一种纤维多重复合材料的制备装置的制作方法

1.本发明涉及复合材料制备技术领域，特别是涉及一种纤维多重复合材料的制备装置。


背景技术：

2.纤维复合材料在生产生活中应用广泛，高性能纤维复合材料常用作器件的承力结构，主要是通过短切纤维与基体材料的直接混合或者长纤维作为增强体制备复合材料，所得复合材料就是结构件本身，但很少出现多重复合的应用。多重复合材料的增强主体依然是高性能纤维，如玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维、聚酯纤维、玄武岩纤维等。制备多重复合材料时，首先利用热固性或者热塑性树脂对高性能纤维进行定型，制备出具有一定截面形状的纤维/树脂复合材料，纤维在该复合材料轴向方向是连续的。之后以纤维/树脂复合材料为增强体，再次与基体材料进行复合，制备成承力结构件。这种多重复合材料能够增强纤维在材料内部排列的规整性，大幅提高承力结构件的性能。
3.但是，目前对纤维多重复合材料的制备方法的研究还不成熟，在制备过程中，纤维多重复合材料的纤维还常会出现排列规整性与取向度差的现象，进而影响纤维多重复合材料的力学性能。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种纤维多重复合材料的制备装置，以解决多重复合材料在制备过程中纤维排列不规整、取向度差，使得多重复合材料的力学性能下降的问题。
5.为了实现上述目的，本发明提供了一种纤维多重复合材料的制备装置，包括：
6.本体，所述本体的上表面设有多个沿x方向延伸的第一固定槽，多个所述第一固定槽沿y方向排列，所述本体的上表面还设有基体填充槽；
7.上盖板，压合于所述本体的上表面；
8.定位装置，与所述本体的侧壁连接，所述定位装置包括上夹板和设于所述上夹板下方的下夹板；
9.调节装置，用于调节所述定位装置与所述本体的侧壁之间的距离。
10.进一步的，上述制备装置还包括定位杆，所述定位装置通过所述定位杆连接于所述本体的侧壁，所述定位装置与所述定位杆滑动连接。
11.进一步的，所述调节装置包括丝杆，所述丝杆的一端与所述本体的侧壁转动连接，所述丝杆还与所述定位装置螺纹连接。
12.进一步的，所述第一固定槽的底部的截面形状为半圆形、矩形或三角形。
13.进一步的，所述基体填充槽的形状为矩形。
14.进一步的，所述下夹板的上表面设有多个下夹持槽，多个所述下夹持槽与多个所述第一固定槽一一对应。
15.进一步的，所述上夹板的下表面设有多个上夹持槽，多个所述上夹持槽与多个所
述下夹持槽一一对应。
16.进一步的，所述上夹板的下表面设有多个齿牙，多个所述齿牙与多个所述下夹持槽一一对应。
17.进一步的，所述下夹持槽的槽底与所述第一固定槽的槽底处于同一水平面上。
18.进一步的，所述本体的上表面还设有多个沿y方向延伸的第二固定槽，多个所述第二固定槽沿x方向排列；所述第二固定槽与所述第一固定槽的槽深不同。
19.上述技术方案所提供的一种纤维多重复合材料的制备装置，与现有技术相比，其有益效果在于：通过设置第一固定槽，用于固定具有一定截面形状的纤维/树脂复合材料，所述具有一定截面形状的纤维/树脂复合材料，纤维在该复合材料轴向方向是连续的。在制备多重复合材料进行升压阶段时，保证纤维/树脂复合材料不会出现错位；通过设置定位装置，上夹板和下夹板共同用于夹持纤维/树脂复合材料伸出本体的端部，对纤维/树脂复合材料进行牢固定位，使得在经受较大的压力下，纤维也不会发生排列的紊乱；通过设置调节装置，能够调节定位装置与本体的侧壁之间的距离，进而调节定位装置对纤维/树脂复合材料拉伸的张力大小，从而保证上盖板在被施加压力后，基体材料在模腔内发生流动时，纤维/树脂复合材料不会由于基体材料的流动发生较大变形，从而保证了纤维的排列规整性和取向度。
附图说明
20.图1是不同截面纤维/树脂复合材料及其内部纤维分布示意图；
21.图2是本发明实施例本体的结构示意图；
