一种复合材料连续模压成型方法及设备与流程

1.本发明属于机械加工制造技术领域，具体涉及一种复合材料连续 模压成型方法及设备。


背景技术：

2.模压成型技术是复合材料领域较常用的一种成型制备方法，但限 于压机台面限制，只能制备尺寸小于压机台面尺寸的复合材料产品， 对于大尺寸、长结构产品成型则无法实现。目前行业内能实现大尺寸、 长结构复合材料成型制造的常用方法是复合材料连续拉挤成型制备 工艺，多束干纤维束通过与胶槽中的液体树脂或模具内注射的液体树 脂结合，先完成干纤维的浸渍，然后通过一个封闭式的等截面模具， 在模具入口楔形加压区域挤出多余的流动性较好的树脂，实现纤维含 量与树脂比例的控制，通过加热使树脂固化，实现纤维与树脂的良好 结合，然后经过牵引进行等截面复合材料板材、型材制品的连续化生 产制造。通过在中间增加缠绕机等工序，还可实现环向纤维的增强设 计，如水、油、气运输及线缆管道、承力管材等。但目前拉挤工艺存 在几个问题仍无法得到有效克服：(1)所采用的树脂体系为低粘度的 热固性树脂，对于高粘度的热塑性树脂体系无法实现在线良好纤维浸 渍和后续连续化成型制备；(2)由于工艺拉挤方向约束，成型产品纤 维角度较为单一，多为纯单向分布形式或环向螺旋缠绕形式或部分随 机分布毡体或少部分织物，经典复合材料应用所需的其他的90
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、
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或其他特殊角度铺层设计无法很好的实现；(3)由于拉挤工艺 的成型压力仅由动态拉挤过程中模具挤压纤维和液态树脂形成，对于 厚度较大的制品则芯部压力较小，导致制品容易出现较高的空隙含量 (4)；目前所能制备的热固性复合材料拉挤制品在成型前为小分子、 粘度大、生产环境脏乱、难清理，树脂小分子易挥发、气味大，生产 环境对人不友好，环评难通过；(5)拉挤过程中树脂发生化学交联， 成型后材料不易回收，生产的废品及材料服役后回收处理成本高。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提出一种复合材料 连续模压成型方法及设备，通过不同纤维角度预浸料的连续放卷、叠 合、预压实成型、闭模加热、加压、冷却开模、步进牵引工序的往复 循环，可同时满足大尺寸、长结构复杂铺层兼容热固性复合材料、热 塑性复合材料的连续化生产制备。
4.为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
5.一种复合材料连续模压成型方法，其特征在于，具体包括如下步 骤：
6.s1、将所需卷轴根据实际需要放置在卷轴架上，并将所有卷轴上 预浸料的一端上下重叠拉至预压装置中；
7.s2、所有预浸料经过预压装置汇合预成型以后传动至模压装置 中，模压装置中的压力为1-100bar，温度为80-450℃；材料定型后， 模压装置卸压开模；
8.s3、通过牵引机将步骤s2中压制好的复合材料牵引出至工作台；
9.s4、根据长度需要通过裁切机对复合材料进行裁切，循环步骤 s2到s4直到复合材料数量达到需求为止。
10.进一步地，所述步骤s1中将所需卷轴根据实际需要放置在水平 卷轴架和/或竖直卷轴架上。
11.进一步地，所述步骤s1中预浸料为热固性单向预浸料、热塑性 单向预浸料、热固性织物预浸料、热塑性织物预浸料中的一种或几种。
12.进一步地，所述步骤s1中预浸料的厚度为0.01-1mm。
13.进一步地，所述步骤s2中复合材料从模压装置出来以后先通过 收隔离膜机将位于复合材料上下两层的隔离膜取掉。
14.进一步地，所述隔离膜为聚乙烯膜、聚丙烯膜、尼龙膜、聚对苯 二甲酸乙二醇酯膜、特氟龙膜、聚酰亚胺膜、铝箔、锡纸、铁片、钢 片、铜片中的一种。
15.进一步地，所述步骤s3中牵引方式为对辊式、多辊式、往复液 压式中的一种。
16.一种复合材料连续模压成型设备，其特征在于，所述设备依次设 置有卷轴架、预压装置、模压装置、牵引机和裁切机。
17.进一步地，所述设备上模压装置和牵引机还设置有收隔离膜机。
18.进一步地，所述卷轴架包括水平卷轴架与竖直卷轴架。
19.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
20.一种复合材料连续模压成型方法及设备，可实现任意纤维角度铺 层大尺寸、长结构复合材料型材的连续化生产制备；加压压力可调， 复合材料制品孔隙含量可更低；适用于热固性和热塑性复合材料体 系；原材料利用预浸料形式，生产过程无气味，无污染，对人员环境 友好，生产环境干净；采用热塑性材料体系，材料可回收，复合低碳 排放趋势。
21.本发明中，通过以下参照附图对本发明的示例性实施例的详细描 述，本发明的其它特征及其优点将会变得清楚。
附图说明
22.此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，与说明书 一起用于解释本发明的原理。
23.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面 将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而 易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前 提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
24.图1为本发明实施例一种复合材料连续模压成型设备结构图；
25.图2为本发明实施例复合材料的截面图；
