1.本发明属于蜂窝芯成形技术领域，具体涉及一种纤维增强热塑性树脂基蜂窝芯制造装置及方法。
背景技术：2.纤维增强热塑性树脂基复合材料蜂窝结构具有质量轻、强度高、良好的结构稳定性与抗冲击性等突出优点，广泛应用于航天航空、交通运输等重要领域。随着节能减排及轻量化设计需求不断增加，纤维增强树脂基复合材料蜂窝结构在生物医疗、民生工程、机械装备等多领域也开始展现出非常广阔的应用前景，热塑性树脂材料蜂窝板制造需求大。
3.目前，热塑性树脂基复合材料蜂窝芯主要利用胶接实现树脂基板材的结合而后通过牵引扩展制备出相应六边形结构的蜂窝芯，但这种加工方法精度差，易出现不规则的六边形蜂窝，胶接固化时间长，加工效率低，且胶接位置可靠性差，影响蜂窝板成形及使用效果。如何快速高效实现纤维增强热塑性树脂基复合材料蜂窝芯的可靠制造是目前亟需解决的关键技术之一。
技术实现要素：4.本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种纤维增强热塑性树脂基蜂窝芯制造装置及方法，实现自动化生产，成形精度高，简化制作工序，提高生产效率。
5.本发明提供了如下的技术方案：
6.第一方面，提供一种纤维增强热塑性树脂基蜂窝芯制造装置，包括送料导轨、第一焊合机构和第二焊合机构；
7.所述送料导轨用于传送纤维增强热塑性树脂基复合板材；
8.所述第一焊合机构和第二焊合机构沿送料导轨的送料方向间隔设置，所述第一焊合机构和第二焊合机构分别包括若干组能够两两相对运动的第一夹具和第二夹具，所述第一夹具和第二夹具在垂直于送料导轨的送料方向上交错分布；
9.所述第一焊合机构和第二焊合机构用于分别交替焊合相邻两块纤维增强热塑性树脂基复合板材，获得含有正六边形蜂窝结构的纤维增强热塑性树脂基蜂窝芯。
10.进一步的，所述送料导轨通过步进电机实现步进传送。
11.进一步的，所述第一夹具和第二夹具内设有可控电阻加热装置，所述第一夹具和第二夹具通过气动活塞实现位移。
12.第二方面，提供一种采用第一方面所述装置制造纤维增强热塑性树脂基蜂窝芯的方法，包括以下步骤：
13.纤维增强热塑性树脂基复合板材通过送料导轨传送至第一焊合机构处时，第一焊合机构的第一夹具两两相对运动，对相邻两块纤维增强热塑性树脂基复合板材加热加压并使其焊合在一起，第一夹具工作结束后恢复至原位置；
14.纤维增强热塑性树脂基复合板材继续前进一个单位，同时，第一焊合机构后移一
个单位，第二焊合机构前进一个单位，随后第二焊合机构的第二夹具两两相对运动，对相邻两块纤维增强热塑性树脂基复合板材加热加压并使其焊合在一起，第二夹具工作结束后恢复至原位；
15.纤维增强热塑性树脂基复合板材继续前进一个单位，同时，第二焊合机构后移一个单位，第一焊合机构前进一个单位，随后第一焊合机构的第一夹具两两相对运动，对相邻两块纤维增强热塑性树脂基复合板材加热加压并使其焊合在一起，第一夹具工作结束后恢复至原位置；
16.重复前述两个步骤使第二焊合机构和第一焊合机构交替工作，获得含有正六边形蜂窝结构的纤维增强热塑性树脂基蜂窝芯。
17.进一步的，所述纤维增强热塑性树脂基复合板材前进的一个单位长度为正六边形蜂窝的边长长度。
18.进一步的，所述纤维增强热塑性树脂基复合板材中的纤维为玻璃纤维、碳纤维、陶瓷纤维、石墨纤维、聚酯纤维、芳纶、天然纤维中的任意一种。
19.进一步的，所述纤维增强热塑性树脂基复合板材中的热塑性树脂为聚丙烯、聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯醚、聚酰胺、聚甲醛中的任意一种。
20.进一步的，所述纤维增强热塑性树脂基复合板材的厚度为0.1～3.0mm，宽度为1.0～10.0cm。
21.进一步的，所述第一夹具和第二夹具焊合纤维增强热塑性树脂基复合板材时的加热温度为100～280℃，挤压力为0.1～5.0mpa，夹持时间为1～5s。
22.进一步的，所述第一夹具和第二夹具的夹持面形状为矩形，矩形长度为1.0～10.0cm，矩形宽度为0.5～5.0cm。
