一种热塑性预浸织物结构及制备装置的制作方法

[0001]
本实用新型属于预浸织物制备技术领域，具体涉及一种热塑性预浸织物结构及制备装置。


背景技术：

[0002]
公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本实用新型的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
[0003]
热固性碳纤维复合材料是目前碳纤维增强树脂基复合材料的主要产品，其优异的力学性能和低密度特性使其成为金属结构部件的最具性能提升潜力的替代原料。但是，由于热固性树脂固化后特殊的分子交联结构使得其具有不熔不溶的宏观物理特性，这也带来了以其为基体的复合材料的不可回收和不能反复成型加工的问题。为了优化碳纤维复合材料的可回收特性，目前，以热塑性树脂为基体的碳纤维复合材料成为新型复合材料研究的重点方向。
[0004]
然而，热塑性树脂具有较高的热熔融粘度，直接导致了熔体流动性非常低，难以进行直接浸渍制备热塑性复合材料。同时热塑性树脂的溶剂液相处理技术又带来了溶剂难以去除、容易导致热塑性复合材料孔隙率较大、致密性差、产品力学性能差的技术问题。


技术实现要素：

[0005]
为了解决现有技术中存在的技术问题，本实用新型的目的是提供一种热塑性预浸织物结构及制备装置。
[0006]
为实现上述实用新型目的，本实用新型的一个或多个实施例公开了以下技术方案：
[0007]
第一方面，提供一种热塑性预浸织物，包括依次叠加设置的第一热塑性热熔多孔网膜、中间平面纱线碳纤维织物和第二热塑性热熔多孔网膜；
[0008]
所述第一热塑性热熔多孔网膜和第二热塑性热熔多孔网膜均包括碳纤维织物增强结构和热塑性树脂预浸结构。
[0009]
第二方面，提供所述热塑性预浸织物的制备装置，包括：半封闭真空浸渍装置和电加热对辊，电加热对辊设置于半封闭真空浸渍装置的下游；
[0010]
所述半封闭真空浸渍装置提供半封闭浸渍腔室、抽真空装置和注胶装置，半封闭浸渍腔室的相对的两侧分别设置进口通道和出口通道，进口通道和出口通道处均设置有封端装置；
[0011]
抽真空装置与半封闭浸渍腔室连通；
[0012]
注胶装置的注胶头设置于半封闭浸渍腔室内，为上下两层，分布于纤维织物通道的两侧，且上下两层的注胶头的注胶方向相对设置。
[0013]
与现有技术相比，本实用新型的以上一个或多个技术方案取得了以下有益效果：
[0014]
通过真空热熔浸渍和对辊热熔加压浸渗，制备得到的预浸织物中，预浸热熔树脂可以较为均匀地分布于预浸织物的上下表面，再利用预浸织物制备复合材料时，只需要通过热熔加压浸渍等处理手段就可以制备得到浸渍均匀的以热塑性树脂为基体的碳纤维复合材料。
[0015]
采用该种方法时，将树脂加热熔融后直接浸渍，没有溶剂的参与，进而可以有效解决溶剂难以去除的问题。
附图说明
[0016]
构成本实用新型的一部分的说明书附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。
[0017]
图1是本实用新型实施例两步法生产的热塑性碳纤维预浸织物预设置的结构示意图；
[0018]
图2是本实用新型实施例的两步法生产热塑性碳纤维预浸织物的生产装置的结构示意图。
[0019]
其中，1、中间平面纱线碳纤维干纱织物层，2、第一热塑性热熔多孔网膜，3、第二热塑性热熔多孔网膜，4、封端装置，5、抽真空装置，6、电加热对辊，7、注胶装置，8、半封闭真空浸渍装置。
具体实施方式
[0020]
应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本实用新型提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本实用新型所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
[0021]
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本实用新型的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
[0022]