22.图3是本发明实施例上盖板的结构示意图；
23.图4是本发明实施例第一固定槽的可选的三种截面示意图；
24.图5是本发明实施例定位装置的结构示意图；
25.图6是本发明实施例下夹板的结构示意图；
26.图7是本发明实施例下夹持槽的可选的三种截面示意图；
27.图8是本发明实施例上夹板的结构示意图；
28.图9是本发明实施例一的单方向玻纤/树脂多重复合材料的结构示意图；
29.图10是本发明实施例二的正交方向玻纤/树脂多重复合材料的结构示意图。
30.其中，1－本体，11－第一固定槽，12－基体填充槽，2－上盖板，3－定位装置，31－上夹板，311－上夹持槽，32－下夹板，321－下夹持槽，4－调节装置，5－定位杆，6－第二基体，7－玻纤/树脂复合材料。
具体实施方式
31.下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
32.在本发明的描述中，应当理解的是，本发明中采用术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不
能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
33.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
34.如图1所示是纤维/树脂复合材料的外观形状和截面形貌示意图，所示纤维/树脂复合材料截面分别为圆形、矩形和三角形，也可以是其他图中未显示的形状，如椭圆形、星型等。纤维被所述第一树脂基体包裹，通过热固化或光固化的方式获得纤维/树脂复合材料，所述复合材料中纤维沿轴向连续分布。
35.如图2至图10所示，本发明实施例所提供的是一种纤维多重复合材料的制备装置，包括本体1、上盖板2、定位装置3及调节装置4，本体1的上表面设有多个沿x方向延伸的第一固定槽11，多个第一固定槽11沿y方向排列，本体1的上表面还设有基体填充槽12；上盖板2压合于所述本体1的上表面；定位装置3与所述本体1的侧壁连接，定位装置3包括上夹板31和设于上夹板31下方的下夹板32；调节装置4用于调节所述定位装置3与所述本体1的侧壁之间的距离。
36.基于上述方案，通过设置第一固定槽11，用于固定纤维/树脂复合材料，在制备多重复合材料进行升压阶段时，保证纤维/树脂复合材料不会出现错位；通过设置定位装置3，上夹板31和下夹板32共同用于夹持纤维/树脂复合材料伸出本体1的端部，对纤维/树脂复合材料进行牢固定位，使得在经受较大的压力下，纤维也不会发生排列的紊乱；通过设置调节装置4，能够调节定位装置3与本体1的侧壁之间的距离，进而调节定位装置3对纤维/树脂复合材料拉伸的张力大小，从而保证上盖板2在被施加压力后，基体材料在模腔内发生流动时，纤维/树脂复合材料不会由于基体材料的流动发生较大变形，从而保证了纤维的排列规整性和取向度。
37.具体的，第一固定槽11的个数、间距、形状和深度可以根据要求进行更改，这和制备的多重复合材料的尺寸有关；本体1的上表面中部设有两个矩形的基体填充槽12，也可以为其他个数，其尺寸与设计的多重复合材料尺寸有关，主要用于填充第二树脂基体，第二树脂基体可以是聚氨酯、橡胶、聚酰胺、环氧树脂等；纤维/树脂复合材料包括第一树脂基体和设于其内的纤维。
38.其中，上盖板2用于多重复合材料制备过程中对复合件施加压力，使得基体材料充斥整个模腔，提高纤维/树脂复合材料与第二基体材料的界面结合，并减少复合材料内部的气泡。上盖板2与本体1相接触的表面可以是一个平面，也可以与本体1中相应的基体填充槽12的正上方位置具有相对应的凹槽，从而改变纤维/树脂复合材料在多重复合件中的位置。
39.应当理解的是，当上盖板2压合于本体1上后施加压力时，虽然本体1中的第一固定槽11可以进行纤维/树脂复合材料的定位，但是在压力较大时仍可能会造成纤维在x方向上发生错位或纤维大范围弯曲，这显然会严重影响多重复合件的力学性能，因此，定位装置3用于纤维/树脂复合材料的牢固定位，使得装置在经受较大的压力下，纤维不会发生排列的紊乱。而调节装置4通过调节定位装置3与本体1的侧壁之间的距离，来调节定位装置3对纤