26.图3为本发明实施例预浸料形成不同铺层的示意图；
27.其中：1、水平卷轴架；2、预压装置；3、模压装置；4、收隔 离膜机；5、牵引机；6、裁切机；7、竖直卷轴架。
具体实施方式
28.这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。 下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示 相同或相似的要素。以下示例性实施
例中所描述的实施方式并不代表 与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与所附权利要求书 中所详述的、本发明的一些方面相一致的装置的例子。
29.为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面 结合附图及实施例对本发明作进一步详细描述。
30.一种复合材料连续模压成型方法，具体包括如下步骤：
31.s1、将所需卷轴根据实际需要放置在卷轴架上，并将所有卷轴上 预浸料的一端上下重叠拉至预压装置2中；卷轴的数量可以根据实际 需要进行配置，单个卷轴可以为被动放卷或采用伺服主动放卷；实现 任意纤维角度铺层大尺寸、长结构复合材料型材的连续化生产。
32.s2、所有预浸料经过预压装置2汇合预成型以后传动至模压装置 3中的压力为1-100bar，温度为80-450℃；材料定型后，模压装置3 卸压开模。加压压力可调，复合材料制品孔隙含量可更低。
33.s3、通过牵引机5将步骤s2中压制好的复合材料牵引出至工作 台。
34.s4、根据长度需要通过裁切机6对复合材料进行裁切，循环步骤 s2到s4直到复合材料数量达到需求为止。裁切时采用旋转刀具、水 切割、激光切割、带锯切割等形式，最终复合材料截面形状为平板、 t型型材、u型型材、c型型材、h型型材、工型型材、双工型型材、 ii型型材、ω型型材、l型型材、帽型型材或其他任意可设计可制造 形状的热固性或热塑性板材或型材。
35.进一步地，所述步骤s1中将所需卷轴根据实际需要放置在水平卷 轴架1和/或竖直卷轴架7上。从而实现长尺寸任意纤维角度铺层的 结构复合材料型材的连续化生产制备，卷轴的放置方向和方式可以根 据需要任意组合。
36.进一步地，所述步骤s1中预浸料为热固性单向预浸料、热塑性 单向预浸料、热固性织物预浸料、热塑性织物预浸料。原材料利用预 浸料形式，生产过程气味小，污染小，对人员环境友好，生产环境干 净；采用热塑性材料体系，材料可回收，复合低碳排放趋势。
37.更进一步地，预浸料可以根据纤维角度不同进行选取，例如热固 0度性单向预浸料、热塑性0度单向预浸料、热固性45度单向预浸 料、热塑性-45度单向预浸料、热固性60度单向预浸料、热塑性-60 度单向预浸料。
38.预浸料由纤维与树脂加工而成，纤维由碳纤维、玻璃纤维、玄武 岩纤维、芳纶纤维、涤纶纤维、丙纶纤维、超高分子量聚乙烯纤维、 聚苯硫醚纤维、聚芳酯纤维中的一种或几种组成；树脂由聚丙烯、聚 乙烯、尼龙、聚氨酯、聚苯硫醚、聚碳酸酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、 聚醚砜、聚醚醚酮、聚醚酮酮、聚芳醚酮系、聚醚酰亚胺、聚酰亚胺 中的一种或几种热塑性树脂组成；树脂亦可为环氧树脂、不饱和树脂、 乙烯基树脂、酚醛树脂、光固化树脂、聚氨酯、丙烯酸树脂、苯并恶 嗪树脂中的一种或几种热固性树脂。
39.进一步地，所述步骤s1中预浸料的厚度为0.01-1mm，优选为 0.1-0.3mm。
40.进一步地，所述步骤s2中复合材料从模压装置3出来以后先通 过收隔离膜机4将位于复合材料上下两层的隔离膜取掉。隔离膜可以 防止复合材料的上下层面留有残渣。
41.进一步地，所述隔离膜为聚乙烯膜、聚丙烯膜、尼龙膜、聚对苯 二甲酸乙二醇酯膜、特氟龙膜、聚酰亚胺膜、铝箔、锡纸、铁片、钢 片、铜片中的一种。
42.进一步地，所述步骤s3中牵引方式为对辊式、多辊式、往复液 压式中的一种。
900mpa，模量为60gpa。
56.实施例4、
57.一种织物工字梁型材生产：
58.卷轴架1上放置10卷幅宽150mm的碳纤维/尼龙织物预浸料,每 层厚度0.25mm，同时在竖直卷轴架7上垂直放卷装置上放置10卷幅 宽300mm的碳纤维/尼龙织物预浸料,每层厚度0.25mm，两侧各5卷， 经过预压装置2在水平和垂直方向的高温辊压整形，在200℃下，将 cf/pa6织物材料加热预压实为2.8mm厚的t型型材，此时型材材空 隙含量11％。继续经过装配有长度为300mm的组合模压模具的压机系 统3，在240℃、1mpa的压力下保压5s，然后在100℃冷却下进行定 型，经过步进牵引机进行每次200mm长度的步进牵引，经过模压装置3至牵引机5之间动作的无限循环，实现宽度150mm、高度100mm、 厚度2.5mm织物铺层碳纤维/尼龙织物热塑性复合材料工字梁型材的 连续化生产，生产长度可超过100米。
59.以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理 解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说 将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精 神或范围的情况下，在其它实施例中实现。
60.应当理解的是，本发明并不局限于上述已经描述的内容，并且可 以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权 利要求来限制。