第一方面，提供一种热塑性预浸织物，如图1所示，包括依次叠加设置的第一热塑性热熔多孔网膜2、中间平面纱线碳纤维织物1和第二热塑性热熔多孔网膜3；
[0023]
所述第一热塑性热熔多孔网膜2和第二热塑性热熔多孔网膜3均包括碳纤维织物增强结构和热塑性树脂预浸结构。
[0024]
在一些实施例中，中间平面纱线碳纤维织物1的纱线选自t300、 t700、t800、t1000碳纤维中的一种。
[0025]
进一步的，所述中间平面纱线碳纤维织物1的结构形式为单向排布织物或平纹、斜纹、缎纹的二维织物中的任意一种。
[0026]
在一些实施例中，所述热塑性树脂预浸结构的材质选自聚乙烯 (pe)、聚丙烯(pp)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(pbt)、聚酰胺(pa)、聚苯硫醚(pps)、聚醚酰亚胺(pei)、聚醚酮酮(pekk)、聚醚醚酮(peek) 和聚甲醛(pom)中的任意一种。
[0027]
进一步的，第一热塑性热熔多孔网膜2和第二热塑性热熔多孔网膜3的克重控制在
5-50g/m2。如，可以为5g/m2、10g/m2、15g/m2、 20g/m2、25g/m2、30g/m2、35g/m2、40g/m2、45g/m2、50g/m2。
[0028]
热塑性热熔多孔网膜是采用超细纤维熔纺制备而成，纤维之间为多孔结构，所以制备的网膜为多孔网膜。
[0029]
第二方面，提供所述热塑性预浸织物的制备方法，包括如下步骤：
[0030]
将增强纤维织物连续走纱至真空浸渍装置中，密封后，抽真空；
[0031]
当真空浸渍装置中的真空度达标后，向增强纤维织物的上下表面同时注胶，真空浸渍，同时进行加热熔融处理；
[0032]
将处理后的预浸织物从真空浸渍装置中拉出，经经过电加热对辊装置进行热熔加压浸渗；即得热塑性预浸织物。
[0033]
真空浸渍可以提高浸渍渗透效果。
[0034]
在一些实施例中，达标后的真空度为0.06-0.1mpa。
[0035]
在一些实施例中，所述热塑性预浸织物的含胶量为40-70％，％为质量百分数。
[0036]
在一些实施例中，加热熔融的温度为120-300℃。
[0037]
进一步的，加热熔融的时间为5-20min。
[0038]
在一些实施例中，所述电加热对辊装置进行热熔加压浸渗的温度为120-300℃。
[0039]
进一步的，所述电加热对辊装置进行热熔加压浸渗的压强为 1-5mpa。如，1mpa、2mpa、3mpa、4mpa、5mpa。
[0040]
进一步的，所述电加热对辊装置的转速为2-10米/分钟。
[0041]
第三方面，提供所述热塑性预浸织物的制备装置，如图2所示，包括：半封闭真空浸渍装置8和电加热对辊6，电加热对辊6设置于半封闭真空浸渍装置8的下游；
[0042]
所述半封闭真空浸渍装置8提供半封闭浸渍腔室、抽真空装置5 和注胶装置7，半封闭浸渍腔室的相对的两侧分别设置进口通道和出口通道，进口通道和出口通道处均设置有封端装置4；
[0043]
抽真空装置5与半封闭浸渍腔室连通；
[0044]
注胶装置7的注胶头设置于半封闭浸渍腔室内，为上下两层，分布于纤维织物通道的两侧，且上下两层的注胶头的注胶方向相对设置。
[0045]
封端装置4为可移动的密封板，两侧的封端装置4均包括上下两部分，下部分为固定的，上部分可以上下移动，且密封板与半封闭浸渍腔本体之间密封设置，上下移动的驱动力由电机带动，上下两部分之间采用密封条进行密封。为了减少对织物的影响，密封板具有较小的厚度。
[0046]
实施例1
[0047]
该实施例的一种两步法生产热塑性碳纤维预浸织物的制备工艺方法和预浸织物结构，其具体实施方式如下：
[0048]
确定预浸织物的复合设计结构，其中间增强织物为克重100g/m2的t300碳纤维的单向排布平面织物，在平面织物的上下表面叠层克重50g/m2的聚乙烯(pe)、热塑性树脂网膜。
[0049]
整个复合预浸织物的制备首先将以上预设置的预浸结构通过传统装置进入半封闭真空浸渍装备，之后通过封端装置进行两端密封，开启浸渍装备的真空预处理将真空度
控制在0.1mpa水平后，通过注胶系统将cbt真空灌注用热塑性树脂在真空条件下灌注如上述预设预浸结构中，最终的树脂含量在20％，之后开启热熔加热在120℃温度下进行5分钟的首次加热浸渍复合。
