CN210233630U - 一种红外加热碳纤维热塑性聚合物预浸装置 - Google Patents

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Shilun Ruan
阮诗伦
Xinyu Wang
王新宇
Xinzhe Wu
吴昕哲
Hualong Yang
杨华龙
Cun Li
李存
Wenzheng Ning
宁文正
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Abstract

本实用新型提出了一种红外加热碳纤维热塑性聚合物预浸装置，包括：炉体，炉体由上盖和下箱体组成，炉体内壁中还设有隔热夹层，在下箱体中部设有中长波红外辐射器，在下箱体的后部设有两个压辊模组，压辊模组由上辊和下辊组成，压辊模组通过两个立板固定在炉体内，在立板上部还设有丝杠装置，上辊的两端与丝杠装置连接，下辊的两端安装在立板的中部，在每个上辊的上方还安装有短波红外辐射器，在两个压辊模组之间还设有隔热板，隔热板的中部开有缝隙。其有益效果是：在下箱体后部设置两组压辊模组，增加了树脂的扩散，减少了因树脂冷却收缩导致的预浸带宽度缩减的问题，使得预浸带的浸润效果更好。

Description

一种红外加热碳纤维热塑性聚合物预浸装置
技术领域
本实用新型涉及一种碳纤维预浸带生产设备，特别是指一种红外加热碳纤维热塑性聚合物预浸装置。
背景技术
碳纤维增强复合材料可分为两大类，分别为热固性复合材料和热塑性复合材料。其中热固性碳纤维复合材料具有高比强度和比模量、可设计性好等优点，在航空、航天、汽车制造等领域应用广泛。但热固性碳纤复合材料成型周期长、韧性差、不可回收。而热塑性碳纤维复合材料，不仅具有优异的综合力学性能，同时还具备良好的成型性能和可回收性。因此作为热塑性碳纤维复合材料制品的半成品——热塑性碳纤维预浸带的制备具有重要的科学意义和应用价值。
在热塑性碳纤维预浸带生产过程中，常使用热压辊对预浸带进行碾压，以达到使熔融树脂在碳纤维丝束间充分扩散、渗透，并排出多余树脂，形成厚度均一，浸润良好，树脂含量一定的预浸带的目的。因此，对碳纤维及树脂加热并加压是制备热塑性碳纤维预浸带必不可少的环节。
目前，国内外可以批量供应连续性碳纤维增强热塑性预浸带的厂家，其生产工艺以热熔浸渍为主。热熔浸渍技术是将热塑性树脂加热熔融后来浸渍碳纤维的一种制备技术，碳纤维丝束通过熔融树脂胶槽后，再经过热压辊碾压，随后冷却定型，成为碳纤维预浸带。
常用的热压辊包括导热油加热辊、电加热辊、电磁加热辊等。
导热油加热辊加热原理是循环利用导热油，在热传导作用下使压辊表面升温至一定温度。导热油加热辊表面温度分布均匀，但一般只适用于200℃以下使用，并且导热油易泄露，存在环境污染和人员安全隐患；
电加热辊加热原理是通过辊体内部的电阻丝或电加热棒传热，使辊面升至一定温度。电加热升温速度快，且能升温至较高温度，但压辊表面温度受加热棒或电阻丝分布影响，均匀性较差，同时利用热传导传热，热利用效率较低；
电磁加热辊是目前加热辊的一种发展趋势，原理是利用交变高频高压电流通过线圈产生高速变化的交变磁场，使金属压辊内部产生交变电流，利用电流热效应加热压辊。电磁加热方式升温快，温度分布均匀，不存在环境污染等问题，但电磁加热辊结构复杂，设备成本和维护成本较高。
除热熔浸渍技术之外，粉末浸渍也是热塑性碳纤维预浸带生产常用技术之一。在粉末法生产中一般采用加热炉加热融化树脂，碳纤维丝束表面吸附有一定量热塑性树脂颗粒，然后进入加热炉加热，使树脂完全熔融，随即经过压辊碾压，使树脂扩散，并最终冷却定型，成为碳纤维预浸带。
常见的加热炉有电加热炉和红外辐射加热炉等。
电加热炉内部安装有电阻丝，利用电流的热效应使电阻丝发热，并经过热传导效应使炉体内部升温至设定温度。电加热炉结构简单，设备成本较低，但升温速度相对缓慢，能耗较高，热利用率低。
红外辐射加热炉利用炉体内的红外辐射加热器发射红外线加热被加热材料。当红外线波长范围与被加热材料吸收波长相对应时，被加热材料会吸收红外线，导致材料内部分子和原子共振，产生强烈的振动和旋转，从而使被加热材料温度快速升高。红外线加热升温速率快，可实现被加热材料内外同时加热，同时由于不需要传热介质，热利用率极高。红外辐射加热炉设备成本较高，电损耗较大。
热压辊结构简单，热压效果良好，但在高黏度树脂浸渍碳纤维时采用热压辊会存在诸多问题。一方面，高黏度树脂熔体通过压辊时会产生较大的剪切力，极易对纤维造成损伤；另一方面，熔体黏度较大时，热压辊碾压作用难以使树脂渗透进碳纤维丝束内部，无法得到浸润效果良好的预浸带。
加热炉加热方式可以均匀的对树脂进行加热，但对于加工温度区间较窄的热塑性材料，例如尼龙，离开加热炉区后树脂会快速冷却固化，导致压辊碾压效果较差，无法得到厚度均一、浸润良好的碳纤维预浸带。
实用新型内容
本实用新型为解决现有技术中存在的问题，提出一种红外加热碳纤维热塑性聚合物预浸装置。
