一种连续碳纤维熔融浸渍热塑性聚合物预浸带制备模具的制作方法

本发明涉及塑料机械，特别是一种连续碳纤维熔融浸渍热塑性聚合物预浸带制备模具。

背景技术：

连续碳纤维增强热塑性聚合物基复合材料具有高强、质轻、可回收利用等优点，该复合材料可通过制备单向的连续纤维预浸带进行不同角度的铺层制备，满足不同的力学性能需要，所以该材料具有较强的可设计性。目前连续碳纤维预浸带多为热固性聚合物基体，无法回收，对环境不友好。与之相比，热塑性聚合物基体可以做到全部回收利用，但是碳纤维增强热塑性树脂基预浸带的生产具有如下难点：首先，热塑性基体需要更高的温度将聚合物熔融，才能与碳纤维进行良好的浸润；其次，热塑性塑料基体比热固性塑料基体具有更大的粘度，增加了树脂与碳纤维的浸润难度。现有浸渍设备能较好的解决以上问题，但是能存在如下问题：（1）现有模具中的张力辊多为固定辊，碳纤维在生产时容易因磨损而断裂，影响生产的连续性与预浸带的质量；（2）预浸带的厚度调整多为普通螺纹螺母配合，调整间隔较大，只能进行粗调；（3）进熔体口多采用在模具上直接钻孔，并且下料口也为小孔，加工难度较大且料流在展开的碳纤维带上分布不均匀，从而导致预浸带中树脂分布不均。

技术实现要素：

针对上述情况，为克服现有技术之缺陷，本发明提供一种连续碳纤维熔融浸渍热塑性聚合物预浸带制备模具，有效的解决了以上背景技术中的技术问题，实现了对预浸带厚度的精密控制，保证熔体的连续均匀进料，简化了加工难度，可以改变张力辊对碳纤维的压力，减少纤维的磨损，并且对辊可对碳纤维上下两侧都提供压力，进一步改善浸润效果。

本发明包括上模和下模，上模上端设有上模底板，下模下端设有下模底板，上模和下模之间的间隔构成熔体池，所述上模和下模相对面为相互配合的曲面，所述上模和下模内分别前后间隔转动设有三个动力对辊，所述上模的动力对辊和下模的动力对辊一一上下对应，所述动力对辊的外圆面部分伸入到熔体池内，上模内设有转动置于两相邻动力对辊之间的张力辊，所述张力辊外圆面部分置于熔体池内，所述动力对辊经动力装置驱动，上模内的动力对辊两端转动固定在微调机构上，所述上模底板下端设有多个置于上模内的加热板，所述下模底板上端设有多个置于下模内的加热板，位于前端的动力对辊的后侧的上模下设有进熔体管，所述进熔体管由截面呈弧形的左瓣管和右瓣管相互对接经管箍和螺钉紧固构成，所述左瓣管的其中一个对接面和与之相对接的右瓣管的对接面上分别设有相互配合的缺口，所述缺口沿着进熔体管径向两端开放且轴向两端封闭，所述管箍置于缺口的两端的进熔体管上，所述进熔体管的其中一端经堵头封端，所述进熔体管的另一端为熔体进口，所述缺口置于下端且连通熔体池。

本发明的有益效果是：1.采用微动螺旋机构可以对辊轮间隙进行微调整，实现对预浸带厚度的精密控制；

2.采用瓣合狭缝式独立熔体进料管，保证熔体的连续均匀进料，并且简化了模具的加工难度；

3.采用张力辊和外动力驱动对辊相间分布设计，张力辊采用椭圆形安装孔固定，张力辊的高度可调整，以此可改变辊对碳纤维的压力，并且采用带外动力的对辊和可旋转压力辊变滑动摩擦为滚动摩擦，减少纤维的磨损，并且对辊可对碳纤维上下两侧都提供压力，进一步改善浸润效果。

