连续纤维增强热塑性复合材料芯层结构及其制造装置的制作方法

1.本实用新型属于芯层结构制造技术领域，尤其是一种连续纤维增强热塑性复合材料芯层结构及其制造装置。


背景技术：

2.在夹层结构复合材料中使用低密度夹芯结构材料可增加层合板的厚度，同时可以大幅度提高层合板的刚度，因此，该类型结构复合材料被广泛应用于航空航天、船舶制造和军工等领域。目前，夹芯结构材料的类型主要硬质泡沫、蜂窝、轻木和瓦楞结构；虽然上述夹芯结构材料作为夹芯材质已在不同领域得到应用，但因其自身结构的缺点，使得其应用领域的扩展受到限制。
3.国家实用新型专利cn202368005u中，制备了一种夹芯结构，其结构形式为：采用聚丙烯或聚氨酯泡沫材料作为夹芯结构的第一基层、轻木材质不耐潮湿。国家实用新型专利cn105172280b中，制备了一种蜂窝夹芯板复合材料，从上之下依次为上蒙皮、上表面胶、蜂窝夹芯、下表面胶和下蒙皮，蜂窝芯层和面板的胶结性能较弱且需要防水处理。国家实用新型专利cn205150216u，制备了一种小型无人机的泡沫夹芯机翼，该泡沫结构为上蒙皮、上表面胶、泡沫夹芯层、下表面胶和下蒙皮，该结构的缺陷在于泡沫夹芯结构的力学性能差，且蒙皮和泡沫的结合力较差，此外，泡沫随型性差，加工繁琐。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的在于提供一种连续纤维增强热塑性复合材料芯层结构及其制造装置，该芯层结构除了兼具上述常规芯层结构的优点外，引入了增强纤维，具有较高的刚度等力学性能。还提供了该芯层的制造装置，能够连续、高效地制备梯形波形的芯层结构。
5.本实用新型的目的是这样实现的：连续纤维增强热塑性复合材料芯层结构制造装置，包括依次设置的纱架、纤维预紧装置、展纱装置、浸渍模具以及定型装置，所述定型装置包括一组热压定型辊和一组冷压定型辊，所述热压定型辊和冷压定型辊的外壁均设置有均匀的定型齿，所述定型齿的长度方向为热压定型辊和冷压定型辊的轴向，且定型齿的断面呈梯形。
6.进一步地，所述展纱装置与浸渍模具之间设置有纤维定宽辊。
7.进一步地，所述浸渍模具连接有挤出机。
8.进一步地，所述纤维预紧装置与展纱装置之间设置有预热装置。
9.进一步地，所述预热装置为红外预热装置。
10.进一步地，还包括传输装置和切割装置，所述定型装置、传输装置和切割装置依次设置。
11.进一步地，所述传输装置包括多根水平的传送轴。
12.连续纤维增强热塑性复合材料芯层结构，包括纤维和树脂基体，所述树脂基体包覆所述纤维，且芯层结构呈连续的梯形波形。
13.进一步地，所述纤维为碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维和玄武岩纤维中的一种或者几种的混合。
14.进一步地，所述树脂基体为pp、pe、pa、pps和peek塑料中的一种。
15.本实用新型的有益效果是：本实用新型的芯层结构在树脂基体中引入了纤维材料，增强了刚度等力学性能，且将芯层材料设置为梯形波形，提高了抗压和抗弯性能。此外，本实用新型的芯层结构比较柔软，具有较强的随型性，可以实现和物体表面的紧密贴合，并且加工便捷。
16.本实用新型的制备装置通过对纤维原料进行展纤、浸渍、热压定型和冷压定型，并且在热压定型辊和冷压定型辊上设置梯形的定型齿，实现了连续制备波浪形的芯层结构，效率高。
附图说明
17.图1是本实用新型连续纤维增强热塑性复合材料芯层结构的整体示意图；
18.图2是本实用新型连续纤维增强热塑性复合材料芯层结构的断面示意图；
19.图3是本实用新型制备装置的示意图；
20.图4是热压定型辊和冷压定型辊的示意图；
21.图5是浸渍模具的俯视示意图；
22.附图标记：1—纱架；2—纤维预紧装置；3—预热装置；4—展纱装置；5—纤维定宽辊；6—浸渍模具；7—热压定型辊；8—冷压定型辊；9—芯层结构；10—传输装置；11—切割装置；20—定型齿；30—挤出机；100—纤维；200—树脂基体；
具体实施方式
23.下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。
24.如图1和图2所示，本实用新型的连续纤维增强热塑性复合材料芯层结构，包括纤维100和树脂基体200，所述树脂基体200包覆所述纤维100，且芯层结构呈连续的梯形波形。