本实用新型的技术方案是这样实现的：一种红外加热碳纤维热塑性聚合物预浸装置，其组成包括：炉体，所述炉体由上盖和下箱体组成，所述炉体内壁中还设有隔热夹层，在所述下箱体中部设有中长波红外辐射器，在所述下箱体的后部设有两个压辊模组，所述压辊模组由上辊和下辊组成，所述压辊模组通过两个立板固定在所述炉体内，在所述立板上部还设有丝杠装置，所述上辊的两端与所述丝杠装置连接，所述下辊的两端安装在所述立板的中部，在每个所述上辊的上方还安装有短波红外辐射器，在两个所述压辊模组之间还设有隔热板，所述隔热板的中部开有缝隙。
所述丝杠装置包括丝杠、转盘、移动板，在所述立板的上部设有开槽，所述移动板安装在所述开槽内，所述丝杠下部与所述移动板连接，所述上辊的两端安装在所述移动板的中部。
所述中长波红外辐射器通过支杆安装在所述下箱体上，所述短波红外辐射器的两端固定在所述上盖内。
本实用新型的有益效果是：本装置设置两组红外辐射器，其具有加热效率高、温度高的特点，还可以根据树脂的不同调整其功率和与树脂的距离；在下箱体后部设置两组压辊模组，增加了树脂的扩散，减少了因树脂冷却收缩导致的预浸带宽度缩减的问题，使得预浸带的浸润效果更好。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本实用新型的结构示意图；
图2为本实用新型的原理图。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
如图1~图2所示一种红外加热碳纤维热塑性聚合物预浸装置，其组成包括：炉体1，炉体1由上盖3和下箱体2组成，上盖3可以打开，方便更换炉体1内的中长波红外辐射器10和短波红外辐射器9，炉体1内壁中还设有隔热夹层16，防止炉体1外表面温度过高，中长波红外辐射器10通过支杆11安装在下箱体2上，也可以将支杆11更换为可调节高度的液压杆，以应对不用的树脂加热要求，中长波红外辐射器10用于对下箱体2上的树脂颗粒进行加热，其产生的加热温度要高于树脂的熔点，以便于树脂快速熔融，而且其功率可以调节；
下箱体2后部的短波红外辐射器9位于两个压辊模组17的正上方，短波红外辐射器9的两端固定在上盖3两个侧壁之间，当上盖3盖在下箱体2上时，短波红外辐射器9位于压辊模组17的正上方，用于对压辊模组17进行加热并维持该区域的温度，其产生的加热温度位于树脂的玻璃化温度和熔点之间，使得树脂在该温度下仍然具有流动性，便于压辊碾压。
中长波红外辐射器10也可以与短波红外辐射器9一样固定在上盖3内，在上盖3与下箱体2合并时，中长波红外辐射器10位于下箱体的上方。
在下箱体2的后部设有两个压辊模组17，压辊模组17由上辊12和下辊13组成，每个压辊模组17都是通过两个竖直的立板4固定，在立板4上部还设有丝杠装置，丝杠装置包括丝杠7、转盘8、移动板5，在立板4的上部设有开槽，移动板5安装在开槽6内，丝杠7下部与移动板5连接，上辊12的两端的轴承安装在移动板5的中部，下辊13的两端通过轴承安装在立板4的中部，可以通过转盘8带动丝杠7转动，使得移动板5在开槽6内上下移动，来调整上辊12和下辊13之间的距离，在两个压辊模组17之间还设有隔热板15，隔热板15的中部开有缝隙。
第一压辊模组17的作用是使树脂溶体向纤维束不扩散、渗透，并排除多余的树脂，第二压辊模组17的作用是进步增加树脂的扩散，减少因树脂冷却收缩导致的预浸带宽度缩减。
两组压辊模组17均采用耐高温的钢材制成，以减少压辊在高温条件下的变形，保证碳纤维浸带14厚度的均匀性；其表面镀铬，可以保证压辊表面硬度并提升表面光洁度。
丝杠7装置中的丝杠7也可以采用电缸驱动或者两者结合的控制方式，当生产厚度在0.1mm以上的碳纤维浸带14时采用手动调节丝杠7的方式，当生产厚度在0.1mm以下的碳纤维浸带14时采用电缸驱动来调节丝杠7的方式。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种红外加热碳纤维热塑性聚合物预浸装置，其组成包括：炉体，所述炉体由上盖和下箱体组成，其特征在于：所述炉体内壁中还设有隔热夹层，在所述下箱体中部设有中长波红外辐射器，在所述下箱体的后部设有两个压辊模组，所述压辊模组由上辊和下辊组成，所述压辊模组通过两个立板固定在所述炉体内，在所述立板上部还设有丝杠装置，所述上辊的两端与所述丝杠装置连接，所述下辊的两端安装在所述立板的中部，在每个所述上辊的上方还安装有短波红外辐射器，在两个所述压辊模组之间还设有隔热板，所述隔热板的中部开有缝隙。
2.根据权利要求1所述的红外加热碳纤维热塑性聚合物预浸装置，其特征在于：所述丝杠装置包括丝杠、转盘、移动板，在所述立板的上部设有开槽，所述移动板安装在所述开槽内，所述丝杠下部与所述移动板连接，所述上辊的两端安装在所述移动板的中部。
3.根据权利要求1所述的红外加热碳纤维热塑性聚合物预浸装置，其特征在于：所述中长波红外辐射器通过支杆安装在所述下箱体上，所述短波红外辐射器的两端固定在所述上盖内。
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