[0050]
之后将预浸渍的上述复合结构在力走纱系统的驱动下拖出半封闭真空浸渍装备，进入逆向自转的电加热对辊装置进行气动加压，整个转速2米/分钟，在连续传动过程中对复合结构进行180℃温度的1mpa加压的二次热熔复合。最终预浸织物的含胶量为45％。最终形成界面真空热熔浸渗和加压热熔浸渗的两步热塑性树脂浸渗，完成预浸织物的加工。
[0051]
实施例2
[0052]
本实用新型的一种两步法生产热塑性碳纤维预浸织物的制备工艺方法和预浸织物结构，其具体实施方式如下：
[0053]
确定预浸织物的复合设计结构，其中间增强织物为克重150g/m2的t700碳纤维的平纹排布平面织物，在平面织物的上下表面叠层克重10g/m2的聚苯硫醚(pps)热塑性树脂网膜。
[0054]
整个复合预浸织物的制备首先将以上预设置的预浸结构通过传统装置进入半封闭真空浸渍装备，之后通过封端装置进行两端密封，开启浸渍装备的真空预处理将真空度控制在0.1mpa水平后，通过注胶系统将聚苯硫醚(pps)的低粘度热塑性树脂乳液在真空条件下灌注如上述预设预浸结构中，最终的树脂含量在20％，之后开启热熔加热在 150℃温度下进行10分钟的首次加热浸渍复合。
[0055]
之后将预浸渍的上述复合结构在力走纱系统的驱动下拖出半封闭真空浸渍装备，进入逆向自转的电加热对辊装置进行气动加压，整个转速3米/分钟，在连续传动过程中对复合结构进行190℃温度的 2mpa加压的二次热熔复合。最终预浸织物的含胶量为50％。最终形成界面真空热熔浸渗和加压热熔浸渗的两步热塑性树脂浸渗，完成预浸织物的加工。
[0056]
实施例3
[0057]
本实用新型的一种两步法生产热塑性碳纤维预浸织物的制备工艺方法和预浸织物结构，其具体实施方式如下：
[0058]
确定预浸织物的复合设计结构，其中间增强织物为克重180g/m2的t1000碳纤维的缎纹排布平面织物，在平面织物的上下表面叠层克重20g/m2的聚对苯二甲酸丁二醇酯(pbt)热塑性树脂网膜。
[0059]
整个复合预浸织物的制备首先将以上预设置的预浸结构通过传统装置进入半封闭真空浸渍装备，之后通过封端装置进行两端密封，开启浸渍装备的真空预处理将真空度控制在0.09mpa水平后，通过注胶系统将聚对苯二甲酸丁二醇酯(pbt)的热塑性热熔胶在真空条件下灌注如上述预设预浸结构中，最终的树脂含量在25％，之后开启热熔加热在130℃温度下进行12分钟的首次加热浸渍复合。
[0060]
之后将预浸渍的上述复合结构在力走纱系统的驱动下拖出半封闭真空浸渍装备，进入逆向自转的电加热对辊装置进行气动加压，整个转速4米/分钟，在连续传动过程中对复合结构进行280℃温度的 3mpa加压的二次热熔复合。最终预浸织物的含胶量为60％。最终形成界面真空热熔浸渗和加压热熔浸渗的两步热塑性树脂浸渗，完成预浸织物的加工。
[0061]
实施例4
[0062]
本实用新型的一种两步法生产热塑性碳纤维预浸织物的制备工艺方法和预浸织
物结构，其具体实施方式如下：
[0063]
确定预浸织物的复合设计结构，其中间增强织物为克重190g/m2的t800碳纤维的斜纹排布平面织物，在平面织物的上下表面叠层克重40g/m2的聚酰胺(pa)热塑性树脂网膜。
[0064]
整个复合预浸织物的制备首先将以上预设置的预浸结构通过传统装置进入半封闭真空浸渍装备，之后通过封端装置进行两端密封，开启浸渍装备的真空预处理将真空度控制在0.08mpa水平后，通过注胶系统将聚酰胺(pa)的低粘度热塑性树脂乳液在真空条件下灌注如上述预设预浸结构中，最终的树脂含量在30％，之后开启热熔加热在 190℃温度下进行12分钟的首次加热浸渍复合。
[0065]
之后将预浸渍的上述复合结构在力走纱系统的驱动下拖出半封闭真空浸渍装备，进入逆向自转的电加热对辊装置进行气动加压，整个转速5米/分钟，在连续传动过程中对复合结构进行260℃温度的 4mpa加压的二次热熔复合。最终预浸织物的含胶量为50％。最终形成界面真空热熔浸渗和加压热熔浸渗的两步热塑性树脂浸渗，完成预浸织物的加工。
[0066]
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。

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