一种利用电磁加热改善碳纤维预浸料铺层质量的装置

本发明涉及碳纤维复合材料层合板制备领域，特别涉及一种利用电磁加热改善碳纤维预浸料铺层质量的装置。

背景技术：

1、碳纤维树脂基复合材料是一种结合了碳纤维和树脂的高性能材料，它的出色性能使其在航空航天、汽车、体育器材等领域得到广泛应用。碳纤维具有重量轻、强度高、刚度大、耐腐蚀等优点，而树脂则能够起到粘合和保护纤维的作用，两者相结合形成的复合材料具有优异的力学性能和耐用性。预浸料是碳纤维复合材料的一种常见形式，它是将碳纤维布事先浸渍于树脂中制成的，在制造复杂形状的零件时具有很大的便利性。预浸料铺层是制备碳纤维复合材料零件的重要工艺步骤，它包括将预浸料按照设计要求进行层叠，并通过热压或其他方法进行固化成型，最终形成具有所需形状和性能的复合材料零件。碳纤维预浸料铺层的质量和均匀性对最终复合材料的性能至关重要。不仅需要确保树脂和纤维的均匀分布以保证材料的强度和刚度，还需要避免产生气孔等缺陷，以确保复合材料的可靠性和耐久性。因此，预浸料铺层工艺的优化和控制对于生产高质量碳纤维复合材料制品具有重要意义。

2、在当前先进碳纤维复合材料制造中，多采用预浸料铺层后热压固化工艺，然而传统的人工铺贴和自动铺放成型技术在铺层过程中存在一系列问题，如铺层不均匀、树脂纤维分布不均匀等，导致制备的复合材料性能不稳定。具体来说，传统方法中，由于人工操作的不稳定性，预浸料在铺贴过程中容易产生树脂和纤维分布不均匀的情况，甚至会出现气孔等缺陷，影响了复合材料的整体性能。此外，不规范的铺贴操作还容易导致表面褶皱、凹陷等质量问题，进一步降低了制品的质量和可靠性。同时，预浸料铺层过程中对厚度和均匀性的控制也存在难度，常常引起孔隙、贫胶、树脂富集等缺陷，影响了最终产品的性能和外观。电磁加热辅助预浸料铺层技术是碳纤维复合材料制备领域的创新方法，利用电磁加热技术改善了预浸料铺层过程中的树脂流动性。通过提升预浸料的温度，降低树脂的粘度，预浸料更易于塑形成所需结构。控制电磁场参数确保了温度均匀分布，避免了热点和冷点，提高了铺层的均匀性和质量。与传统热源相比，电磁加热效率更高，使铺层过程更快、更有效率。这一技术为碳纤维复合材料制备提供了新的技术手段，提升了生产效率和产品质量。鉴于此，为了解决碳纤维预浸料铺层中存在的问题，提高铺层效率和质量，设计一种电磁辅助铺层装置对碳纤维预浸料铺放、压实过程中的树脂流动进行干预以提高碳纤维预成型件的成形质量是非常有必要的。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种利用电磁加热改善碳纤维预浸料铺层质量的装置，以解决上述问题，实现碳纤维预浸料铺层下层间树脂和碳纤维结合强度增强、预浸料铺层孔隙率降低和平面平整无褶皱，达到改善碳纤维预浸料铺层质量的目的。

2、为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

3、一种利用电磁加热改善碳纤维预浸料铺层质量的装置，装置包括工作平台、加热转移模块、可控辊压模块和电磁加热模块：所述加热转移模块包括：丝杠电机、平移丝杠、升降丝杠、推板丝杠、推板、转移平台、连接架；所述可控辊压模块包括：固定柱、施力架、压力辊、液压缸、压力辊连接轴、连接件、弹簧；所述电磁加热模块包括：电磁加热平台、液压杆孔洞、电磁线圈所述工作平台承载加热转移模块、可控辊压模块和电磁加热模块，其中前两个模块由丝杠滑轨固定连接于工作平台，电磁加热模块镶嵌固定在工作平台内部。

4、优选的，所述电磁加热模块分为两侧和中间三个加热区域，左右两侧对铺层前的预浸料进行快速加热，改变预浸料粘度和流动性，有利于后续铺层过程中层间树脂渗透和纤维分布，提高层间结合强度，两侧加热区域同时工作提高铺层效率。

5、优选的，所述电磁加热模块中间加热区域为铺层区域，对正在铺层和铺层后的的预浸料和预成型体加热保温直到铺层结束，通过改变中间加热区域电压、频率等控制参数实现对整个铺层过程的加热均匀化，保持铺层过程中树脂粘度和流动性，减少层间和层内孔隙形成。

6、优选的，所述加热转移模块由平移丝杠和升降丝杠和推板丝杠控制碳纤维预浸料的横向和纵向移动，升降丝杠推板丝杠配合实现不同层厚预浸料铺层，转移平台台面采用导体材料，电磁感应加热预浸料，推板设计为分离方向和推离方向，分别实现加热后预浸料与转移平台的分离和推离加热区域，加热和转移过程由丝杠实现，提高铺层精度和效率，减少人为铺层带来的杂质和不稳定性。