25.所述纤维100为碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维和玄武岩纤维中的一种或者几种的混合。所述树脂基体200为pp、pe、pa、pps和peek塑料中的一种，即树脂基体200可采用聚丙烯、聚乙烯、尼龙、聚苯硫醚和聚醚醚酮等。
26.本实用新型将芯层材料设计为梯形波形，较传统的芯层材料(轻木、蜂窝和泡沫等)具有较高的刚度等力学性能，此外，通过设置增强纤维，提高了其抗压和抗弯性能。另外，本实用新型的产品柔软具有较强随型性，可以实现和物体表面的紧密贴合，并且加工便捷，且较传统的夹层结构更加轻质，其比强度和比刚度更大。通过“热-冷”定型辊的作用，将芯层结构材料的内应力均匀释放。增强可为碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维和者玄武岩纤维中的一种或者几种的混合形式，树脂基体200可采用聚丙烯、聚乙烯、尼龙、聚苯硫醚和聚醚醚酮等，实现了产品形式的多样化，使本发实用新型的瓦楞结构可以用在不同的工况下。
27.上述连续纤维增强热塑性复合材料芯层结构的制造装置，如图3和图4所示，包括依次设置的纱架1、纤维预紧装置2、展纱装置4、浸渍模具6以及定型装置，所述定型装置包括一组热压定型辊7和一组冷压定型辊8，所述热压定型辊7和冷压定型辊8的外壁均设置有均匀的定型齿20，所述定型齿20的长度方向为热压定型辊7和冷压定型辊8的轴向，且定型
齿20的断面呈梯形。
28.纱架1用于纤维原料的放卷，纤维原料为碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维和玄武岩纤维中的一种或者几种的混合，纱架1上安装有自动放卷机，可根据生产速度和纤维的张力综合要求进行放卷。
29.纤维预紧装置2用于对纤维100施加一定的张力，初始化纤维100路径，该装置一般包括多根预紧轴，通过调节预紧轴的高度来调整对纤维100的预紧力。
30.展纱装置4用于将纤维100展开，采用现有设备，如气流展纱设备等，能够实现纤维束无磨损展宽。
31.浸渍模具6中装有熔融的树脂基体200，其一端设置有纤维进口，另一端设置有纤维出口，纤维100通过浸渍模具6时浸渍在树脂基体200中，使得树脂基体200包覆纤维100。为了向浸渍模具6补充树脂基体200，如图5所示，所述浸渍模具6连接有挤出机30。挤出机30可以将树脂基体原材料塑化，并将塑化后的树脂基体200挤入浸渍模具6，连续提供树脂基体200，实现连续化生产。挤出机30可采用现有的双螺杆或者单螺杆挤出机。被展宽的纤维束在浸渍模具6内实现单丝浸渍；之后由口模定型，并挤出；制备的预浸料厚度范围0.1-2mm、宽度8-300mm。
32.经过浸渍模具6后，芯层为平面型，定型装置则用于将平面型的芯层成型为梯形波形，热压定型辊7和冷压定型辊8如图4所示，利用梯形的定型齿20对芯层进行挤压，使得芯层变形，热压定型辊7和冷压定型辊8尺寸和结构相同，定型辊的直径范围为100-200mm(优选150mm)。先利用热压定型辊7进行挤压定型，再利用冷压定型辊8进行挤压定型，其中，热压定型辊7的温度范围为低于树脂基体熔点10-50℃(优选低于熔点20℃)、冷压定型辊8的温度范围为50-100℃(优选80℃)。
33.所述展纱装置4与浸渍模具6之间设置有纤维定宽辊5，纤维定宽辊5用于控制纤维100的宽度，使得纤维100的宽度保持稳定，从而提高纤维100分布的均匀性。
34.所述纤维预紧装置2与展纱装置4之间设置有预热装置3，预热装置3对纤维100进行预热，可将纤维100表面的水分和上浆剂除去，预热温度范围为80-300℃，优选150℃。预热装置3可以是现有的电加热设备等，本实用新型优选采用红外预热装置。
35.为了便于将制备成型的芯层结构9进行切割，还包括传输装置10和切割装置11，所述定型装置、传输装置10和切割装置11依次设置。传输装置10用于传输芯层结构9，切割装置11可采用现有常规的设备，根据实际需要将芯层结构9切割成一定的长度。
36.传输装置10可以是传输带等，所述传输装置10包括多根水平的传送轴。
37.本制备装置能够实现展纱、浸渍、成型、切割等所有工序，实现连续化制备梯形波形的芯层结构9，效率高。
38.以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。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。