附图说明

图1为本发明的主视剖视图。

图2为本发明动力对辊的安装示意图。

图3为本发明的进熔体管的安装示意图。

图4为本发明的张力辊的安装示意图。

图5为本发明进熔体管的结构图。

图6为本发明上模中的动力对辊安装微调机构的示意图。

图7为本发明微调结构的主视图。

图8为本发明微调机构的侧视图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。

由图1至图8给出，其中图1中的左侧为本发明下面结构中描述设备的前方或前端，本发明的技术方案是，包括上模1和下模2，上模1上端设有上模底板3，下模2下端设有下模底板4，上模1和下模2之间的间隔构成熔体池5，所述上模1和下模2相对面为相互配合的曲面，所述上模1和下模2内分别前后间隔转动设有三个动力对辊6，所述上模1的动力对辊和下模2的动力对辊一一上下对应，所述动力对辊6的外圆面部分伸入到熔体池5内，上模1内设有转动置于两相邻动力对辊6之间的张力辊7，所述张力辊7外圆面部分置于熔体池5内，所述动力对辊6经动力装置驱动，上模1内的动力对辊6两端转动固定在微调机构上，所述上模底板3下端设有多个置于上模1内的加热板8，所述下模底板3上端设有多个置于下模2内的加热板8，位于前端的动力对辊6的后侧的上模1下设有进熔体管9，所述进熔体管9由截面呈弧形的左瓣管901和右瓣管902相互对接经管箍903和螺钉904紧固构成，所述左瓣管901的其中一个对接面和与之相对接的右瓣管902的对接面上分别设有相互配合的缺口905，所述缺口905沿着进熔体管9径向两端开放且轴向两端封闭，所述管箍903置于缺口905的两端的进熔体管9上，所述进熔体管9的其中一端经堵头906封端，所述进熔体管9的另一端为熔体进口，所述缺口905置于下端且连通熔体池5。

所述上模1和下模2的左右侧分别设有左侧板10和右侧板11，所述进熔体管9的熔体进口经置于左侧板10外的连接管法兰12与挤出设备相连。

所述上模1上端和下模2下端分别设有多个凹槽，所述加热板8置于凹槽内。

所述上模1和下模2的左右侧分别设有左侧板10和右侧板11，所述上模1下端和下模2上端分别设有多个弧形的对辊放置通槽13，所述动力对辊6置于对辊放置通槽13内，所述左侧板10和右侧板11上分别设有对辊穿过孔，所述动力对辊6的两端穿过对辊穿过孔，下模2上的动力对辊6转动固定在对辊穿过孔上，上模1上的动力对辊6转动连接在置于左右侧板外的微调结构上，上模1上的动力对辊6与对辊穿过孔之间有间隙，上下配合的两动力对辊6位于其中一侧端部分别套装有相互啮合的齿轮14，上下配合的两动力对辊6的其中一个动力对辊6的另一端经链轮15和链条连接有转动电机。

所述微调结构包括上模1上的动力对辊6上转动套装的置于左右侧板外的微调环16，所述微调环16上端固定有竖向的微调螺栓17，所述微调螺栓17的上端开有内螺纹孔18，上模底板3上旋拧有调节螺栓19，所述调节螺栓19包括旋向相同的上部的第一外螺纹20和下部的第二外螺纹21，所述第一外螺纹20旋拧在上模底板3上，所述第二外螺纹21旋拧在内螺纹孔18内，所述第二外螺纹21的螺距小于第一外螺纹20。

所述上模1和下模2的左右侧均设有左侧板10和右侧板11，所述上模1下端设有置于两相邻动力对辊6之间的弧形的张力辊放置通槽22，所述张力辊7置于张力辊放置通槽22内，所述张力辊7两端转动设置在左侧板10和右侧板11上。

所述张力辊7两端转动连接有支板23，所述左侧板10和右侧板11分别设有竖向呈条形的支板连接孔，所述支板23经螺栓和螺母固定在支板连接孔上。条形支板连接孔也可以是椭圆形。设置条形的支板连接孔，可以随时调整张力辊的高度，进而改变张力辊与纤维带的张力角，以获取更佳的浸润效果。

所述缺口905的深度为0.5mm-1mm，两个缺口905对接后构成一个1-2mm的狭缝907。狭缝907的轴向两端封闭，径向连通进熔体管9内部和外部，宽度为1-2mm。

所述进熔体管9径向截面的外边呈圆形，所述进熔体管9远离堵头906的一端的外圆面上设有外螺纹。使用外螺纹将进料管固定在模具的上模侧板上，使得固定方便快捷，拆装方便，使用外螺纹只是一种优选的固定方式，当然也可以通过其它的公知方式进行固定。

