[发明专利]瀑布双面淋模预浸式生产连续增强型复合材料设备及方法

说明书

本发明公开了一种瀑布双面淋模预浸式生产连续增强型复合材料设备和方法，包括采用开放式的热熔树脂与纤维热熔融合的涂抹工艺设计，将挤出机塑化熔融的树脂经过设定的模头输送至热熔树脂涂抹引导辊，并在热熔树脂涂抹引导辊的辊面形成一层厚度均匀的热熔树脂膜层；热熔树脂涂抹引导辊通过设定的旋转运动将热熔树脂沿引导辊辊面连续、均匀地涂抹在一排连续运行，均匀展开的纤维体上，一排已涂抹了热熔树脂的均匀展开的纤维连续经过至少一级串联、开放式的连续纤维与热熔树脂辊压浸渍涂抹装置，完成热熔树脂与纤维的有效融合，热熔树脂与纤维有效融合的复合体在主牵引的驱动力作用下，连续通过冷却、定型装置，收卷成单向连续纤维增强树复合材料。

技术领域

本发明属于连续纤维增强热塑复合材料制造技术领域，具体涉及一种瀑布双面淋模预浸式生产连续增强型复合材料设备及方法。

背景技术

以纤维增强的各类树脂复合材料正逐步替代传统的金属材料，被广泛应用于很多要求轻量化的领域，包括飞机、汽车等各类交通工具等。随着纤维增强热塑性复合材料的应用发展，连续性纤维增强热塑材料浸渍带因其优异的物理特性和多样的加工成型方式逐步得到推广，广泛应用于运输、军民航空、石油化工、体育器具、建筑材料等众多领域，实现了产品质量轻、强度高、耐腐蚀、可回收利用以及加工成型便利的目标，因其优秀的综合性能，该行业得到了蓬勃发展。

连续纤维增强树复合材料所具备的纤维与树脂的有效融合，以及连续纤维沿制品宽度方向分布均匀，厚度尺寸稳定是评估该类产品机械物理性能的关键特征指标。目前，为了提升所述的性能指标，除了在材料层面对树脂进行偶联剂处理，以增强与纤维界面的连接强度外，有以下两类常用的工艺装备技术。第一类生产工艺是将纤维通过封闭式的，内置热熔树脂腔的模具，实施纤维与树脂的热熔融合；这类工艺的缺点在于模头中存在死角，容易造成熔体热分解。纤维断裂后续接比较困难，造成连续纤维热塑性预浸带纤维含量波动较大；产品厚度调整时受模口间隙影响，降低了设备的通用性；纤维与树脂的融合效果受限于生产线的速度，生产效率低。第二类是采用已成型的热塑膜，通过加热与纤维进行热熔包覆融合的制备工艺，该工艺受限于热塑膜在加热过程中造成尺寸收缩，难以保证产品树脂的均匀分布；以及采用对树脂膜再次加热的二次加工，而缺乏经济性，产品的性价比不高。上述工艺的局限性，对于采用纤维增强树脂体为原料进行二次加工时，如挤出热压成型，以及注塑成型的产品的力学性能有着直接影响，造成产品的实际使用性能不稳定，而容易过早失效。

美国TICONA公司US9,233,486.B2,9,289,936.B2等专利为代表的采用“封闭式的，内置热熔树脂腔的模具，实施纤维与树脂的热熔融合”的工艺技术。由于“封闭式的，内置热熔树脂腔的模具”的设计特征，首先，在模具的热熔树脂腔存在的死角，容易造成热熔树脂的积存，形成熔体热分解；纤维断裂后续接比较困难，造成连续纤维热塑性预浸带纤维含量波动较大；产品厚度调整时受模口间隙影响，降低了设备的通用性；纤维与树脂的融合效果受限于生产线的速度，生产效率低。

陕西天策新材料科技有限公司的CN105346200A专利采用的使用已经固化的热塑性树脂薄膜直接与连续纤维经过热压辊进行复合，在此过程中由于热塑性树脂的流动性差和热辊压的热熔效果不良，造成热塑性树脂对连续纤维的浸润效果差，直接导致连续纤维增强热塑性树脂复合材料出现浸润效果不理想，界面效果不良，材料强度低的问题，且该工艺受限于热塑膜在加热过程中造成尺寸收缩，难以保证产品树脂的均匀分布；以及采用对树脂膜再次加热的二次加工，而缺乏经济性，产品的性价比不高。

现有的单向连续纤维增强热塑复合材料的制备工艺和流程确实提高了生产效率，但是在树脂的浸润均匀程度上依赖于操作人员的熟练程度，且时常会有干纱、表面粗糙等等现象，难以满足高端用户的需求。

发明内容