CN213441248U - 一种高性能热塑碳纤维预浸带装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种高性能热塑碳纤维预浸带装置，包括放丝纱架，所述放丝纱架一侧设置有分丝梳，且分丝梳上方设置有排布辊，所述排布辊一侧设置有展纱单元一。该高性能热塑碳纤维预浸带装置，此高性能热塑碳纤维单向预浸料生产设备，高性能热塑碳纤维单向预浸料做的产品，可适应比较高的使用环境温度和结构强度，使用温度范围在300℃‑350℃，远高于目前主流的普通环氧预浸料使用温度，树脂含量范围广，在35％‑60％之间，均匀可调，作为一种拥有高强度、高模量、密度低、耐腐蚀、易加工等特性的新型结构材料，特别是连续碳纤维增强高性能热塑性复合材料，在航空、航天、汽车、轨道交通、石油天然气等领域显示出其良好的应用前景。

Description

一种高性能热塑碳纤维预浸带装置

技术领域

本实用新型涉单向预浸料生产成型技术领域，具体为一种高性能热塑碳纤维预浸带装置。

背景技术

高性能碳纤维单向预浸料主要采用高粘度高温度高稳定性的热塑性树脂可采用PEEK，PAEK，PEKK等，生产工艺，以及玻璃化温度在在300℃-400℃，的称为高性能热塑预浸料，PEEK和PAEK等单向预浸料的增强材料采用连续碳纤维广泛应用在航空航天等特种需求的领域以PEEK，PAEK，PEKK为基础树脂的热塑预浸料具有非常好的阻燃性、耐高温性、耐冲击性、低吸水性、高机械性能、耐腐蚀性、导电性、耐摩擦性，可重复利用等优异的性能，具有非常广阔的应用前景。

现有的可生产连续纤维的高性能热塑单向预浸料设备，对最终的产品的孔隙率控制没有，高性能热塑性树脂的流动性极差，生产单向预浸料时树脂浸润连续纤维非常困难并且生产线设计温度最高达到400℃，机械设备因为热变形、金属在高温下的力学性能变化等原因，很难将足够的树脂充分的浸润到碳纤维的单丝内部，从而使单向预浸带有透光，孔隙分布广，孔隙率大的生产问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种高性能热塑碳纤维预浸带装置，以解决上述背景技术中提出的现有的可生产连续纤维的高性能热塑单向预浸料设备，对最终的产品的孔隙率控制没有，高性能热塑性树脂的流动性极差，生产单向预浸料时树脂浸润连续纤维非常困难并且生产线设计温度最高达到 400℃，机械设备因为热变形、金属在高温下的力学性能变化等原因，很难将足够的树脂充分的浸润到碳纤维的单丝内部，从而使单向预浸带有透光，孔隙分布广，孔隙率大的生产问题。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种高性能热塑碳纤维预浸带装置，包括放丝纱架，所述放丝纱架一侧设置有分丝梳，且分丝梳上方设置有排布辊，所述排布辊一侧设置有展纱单元一，且展纱单元一一侧安装有上浆去除单元，并上浆去除单元一侧一体安装有展纱单元二，所述展纱单元二末端设置有浸胶槽，且浸胶槽上方一体安装有刮胶装置，并且刮胶装置一侧设置有烘干炉，所述烘干炉一侧固定连接有模具预熔炉，且模具预熔炉一侧设置有拉挤模具，并且拉挤模具一端固定连接有牵引辊，所述牵引辊下方设置有张力测量单元，且张力测量单元末端安装有收卷单元。

优选的，所述张力测量单元包括第一连接轴、驱动轮、齿条、限位槽、限位轴、第二连接轴、第一固定轮、第二固定轮、连接齿和转盘，所述张力测量单元内壁固定连接有第一连接轴，且第一连接轴外部设置有驱动轮，并且驱动轮的一端固定连接有齿条，所述齿条的一侧设置有限位槽，且限位槽内部滑动连接有限位轴，所述限位槽一侧啮合连接有连接齿轮，且连接齿轮内部固定连接有第二连接轴，并且第二连接轴顶端固定连接有转盘，所述驱动轮两侧分别设置有第一固定轮和第二固定轮，所述张力测量单元外部固定连接有定位杆。

优选的，所述齿条和限位槽为焊接连接，且齿条一侧等间分布有啮齿。

优选的，所述限位槽为中空结构，且限位槽内壁为光滑表面。

优选的，所述限位轴两侧和张力测量单元内壁固定连接，且限位轴宽度和限位轴内部洞孔宽度相等。

优选的，所述第一固定轮宽度和张力测量单元内部宽度相等，且第一固定轮和第二固定轮位于同一水平高度。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：该高性能热塑碳纤维预浸带装置，

1、此高性能热塑碳纤维单向预浸料生产设备，高性能热塑碳纤维单向预浸料做的产品，可适应比较高的使用环境温度和结构强度，使用温度范围在 300℃-350℃，远高于目前主流的普通环氧预浸料使用温度，树脂含量范围广，在35％-60％之间，均匀可调，作为一种拥有高强度、高模量、密度低、耐腐蚀、易加工等特性的新型结构材料，特别是连续碳纤维增强高性能热塑性复合材料，在航空、航天、汽车、轨道交通、石油天然气等领域显示出其良好的应用前景；

