一种短纤维增强热塑性复合材料瓦楞结构的成型方法

技术领域

本发明属于夹层结构制造技术领域，尤其是一种短纤维增强热塑性复合材料瓦楞结构的成型方法。

背景技术

在夹层结构复合材料中使用低密度夹芯结构材料可增加层合板的厚度，同时可以大幅度提高层合板的刚度，因此，该类型结构复合材料被广泛应用于航空航天、船舶制造和军工等领域。目前，夹芯结构材料的类型主要硬质泡沫、蜂窝、轻木和瓦楞结构；虽然上述夹芯结构材料作为夹芯材质已在不同领域得到应用，但因其自身结构的缺点，使得其应用领域的扩展受到限制。

国家实用新型专利CN202368005U中，制备了一种夹芯结构，其结构形式为：采用聚丙烯或聚氨酯泡沫材料作为夹芯结构的第一基层、轻木材质不耐潮湿。国家实用新型专利CN105172280B中，制备了一种蜂窝夹芯板复合材料，从上之下依次为上蒙皮、上表面胶、蜂窝夹芯、下表面胶和下蒙皮，蜂窝芯层和面板的胶结性能较弱且需要防水处理。国家实用新型专利CN205150216U，制备了一种小型无人机的泡沫夹芯机翼，该泡沫结构为上蒙皮、上表面胶、泡沫夹芯层、下表面胶和下蒙皮，该结构的缺陷在于泡沫夹芯结构的力学性能差，且蒙皮和泡沫的结合力较差，此外，泡沫随型性差，加工繁琐。

发明内容

本发明的目的在于提供一种短纤维增强热塑性复合材料瓦楞结构的成型方法，该瓦楞结构除了兼具上述常规芯层结构的优点外，引入了增强纤维，具有较高的刚度等力学性能。还提供了该瓦楞的制造装置，能够连续、高效地制备梯形波形的芯层结构。

本发明的目的是这样实现的：片材设备1、热压定型辊2、冷压定型辊3、瓦楞结构4、传输装置5、切割装置6。所述热压定型辊2和冷压定型辊3的外轮廓均设置有均匀的定型齿20，所述定型齿20的长度方向为热压定型辊2和冷压定型辊3的轴向，且定型齿20的断面呈梯形。

进一步地，所述挤出机与片材模具连接。

进一步地，所述片材模具挤出短纤维增强热塑性复合材料片材后，该平面状态的片材直接引入热压定型辊和冷压定型辊。

进一步地，还包括传输装置和切割装置，所述定型装置、传输装置和切割装置依次设置。

进一步地，所述传输装置包括多根水平的传送轴。

短纤维增强热塑性复合材料瓦楞结构，包括纤维和树脂基体，所述树脂基体包覆所述纤维，且瓦楞结构呈连续的梯形波形。

进一步地，所述纤维为碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维和玄武岩纤维中的一种或者几种的混合。

进一步地，所述树脂基体为PP、PE、PA、PPS和PEEK塑料中的一种。

本发明的有益效果是：本发明的瓦楞结构在树脂基体中引入了纤维材料，增强了刚度等力学性能，且将瓦楞材料设置为梯形波形，提高了抗压和抗弯性能。此外，本发明的瓦楞结构比较柔软，具有较强的随型性，可以实现和物体表面的紧密贴合，并且加工便捷。

本发明的制备装置通过对纤维和热塑性树脂基体在挤出机中进行塑化和混合，并由片材模具制备成平面状态的片状结构，并且在热压定型辊和冷压定型辊上设置梯形的定型齿上进行成型，实现了连续制备波浪形的瓦楞结构，效率高。

附图说明

图1是本发明短纤维增强热塑性复合材料瓦楞结构的整体示意图；

图2是本发明制备装置的示意图；

图3是热压定型辊和冷压定型辊的示意图；

图4是片材设备模具的俯视示意图；

1-片材设备；11-挤出机；12-片材模具；2-热压定型辊；3-冷压定型辊；4-瓦楞结构；5-传输装置；6-切割装置；20-定型齿；。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

如图1所示，本发明短纤维增强热塑性复合材料瓦楞结构，包括纤维和树脂基体，所述树脂基体包覆所述纤维，且瓦楞结构呈连续的梯形波形。

所述纤维为碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维和玄武岩纤维中的一种或者几种的混合。

所述树脂基体为PP、PE、PA、PPS和PEEK塑料中的一种，即树脂基体可采用聚丙烯、聚乙烯、尼龙、聚苯硫醚和聚醚醚酮等。

本发明将瓦楞材料设计为梯形波形，较传统的芯层材料（轻木、蜂窝和泡沫等）具有较高的刚度等力学性能，此外，通过设置增强纤维，提高了其抗压和抗弯性能。另外，本发明产品柔软具有较强随型性，可以实现和物体表面的紧密贴合，并且加工便捷，且较传统的夹层结构更加轻质，其比强度和比刚度更大。通过“热-冷”定型辊的作用，将瓦楞结构材料的内应力均匀释放。增强可为碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维和者玄武岩纤维中的一种或者几种的混合形式，树脂基体可采用聚丙烯、聚乙烯、尼龙、聚苯硫醚和聚醚醚酮等，实现了产品形式的多样化，使本发明的瓦楞结构可以用在不同的工况下。

上述短纤维增强热塑性复合材料瓦楞结构的制造装置，如图2和图3所示，包括依次设置的片材设备1、热压定型辊2、冷压定型辊3、瓦楞结构4、传输装置5、切割装置6。所述热压定型辊2和冷压定型辊3的外轮廓均设置有均匀的定型齿20，所述定型齿20的长度方向为热压定型辊2和冷压定型辊3的轴向，且定型齿20的断面呈梯形。

如图4所示，所述片材模具12连接有挤出机11。挤出机11含有主喂料口和侧喂料口及其对应的计量装置，热塑性树脂基体由主喂料口加入和短纤维由侧喂料口加入。经过塑化和混合后的短纤维增强热塑性复合材料挤入片材模具12，制备的片材预浸料厚度范围0.1-2mm、宽度8-300mm。

经过片材模具12后，片材为平面型，定型装置则用于将平面型的片材成型为瓦楞波形状，热压定型辊2和冷压定型辊3如图3所示，利用梯形的定型齿20对瓦楞进行挤压，使得瓦楞变形，热压定型辊2和冷压定型辊3尺寸和结构相同，定型辊的直径范围为100-200mm（优选150mm）。先利用热压定型辊2进行挤压定型，再利用冷压定型辊3进行挤压定型，其中，热压定型辊2的温度范围为低于树脂基体熔点10-50℃（优选低于熔点20℃）、冷压定型辊3的温度范围为50-100℃（优选80℃）。

为了便于将制备成型的瓦楞结构4进行切割，还包括传输装置10和切割装置11，所述定型装置、传输装置10和切割装置11依次设置。传输装置5用于传输瓦楞结构4，切割装置6可采用现有常规的设备，根据实际需要将瓦楞结构4切割成一定的长度。

传输装置5可以是传输带等，所述传输装置5包括多根水平的传送轴。

本制备装置能够实现成型、输送、切割等所有工序，实现连续化制备瓦楞结构4，效率高。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。