维/树脂复合材料的张力大小，使纤维受到的张力大小始终在一定范围内，保证上盖板2在被施加压力后，基体材料在模腔内发生流动时，纤维/树脂复合材料不会由于基体材料的流动发生较大变形，从而保证了纤维的取向度。
40.如图5所示，本实施例的制备装置还包括定位杆5，定位装置3通过定位杆5连接于本体1的侧壁，定位装置3与所述定位杆5滑动连接。纤维/树脂复合材料被置于第一固定槽11后，其端部伸出本体1，定位装置3夹持住纤维/树脂复合材料的端部，定位杆5承托支撑定位装置3，并且在调节定位装置3于本体1之间距离的时候，定位装置3沿定位杆5滑动。可选的，定位杆5穿过下夹板32后与本体1的侧壁连接。
41.具体的，纤维/树脂复合材料的两端分别被一定位装置3夹持，即本体1平行于y方向的两个侧壁分别连接一定位装置3，从两端沿x方向对纤维/树脂复合材料拉伸。本体1在x方向长度为a，定位装置3的宽度为b，纤维/树脂复合材料的总体长度大于a+2b，保证纤维长度余量。
42.在本实施例中，调节装置4包括丝杆，丝杆的一端与本体1的侧壁转动连接，丝杆还与定位装置3螺纹连接，通过转动丝杆，调节定位装置3与本体1的侧壁之间的距离。可选的，丝杆与下夹持槽321螺纹连接。
43.可选的，如图4所示，第一固定槽11的截面可为图中的三种形式，第一固定槽11的截面分为底部的a区域和上部的b区域，第一固定槽11的底部a区域的截面形状为半圆形、矩形或三角形，这取决与纤维/树脂复合材料的截面形状。
44.在本实施例中，如图6和图7所示，为了更好地夹持纤维/树脂复合材料，下夹板32的上表面设有多个下夹持槽321，多个所述下夹持槽321与多个第一固定槽11一一对应，纤维/树脂复合材料的端部置于下夹持槽321内；下夹持槽321的截面形状可与第一固定槽11区域a的截面形状相似，但下夹持槽321在z方向的高度小于第一固定槽11区域a在z方向的高度，所述z方向正交于x和y方向，以便将上夹板31与下夹板32配合后可以将纤维/树脂复合材料完全卡紧，图7提供了三种可选的下夹持槽321的截面形状。
45.在本实施例中，如图8所示，上夹板31的下表面设有多个上夹持槽311，多个上夹持槽311与多个所述下夹持槽321一一对应，共同夹持纤维/树脂复合材料的端部，上夹持槽311的截面可与下夹持槽321的相同。如果纤维/树脂复合材料截面形状为三角形，则上夹持槽311的截面形状应与下夹持槽321不同，相对于下夹持槽321而言，上夹持槽311只有一个角。
46.在其他一些实施例中，上夹板31的下表面设有多个齿牙，多个齿牙与多个下夹持槽321一一对应，齿牙用于将纤维/树脂复合材料的端部卡紧在下夹持槽321内。
47.另外，可利用螺丝和u型卡扣进行上夹板31和下夹板32的固定，使得在本体1沿y方向的长度上的所有纤维/树脂复合材料都可以有效的固定卡死。
48.在本实施例中，为了防止纤维/树脂复合材料出现竖直平面内的弯曲，下夹持槽321的槽底与第一固定槽11的槽底处于同一水平面上，使纤维/树脂复合材料处于一个水平面内；具体可通过控制定位杆5的安装高度来实现下夹持槽321的槽底与第一固定槽11的槽底处于同一水平面上。
49.在一些实施例中，本体1的上表面还设有多个沿y方向延伸的第二固定槽，多个第二固定槽沿x方向排列；第二固定槽与第一固定槽11的槽深不同，以此来实现两个垂直方向
的纤维/树脂复合材料的延伸，当然，在沿y方向延伸的纤维/树脂复合材料的两端也可分别设置定位装置3对其进行拉伸。
50.下面通过两个具体的实施例，对采用上述制备装置制备多重复合材料的制备方法进行说明。
51.实施例一
52.实施例一为单方向玻纤/树脂多重复合材料的制备工艺，具体包括以下步骤：