2、孔隙率的减少，大大的降低了生产过程中的次品率和应用工程中的不安全，作为塑料制品的一种延展性生产工艺，后续的加工工艺可以模仿塑料的成型，成型时间在3min-30min之间，因为热塑性树脂没有交联固化的反应过程，所以成型过程主要是升温、加压、降温，能够进行快速地大批量工业化生产，热塑性树脂加热后可以重新成型，比热塑性树脂更加环保，回收方便，无需进行降解，连续纤维增强的热塑性复合材料回收后仅需打碎即可作为短纤增强复合材料进行再次利用，存储周期长，无需特殊手段即可长期储存，孔隙率的减少，能够将吸水量低，提高耐湿热性能，同时极好的抗溶剂性能和抗化学性能，增加抗蠕变和抗疲劳性能。

附图说明

图1为本实用新型工艺流程图示意图；

图2为本实用新型张力测量单元侧视剖面结构示意图；

图3为本实用新型张力测量单元正视剖面结构示意图；

图4为本实用新型张力测量单元俯视剖面结构示意图。

图中：1、放丝纱架；2、分丝梳；3、排布辊；4、展纱单元一；5、上浆去除单元；6、展纱单元二；7、浸胶槽；8、刮胶装置；9、烘干炉；10、模具预熔炉；11、拉挤模具；12、牵引辊；13、张力测量单元；14、收卷单元； 15、第一连接轴；16、驱动轮；17、齿条；18、限位槽；19、限位轴；20、第二连接轴；21、第一固定轮；22、第二固定轮；23、连接齿轮；24、转盘； 25、定位杆。

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做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。

请参阅图1-4，本实用新型提供一种技术方案：一种高性能热塑碳纤维预浸带装置，包括放丝纱架1，放丝纱架1采用高精度的气动张力控制器，有利于提高整体单向材料的张力精度，放丝纱架1一侧设置有分丝梳2，且分丝梳 2上方设置有排布辊3，排布辊3一侧设置有展纱单元一4，且展纱单元一4 一侧安装有上浆去除单元5，并上浆去除单元5一侧一体安装有展纱单元二6，展纱单元二6末端设置有浸胶槽7，且浸胶槽7上方一体安装有刮胶装置8，并且刮胶装置8一侧设置有烘干炉9，烘干炉9一侧固定连接有模具预熔炉 10，且模具预熔炉10一侧设置有拉挤模具11，并且拉挤模具11一端固定连接有牵引辊12，牵引辊12下方设置有张力测量单元13，且张力测量单元13 末端安装有收卷单元14。

张力测量单元13包括第一连接轴15、驱动轮16、齿条17、限位槽18、限位轴19、第二连接轴20、第一固定轮21、第二固定轮22、连接齿轮23和转盘24，张力测量单元13内壁固定连接有第一连接轴15，且第一连接轴15 外部设置有驱动轮16，并且驱动轮16的一端固定连接有齿条17，齿条17的一侧设置有限位槽18，且限位槽18内部滑动连接有限位轴19，限位槽18一侧啮合连接有连接齿轮23，且连接齿轮23内部固定连接有第二连接轴20，并且第二连接轴20顶端固定连接有转盘24，驱动轮16两侧分别设置有第一固定轮21和第二固定轮22，张力测量单元13外部固定连接有定位杆25，有利于使浸料生产线末端仍然保持张力。

齿条17和限位槽18为焊接连接，且齿条17一侧等间分布有啮齿，限位槽18为中空结构，且限位槽18内壁为光滑表面，有利于使连接齿轮23转动的同时能够带动齿条17上升和下降。

限位轴19两侧和张力测量单元13内壁固定连接，且限位轴19宽度和限位轴19内部洞孔宽度相等，有利于使限位轴19能够对限位槽18移动方向进行限位。

第一固定轮21宽度和张力测量单元13内部宽度相等，且第一固定轮21 和第二固定轮22位于同一水平高度，从而有利于使驱动轮16在第一固定轮 21和第二固定轮22之间进行上升和下降的同时调整张力。

