[发明专利]一种搅滤一体直接制备短纤维预制体的装置及方法

说明书

本发明一种搅滤一体直接制备短纤维预制体的装置及方法，属于短纤维预制体技术领域；包括搅拌分散模块、负压抽滤瞬时成形模块、异形件模具成形模块和循环回流模块；负压抽滤瞬时成形模块位于底部，通过真空泵控制阀对下储水腔抽真空提供负压；搅拌分散模块位于负压抽滤瞬时成形模块上方，搅拌电机控制搅拌头搅拌搅拌桶内的混合溶液；异形件模具成形模块放置于搅拌桶内、过滤网上，底部开口与过滤网连通；循环回流模块的循环泵通过回流管将储水腔内的水注入搅拌桶内，提供循环水流。本发明成形装置，实现了短切碳纤维异形件预制体的快速连续制备，保证了异形件预制体内部纤维分散均匀性，消除了表面凹坑和内部气孔缺陷，体积分数可高达20％。

技术领域

本发明属于短纤维预制体技术领域，具体涉及一种搅滤一体直接制备短纤维预制体的装置及方法。

背景技术

短切碳纤维是由碳纤维长丝短切而成，一般短切纤维长度小于10mm，具有高强度、高模量、硬度、尺寸稳定性以及性能各向同性的特点。其复合材料在航空航天、国防武器装备等领域有着重要的应用，同时也可利用其成本低廉优势(不足连续纤维的1/5)在汽车、电子和民用领域进行推广。采用压力浸渗法制备短切碳纤维增强复合材料时，预制体表面凹坑、内部气孔、骨架强度、纤维分布均匀性和制备工艺等均对复合材料性能有着重要影响，预制体的良好制备是复合材料能够应用的基础与关键环节。

湿法成形是短纤维预制体成形的常用方法。目前，湿法成形是将短纤维的水溶液通过搅拌装置使纤维分散，然后倒入成形装置用压力排水的方式进行预制体制备。由于采用搅拌和成形两个独立装置进行分步成形，在搅拌浆料转移过程中因水与纤维密度差异较明显，纤维易出现下沉现象，故成形预制体的纤维均匀性无法保证，下层密度大，上层小。另外，湿法成形目前常用于圆柱状的预制体制备，对于制备异形件预制体会出现新问题：(1)外观质量控制难度较大，尤其在异形件曲率发生突变处，极易形成表面凹坑现象或内部气孔缺陷；(2)形状特征复杂，沿Z轴高度方向上的尺寸波动大，易出现回弹问题；(3)受形状特征和尺寸较大的影响，脱模较为困难，异形件预制体易溃烂且难以实现连续制备。

经文献检索发现，中国专利申请号：201310376789.6，发明名称：“制备三氧化二铝短纤维预制体的装置和方法”，该方法针对纤维预制体易回弹和制备周期长的问题，提出采用真空方式去除多余添加剂及水分方法，虽然依旧是搅拌与成形分步式的制备，但能有效抑的制预制体开裂，实现预制体的快速制取，缩短了制备周期。该方法适用于含有粘结剂的Al₂O₃纤维预制体的制备，但对于短切碳纤维预制体的湿法成形过程而言，为消除粘结剂等杂质影响复合材料性能，通常不加入任何粘结剂。同时该专利发明的成形方法仅适用于圆饼状预制体的成形。

综上，目前短纤维预制体制备形状基本停留在圆饼、圆柱状阶段，对于异形件制备需进一步考虑复杂形状特征引起的纤维易分布不均匀、表面质量难保证、内部易出现气孔和高度方向的分层开裂问题，制备难度得到大幅升级；同时异形件预制体制备完成后的顺利脱模(防止溃烂)又是一个极具挑战的任务。因此，本发明改变传统分步式的预制体制备方式，设计一种新型的将搅拌与成形相结合且能顺利脱模的短纤维预制体一体化制备的装置和方法。

发明内容

要解决的技术问题：

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种搅滤一体直接制备短纤维预制体的装置及方法，克服了现有短纤维预制体成形采用传统的分步式操作，需将纤维浆料从搅拌装置转移至成形装置，制备周期长、效率低，同时转移过程中纤维分布均匀性难保证问题。另外，目前短纤维预制体制备基本停留在圆饼、圆柱状阶段。本发明将搅拌分散、负压抽滤瞬时成形、快速脱模三个步骤集合在一个装置上进行，实现了短纤维(纤维长度300μm-1mm)异形件预制体的快速制备和脱模，同时保证了预制体内部纤维分散的均匀性，消除了预制体表面凹坑残留和内部气孔缺陷，且使预制体具有一定的强度。

本发明的技术方案是：一种搅滤一体直接制备短纤维预制体的装置，其特征在于：包括搅拌分散模块、负压抽滤瞬时成形模块、异形件模具成形模块和循环回流模块；