53.s1.纤维选用玻璃纤维，第一种树脂可选择聚氨酯、乙烯基树脂或环氧树脂等，采用热固化或光固化的方式制备玻纤/树脂复合材料7，截面为圆形，通过固化时的束型孔获得，纤维沿复合材料的轴向方向是连续的。
54.s2.将一定数量的玻纤/树脂复合材料7平铺在本体1的x方向上，每一个第一固定槽11对应一根玻纤/树脂复合材料7，第一固定槽11的直径略大于玻纤/树脂复合材料7的直径。
55.s3.玻纤/树脂复合材料7在纤维轴向的长度延伸至下夹板32上，玻纤/树脂复合材料7与下夹板32中的下夹持槽321一一对应，之后上夹板31倒扣于下夹板32之上与其贴合，两者的夹持槽一一对应，并将上夹板31和下夹板32锁死。
56.s4.利用调节装置4调节对玻纤/树脂复合材料7施加的张力，不超过玻纤形变量的1％。
57.s5.倒入配置好的制备第二基体6的材料，如聚酯、聚酰胺、聚氨酯等，如果使用橡胶，则需要在步骤s2之前在基体填充槽12底层平铺一层一定厚度的橡胶，之后完成步骤s4之后，在玻纤/树脂复合材料7上层再铺一层橡胶。
58.s6.上盖板2与本体1合模，施加压力和温度，进行固化，获得如图9所示的单方向玻纤/树脂多重复合材料。
59.实施例二
60.实施例二为正交方向玻纤/树脂多重复合材料的制备工艺，具体包括以下步骤：
61.s1.纤维选用玻璃纤维，第一种树脂选择聚氨酯、乙烯基树脂或环氧树脂等，采用热固化或光固化的方式制备玻纤/树脂复合材料7，截面为圆形，通过固化时的束型孔获得，纤维沿复合材料的轴向方向是连续的。
62.s2.将一定数量的玻纤/树脂复合材料7平铺在本体1的x方向上，每一个第一固定槽11对应一根玻纤/树脂复合材料7，第一固定槽11的直径略大于玻纤/树脂复合材料7的直径。
63.s3.玻纤/树脂复合材料7在纤维轴向的长度延伸至下夹板32上，玻纤/树脂复合材料7与下夹板32中的下夹持槽321一一对应，之后上夹板31倒扣于下夹板32之上与其贴合，两者的夹持槽一一对应，并将上夹板31和下夹板32锁死。
64.s4.利用调节装置4调节对玻纤/树脂复合材料7施加的张力，不超过玻纤形变量的1％。
65.s5.此时，本体1上设有多个沿y方向延伸的第二固定槽，第二固定槽与第一固定槽11的槽深不同，在z方向具有高度差，z方向正交于x和y方向。将一定数量的玻纤/树脂复合材料7平铺在本体1的y方向上，每一个第二固定槽对应一根玻纤/树脂复合材料7，第二固定槽的直径略大于玻纤/树脂复合材料7的直径。y方向上设有与x方向上相同的定位装置3。根
据此方法，x方向和y方向玻纤/树脂复合材料7在z方向上的位置不同，具有高度差，从而获得正交型排布的多个玻纤/树脂复合材料7。
66.s6.倒入配置好的制备第二基体6的材料，如聚酯、聚酰胺、聚氨酯等，如果使用橡胶，则需要在步骤s2之前先在基体填充槽12底层平铺一层一定厚度的橡胶，之后完成步骤s4之后，在玻纤/树脂复合材料7上层再铺一层橡胶，完成步骤s5之后再铺一层橡胶。
67.s7.上盖板2与本体1合模，施加压力和温度，进行固化，获得如图10所示的正交方向玻纤/树脂多重复合材料。
68.综上，本发明实施例提供一种纤维多重复合材料的制备装置，通过设置第一固定槽11，用于固定纤维/树脂复合材料，在制备多重复合材料进行升压阶段时，保证纤维/树脂复合材料不会出现错位；通过设置定位装置3，上夹板31和下夹板32共同用于夹持纤维/树脂复合材料伸出本体1的端部，对纤维/树脂复合材料进行牢固定位，使得在经受较大的压力下，纤维也不会发生排列的紊乱；通过设置调节装置4，能够调节定位装置3与本体1的侧壁之间的距离，进而调节定位装置3对纤维/树脂复合材料拉伸的张力大小，从而保证上盖板2在被施加压力后，基体材料在模腔内发生流动时，纤维/树脂复合材料不会由于基体材料的流动发生较大变形，从而保证了纤维的排列规整性和取向度，提高了多重复合材料的力学性能。
69.以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。