工作原理：根据图1-4，首先，锭装纤维装在放丝纱架1上，放纱出来经过分丝梳2后，纤维平行排布，达到要求幅宽，通过展丝装置动进入上浆去除单元5，展纱单元一4展纱可采用多种形式展纱，展纱形式包括多辊牵伸展纱、W型展纱和M型展纱，在展纱单元一4的作用下，纤维能够均匀展开成为无缝隙、均匀分布的单向布，进入已经升温状态下的上浆去除单元5，经过一段时间的停留，将多余的上浆剂烧除，为填充树脂和赶气泡做准备，从上浆去除单元5处出来后，进入展纱单元二6，再次将纤维进行扩展，扩展主要采用W型排布方式，随后均匀的进入到浸胶槽7中，浸胶槽7为一套闭环循环的悬浮液稳定***，将液体保持一定的浓度和一定的停留时间，将泥浆内的树脂颗粒均匀的送到碳纤维内部，通过刮胶装置8的刮胶作用，顺利的进入到烘箱，此过程中能够做得到深度浸润，粉末在纤维之间均匀分布，将部分孔隙填满，有利于初步的孔隙减少，整个烘箱部分分为烘干炉9和模具预熔炉10两个工艺温度场，烘干炉9的主要目的是将纤维内部的水分完全烘干，并将炉子保持一定的湿度，防止停留在碳纤维内部的热塑材料脱落，模具预熔炉10的烘箱主要是将高性能树脂进行预熔化，达到固态和液态的相互存在，为充分浸润做好温度和流动性的准备，同时会再次减少孔隙的产生，随后经过拉挤模具11装置，通过加压和厚度的设定，将熔化状态的热塑树脂在外力的作用下，流动到碳纤维的内部。此处是需要加温的，模具的选材十分关键表面处理和温度场的分析都对最终产品起到关键作用。经过这个工艺段后，高性能热塑碳纤维单向预浸料正式成型，从而压缩气泡，将多余的真空空气赶出去，达到减少孔隙率的要求，预浸料通过牵引辊12，将产品送到收卷单元14，最终成为一成卷的产品，收卷过程通过张力测量单元13内部时，高性能热塑碳纤维通过第一固定轮21和第二固定轮22表面时，通过转动转盘24，转盘24会通过第二连接轴20带动连接齿轮23进行旋转，连接齿轮23进行旋转的同时会通过和齿条17的啮合，进而能够带动齿条17进行向下移动，通过限位轴19在限位槽18内部滑动，从而能够使齿条17上下移动方向进行固定，齿条17通过第一连接轴15带动驱动轮16进行上升和下降，进而能够调节高性能热塑碳纤维的张力，通过定位杆25对转盘24固定，从而固定张力，进而完成完美的收卷效果以上便是整个装置的工作过程，且本说明书中未作详细描述的内容均属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (6)

1.一种高性能热塑碳纤维预浸带装置，包括放丝纱架(1)，其特征在于：所述放丝纱架(1)一侧设置有分丝梳(2)，且分丝梳(2)上方设置有排布辊(3)，所述排布辊(3)一侧设置有展纱单元一(4)，且展纱单元一(4)一侧安装有上浆去除单元(5)，并上浆去除单元(5)一侧一体安装有展纱单元二(6)，所述展纱单元二(6)末端设置有浸胶槽(7)，且浸胶槽(7)上方一体安装有刮胶装置(8)，并且刮胶装置(8)一侧设置有烘干炉(9)，所述烘干炉(9)一侧固定连接有模具预熔炉(10)，且模具预熔炉(10)一侧设置有拉挤模具(11)，并且拉挤模具(11)一端固定连接有牵引辊(12)，所述牵引辊(12)下方设置有张力测量单元(13)，且张力测量单元(13)末端安装有收卷单元(14)。

2.根据权利要求1所述的一种高性能热塑碳纤维预浸带装置，其特征在于：所述张力测量单元(13)包括第一连接轴(15)、驱动轮(16)、齿条(17)、限位槽(18)、限位轴(19)、第二连接轴(20)、第一固定轮(21)、第二固定轮(22)、连接齿轮(23)和转盘(24)，所述张力测量单元(13)内壁固定连接有第一连接轴(15)，且第一连接轴(15)外部设置有驱动轮(16)，并且驱动轮(16)的一端固定连接有齿条(17)，所述齿条(17)的一侧设置有限位槽(18)，且限位槽(18)内部滑动连接有限位轴(19)，所述限位槽(18)一侧啮合连接有连接齿轮(23)，且连接齿轮(23)内部固定连接有第二连接轴(20)，并且第二连接轴(20)顶端固定连接有转盘(24)，所述驱动轮(16)两侧分别设置有第一固定轮(21)和第二固定轮(22)，所述张力测量单元(13)外部固定连接有定位杆(25)。

3.根据权利要求2所述的一种高性能热塑碳纤维预浸带装置，其特征在于：所述齿条(17)和限位槽(18)为焊接连接，且齿条(17)一侧等间分布有啮齿。

4.根据权利要求2所述的一种高性能热塑碳纤维预浸带装置，其特征在于：所述限位槽(18)为中空结构，且限位槽(18)内壁为光滑表面。

5.根据权利要求2所述的一种高性能热塑碳纤维预浸带装置，其特征在于：所述限位轴(19)两侧和张力测量单元(13)内壁固定连接，且限位轴(19)宽度和限位轴(19)内部洞孔宽度相等。

6.根据权利要求2所述的一种高性能热塑碳纤维预浸带装置，其特征在于：所述第一固定轮(21)宽度和张力测量单元(13)内部宽度相等，且第一固定轮(21)和第二固定轮(22)位于同一水平高度。

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