生产设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了碳纤维预浸料的制造工艺流程，可一步法生产含多轴向碳纤维的预浸料。目前全球通用无捻碳纤维预浸料为90°，在制成复合制品前需要根据产品性能需求设计铺层角度，铺层数量以及铺层厚度，进行复杂的人工铺层过程，这极易导致碳纤维角度分布的准确性的不稳定，直接导致最终制品性能不稳定，良品率不足。人工铺层也限制了生产效率以及增加了生产成本。本发明所公开的多轴向机械铺层一体成型方式彻底改变了这一现状，可以根据需求定制已包含铺层结构的无捻碳纤维增强的预浸料。
Description
技术领域
本发明属于纤维增强高分子材料加工技术领域，特别是碳纤维预浸料的生产设备。
背景技术
碳纤维属于高性能纤维材料，它的优异性能已经得到广泛的认可。它的密度比铝低，比强度较钢材高。通常情况下，在复合材料中使用的碳纤维的抗拉强度都是3.5GPa以上，拉伸模量也在20GPa以上。除了力学强度上的显著优势，其耐疲劳性，热膨胀系数低，耐腐蚀等性能也使得碳纤维在越来越多的应用中出现。
碳纤维复合材料的加工方法也是多种多样，将其制成碳纤维预浸料再进行后续的热压成型是目前主流工艺之一，成熟度与市场接受度也较高。然而目前全球通用无捻碳纤维预浸料为单向预浸料，即为90度方向的预浸料。由于最终的制品通常需要在多个方向上达到力学需求，因此在制成复合制品前需要根据产品性能需求设计铺层角度，铺层数量以及铺层厚度，进行复杂的人工铺层过程，这极易导致碳纤维角度分布的准确性的不稳定，直接导致最终制品性能不稳定，良品率不足。人工铺层也限制了生产效率以及增加了生产成本。本发明所公开的多轴向机械铺层一体成型方式彻底改变了这一现状，可以根据需求定制已包含铺层结构的无捻碳纤维增强的预浸料。
发明内容
现以±45o双轴向碳纤维预浸料的制作方式作举例说明。该双轴向碳纤维预浸料的设备包括1-1锭子房、1-2上浆槽、1-3烘箱、1-4压块装置、1-5切割装置、1-6机械牵引设备、2-1锭子房、2-2上浆槽、2-3烘箱、2-4压块装置、2-5切割装置、2-6机械牵引设备、3履带式压块装置、4下离型纸导开装置、5粘合剂打印设备、6粘合剂打印设备、7上离型纸导开装置、8辅助压胶与上离型纸收取装置、9表面保护膜导开装置、10预浸料收卷装置。碳纤维从锭子房1-1中进入上浆槽1-2进行表面处理，接着进入烘箱1-3烘干，随后通过压块装置1-4。
当碳纤维被机械牵引装置1-6由1-4牵引至1-6位置时，压块1-4下压，另外履带式压块装置3上的对应宽度的两块压块下压，接着切割装置1-5中的刀片下降将碳纤维切断，刀片上升，履带随即向前运动一个展幅宽度的距离，机械牵引设备1-6移动至压块1-4处咬合住被切割的碳纤维断点，再重复以上过程。
当单向纤维铺层与下离型纸通过粘合剂打印设备5时，会进行自动的多点打胶，以将碳纤维铺层固定在下离型纸表面。
当单向纤维铺层与下离型纸到达a点时，对应的履带式压块松开上升至最高点，当到达b点时，对应压块下降并切换压块，以适应下一铺层方向，当到达c点时已完成切换工序。
第二层铺层与第一层铺层的原理相同。已完成的铺层由上离型纸7附着，再通过辅助压胶装置8进行压胶浸润，并将上离型纸收卷，再通过表面保护膜9导开装置进行上表面保护膜贴合，最后进入收卷装置10收卷。
以上的生产流程中可以追加一组或多组铺层单元，铺层单元包括锭子房、上浆槽、烘箱、压块装置、切割装置、机械牵引设备以及在主铺层轨道（0度方向）上的粘合剂打印设备。
附图简要说明
图1是双（多）轴向预浸料生产流程示意图。
Claims (17)
1.权利要求1:一种碳纤维预浸料生产设备，其特征在于：由可调角度的多组碳纤维纱架、角度调节仪、牵引展纱装置、碳纤切割装置、粘合剂打印装置、涂胶装置、上离型纸导开装置、下离型纸导开装置、卷曲导开装置、收卷装置。
2.根据权利要求1所述的一种碳纤维预浸料生产设备，其特征在于：多组碳纤维纱架置于温湿度可控的纱房内。
3.根据权利要求1所述的一种碳纤维预浸料生产设备，其特征在于：所使用的碳纤维丝束是1K到60K。
4.根据权利要求1所述的一种碳纤维预浸料生产设备，其特征在于：所使用的碳纤维丝束更优选是1K到12K。
5.根据权利要求1所述的一种碳纤维预浸料生产设备，其特征在于：可放置的碳纤维纱架数在1到6组。
6.根据权利要求1所述的一种碳纤维预浸料生产设备，其特征在于：可放置的碳纤维纱架数更优选为在1到4组。
7.根据权利要求1所述的一种碳纤维预浸料生产设备，其特征在于：不同铺层间进入主轨道的间距大于0.5米。
8.根据权利要求1所述的一种碳纤维预浸料生产设备，其特征在于：铺层间进入主轨道的间距优选大于1米。
9.根据权利要求1所述的一种碳纤维预浸料生产设备，其特征在于：2D打印装置所使用的热塑型材料可以是聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚甲醛，聚碳酸酯，聚酰胺、丙烯酸类塑料、其它聚烯烃及其共聚物、聚砜、聚苯醚等。
10.根据权利要求1所述的一种碳纤维预浸料生产设备，其特征在于：2D打印装置所使用的热塑型材料可以是热塑性材料与增强材料的共混物，增强短纤维可以是碳纤维，玻璃纤维，玻璃毛纱，玄武岩纤维，UHMWPE等。
11.根据权利要求1所述的一种碳纤维预浸料生产设备，其特征在于：涂胶所使用的树脂可以是环氧类树脂，不饱和树脂，乙烯基树脂，聚氨酯树脂以及以上树脂的改性树脂。
12.根据权利要求2:所生产的预浸料，其特征在于：面密度可以是20g/m2至400g/m2。
13.权利要求:2所述的所生产的预浸料，其特征在于：树脂重量含量可以是30%至70%。
14.根据权利要求2所述的所生产的预浸料，其特征在于：纤维重量含量可以是70%至30%：
根据权利要求2所述的所生产的预浸料，其特征在于：其中0度方向的纤维含量可以是0至100%。
15.根据权利要求2所述的所生产的预浸料，其特征在于：其中大于30度方向的纤维含量可以是0至100%。
16.根据权利要求2所述的所生产的预浸料，其特征在于：其中大于45度方向的纤维含量可以是0至100%。
17.根据权利要求2所述的所生产的预浸料，其特征在于：其中大于60度方向的纤维含量可以是0至100%。
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Citations (5)
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