7、优选的，所述可控辊压模块由液压缸给施力架施压，作用于压力辊连接轴实现压力辊的压力变化，连接件配合弹簧实现压力辊升降，到达对不同层厚预浸料加压铺层，压力辊对已加热的预浸料进行往复辊压，排除层间和层内孔隙，改善表面褶皱，促进层间树脂和纤维结合强度，改善铺层质量。

8、本发明具有以下有益效果：

9、1.本发明的电磁加热模块对铺层前的预浸料进行快速加热，改变预浸料粘度和流动性，有利于后续铺层过程中层间树脂渗透和纤维分布，提高层间结合强度，两侧加热区域同时工作提高铺层效率，通过改变加热区域电压、频率等控制参数实现对整个铺层过程的加热均匀化，保持铺层过程中树脂粘度和流动性，减少层间和层内孔隙形成；

10、2.加热转移模块转移平台台面采用导体材料，电磁感应加热预浸料，推板设计为分离方向和推离方向，加热和转移过程由丝杠实现，提高铺层精度和效率，减少人为铺层带来的杂质和不稳定性；

11、3.可控辊压模块的压力辊可以对不同层厚预浸料加压铺层，压力辊对已加热的预浸料进行往复辊压，排除层间和层内孔隙，改善表面褶皱，促进层间树脂和纤维结合强度，改善铺层质量。

技术特征：

1.一种利用电磁加热改善碳纤维预浸料铺层质量的装置，其特征在于：装置包括工作平台（4）、加热转移模块、可控辊压模块和电磁加热模块：

2.根据权利要求书1所述一种利用电磁加热改善碳纤维预浸料铺层质量的装置，其特征在于：所述电磁加热模块分为两侧和中间三个加热区域，左右两侧对铺层前的预浸料进行快速加热，改变预浸料粘度和流动性，有利于后续铺层过程中层间树脂渗透和纤维分布，提高层间结合强度，两侧加热区域同时工作提高铺层效率。

3.根据权利要求书2所述一种利用电磁加热改善碳纤维预浸料铺层质量的装置，其特征在于：所述电磁加热模块中间加热区域为铺层区域，对正在铺层和铺层后的的预浸料和预成型体加热保温直到铺层结束，通过改变中间加热区域电压、频率等控制参数实现对整个铺层过程的加热均匀化，保持铺层过程中树脂粘度和流动性，减少层间和层内孔隙形成。

4.根据权利要求书1所述一种利用电磁加热改善碳纤维预浸料铺层质量的装置，其特征在于：所述加热转移模块由平移丝杠（11）和升降丝杠（12）和推板丝杠（13）控制碳纤维预浸料的横向和纵向移动，升降丝杠（12）推板丝杠（13）配合实现不同层厚预浸料铺层，转移平台（15）台面采用导体材料，电磁感应加热预浸料，推板（14）设计为分离方向和推离方向，分别实现加热后预浸料与转移平台（15）的分离和推离加热区域，加热和转移过程由丝杠实现，提高铺层精度和效率，减少人为铺层带来的杂质和不稳定性。

5.根据权利要求书1所述一种利用电磁加热改善碳纤维预浸料铺层质量的装置，其特征在于：所述可控辊压模块由液压缸（25）给施力架（23）施压，作用于压力辊连接轴（26）实现压力辊（24）的压力变化，连接件（27）配合弹簧（28）实现压力辊（24）升降，到达对不同层厚预浸料加压铺层，压力辊（24）对已加热的预浸料进行往复辊压，排除层间和层内孔隙，改善表面褶皱，促进层间树脂和纤维结合强度，改善铺层质量。

技术总结本发明涉及碳纤维复合材料层合板制备领域，特别涉及一种利用电磁加热改善碳纤维预浸料铺层质量的装置。为解决碳纤维预浸料铺层质量差等问题，该装置采用电磁快速加热技术，调节熔融状态下树脂的粘度和流动性，再通过辊压促进预浸料层间树脂和纤维的均匀结合。该装置包括加热转移模块、可控辊压模块和电磁加热模块，全部模块均位于工作平台上，电热加热模块对铺层前后预浸料加热，加热后的预浸料通过加热转移模块丝杠控制移动至铺层区，再由可控辊压模块的压力辊进行辊压。整个铺层过程使碳纤维预浸料得到快速加热和均匀受热，处于熔融状态的预浸料通过可控辊压模块往复辊压，减少层间及层内的孔隙和表面褶皱，改善预浸料铺层质量。技术研发人员：黄志权,张亮亮,牛文权,郭瑜,高翔宇,邹金超,江连运,张苗苗受保护的技术使用者：太原科技大学技术研发日：技术公布日：2024/7/18