本发明的管箍903可以有多个，间隔套在进熔体管9上，但是有缺口905的位置处不设置管箍903，管箍903套在进熔体管9上之后经螺钉904固定即可。

本发明进熔体管9使用时，整个进熔体管9通过螺纹连接固定在模具的上模侧板上，没有堵头906的一端为进料口，左瓣管901和右瓣管902的一侧都有一个0.5-1mm的缺口905，在两瓣管对扣后形成一个1-2mm的狭缝907，将狭缝907朝向下放置，此时狭缝907的上下通透，纵向宽度为1-2mm，轴向两端封闭，熔体经进料口进入到进熔体管9内，然后经狭缝907均匀的落在纤维单向带上或者熔体池5里。本发明使用狭缝式下料口，使得下料均匀、连续；使用瓣式进料管，简化了模具的加工难度，安装拆卸方便；使用独立的进料管，减少模具厚度，减轻模具的重量。

本发明的上模1和下模2的面对面的曲面，曲面的两端可以是水平的，然后向内有一个凹弧，两凹弧之间连接一个向上凸起的圆弧即可，在设置进熔体管9的上模1的下端挖一个放置槽，将进熔体管9放置在放置槽内，进熔体管9的下端的缺口905连通熔体池5。上模1固定在上模底板3上，下模2固定在下模底板4上，然后上模底板3和下模底板4之间经支撑柱24支撑连接即可。

本发明经预展开的碳纤维单向带由模具前侧进入，首先经过一对动力对辊6进行整形，模具由连接管法兰25与挤出设备相连，熔体由此进入进熔体管9，进熔体管9有两个瓣管组成，经管箍903固定，通过螺纹连接固定在上模左侧板10上。两瓣管中间有一狭缝907，熔体由狭缝907均匀的落在碳纤维单向带上方，经过张力辊7，使碳纤维张紧并产生单向压力，使熔体初步浸润纤维，再经过动力对辊6对碳纤维上下两侧提供压力使熔体均匀的对纤维上下两侧产生浸润。再进过一组张力辊7和动力对辊6反复张紧、受力，使浸润效果更佳，最后一组动力对辊6同时具有整形的作用，可通过微调机构调整其辊间隙精确控制制品的最终厚度。三对动力对辊6中的下辊由外接电机经链轮15带动同步旋转，而上辊1经齿轮14啮合传动与下辊2做等速相向旋转，对熔体及纤维带产生压力，使熔体渗入纤维带间隙。主动旋转的动力对辊6和被动旋转的张力辊7，都使纤维与辊轮之间的摩擦由滑动摩擦变为滚动摩擦，减小了摩擦力，避免了因摩擦力过大造成的纤维断裂。张力辊7通过支板23固定在上模左侧板10上，并且固定孔采用椭圆形固定孔，可以随时调整张力辊的高度，进而改变张力辊与纤维带间的张力角，以获取更佳的浸润效果。上模1和下模2中间为熔体池5，熔体池5上下面采用曲面，减小了熔体室的容积，不但可以增加室内熔体压力，而且可以减少熔体室内的熔体储存量，避免大量熔体在高温的模具中停留时间过长造成熔体的氧化变色。所述张力辊可以设置在下模去面对的凹弧内，此种设置可以使得张力辊对纤维带的包角变大，由以前的线接触变为现在的弧面接触，压力范围更大，更加有利于熔体浸透纤维。

本发明的有益效果是：1.采用微动螺旋机构可以对辊轮间隙进行微调整，实现对预浸带厚度的精密控制。

2.采用瓣合狭缝式独立熔体进料管，保证熔体的连续均匀进料，并且简化了模具的加工难度。

3.采用张力辊和外动力驱动对辊相间分布设计，张力辊采用椭圆形安装孔固定，张力辊的高度可调整，以此可改变辊对碳纤维的压力，并且采用带外动力的对辊和可旋转压力辊变滑动摩擦为滚动摩擦，减少纤维的磨损，并且对辊可对碳纤维上下两侧都提供压力，进一步改善浸润效果。

以上有益效果配合大大改善了预浸带的工序过程和浸润效果。