23.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
24.(1)本发明通过纤维增强热塑性树脂基复合板材的不断送进以及第一焊合机构和第二焊合机构的交替工作，获得含有正六边形蜂窝结构的纤维增强热塑性树脂基蜂窝芯，可实现自动化生产，成形精度高，简化了制作工序，生产效率高；
25.(2)本发明通过第一夹具和第二夹具对相邻两块纤维增强热塑性树脂基复合板材进行加热加压，使得界面材料熔合，达到热塑性焊接效果，复合板材结合强度高；
26.(3)本发明提供的制造工艺高效可靠，大大提高了纤维增强热塑性树脂基复合材料蜂窝芯制造的能力与质量，且该技术不受树脂材料及纤维增强体材料的限制，具有较广的应用范围与适应性。
附图说明
27.图1是本发明实施例中纤维增强热塑性树脂基蜂窝芯制造装置的结构示意图；
28.图2是本发明实施例中第一焊合机构工作时的状态示意图；
29.图3是本发明实施例中第一焊合机构和第二焊合机构交替运动时的状态示意图；
30.图中标记为：1、第一焊合机构；2、第二焊合机构；3、纤维增强热塑性树脂基复合板材。
具体实施方式
31.下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
32.需要说明的是，在本发明的描述中，术语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图中所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明而不是要求本发明必须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。
33.实施例1
34.如图1所示，本实施例提供一种纤维增强热塑性树脂基蜂窝芯制造装置，包括送料导轨、第一焊合机构1和第二焊合机构2。
35.送料导轨通过步进电机实现步进传送，送料导轨用于传送纤维增强热塑性树脂基复合板材3。
36.第一焊合机构1和第二焊合机构2沿送料导轨的送料方向间隔设置，第一焊合机构1和第二焊合机构2分别包括若干组能够两两相对运动的第一夹具和第二夹具，第一夹具和第二夹具在垂直于送料导轨的送料方向上交错分布。第一夹具和第二夹具内设有可控电阻加热装置，第一夹具和第二夹具通过气动活塞实现位移；第一夹具和第二夹具的夹持面形状为矩形，矩形长度为1.0～10.0cm，矩形宽度为0.5～5.0cm。第一焊合机构1和第二焊合机构2用于分别交替焊合相邻两块纤维增强热塑性树脂基复合板材3，获得含有正六边形蜂窝结构的纤维增强热塑性树脂基蜂窝芯。
37.实施例2
38.本实施例提供一种纤维增强热塑性树脂基蜂窝芯的制造方法，采用实施例1中的装置，其中，第一夹具和第二夹具的矩形夹持面长度为2.0cm，宽度为1.0cm。具体制造步骤如下：
39.(1)如图1所示，取六块厚度为0.5mm，宽度为1.0cm的碳纤维增强聚乙烯复合薄板通过送料导轨进行步进送料，步进距离为10.0mm。
40.(2)如图2所示，碳纤维增强聚乙烯复合薄板步进至相应位置后，第一焊合机构1的各第一夹具被加热到120℃且两两相对运动，在外界载荷下将两个第一夹具中间的两块板料挤压在一起，挤压力为0.2mpa，保持2s，之后迅速松开第一夹具恢复至初始位置，第一夹具中间的两块板料被牢固焊合在一起，整个过程中，第二焊合机构2保持在原状态不工作。
41.(3)如图3所示，碳纤维增强聚乙烯复合薄板继续向前步进10mm，同时，第一焊合机构向后步进10mm，而第二焊合机构向前步进10mm。
42.(4)第二焊合机构2的各第二夹具被加热到120℃且两两相对运动，在外界载荷下将第二夹具中间的两块板料挤压在一起，挤压力为0.2mpa，保持2s，之后迅速松开第二夹具恢复至初始位置，第二夹具体中间两块板料被牢固焊合在一起，整个过程中，第一焊合机构1保持在原状态不工作。
43.(5)碳纤维增强聚乙烯复合薄板继续向前步进10mm，同时，第二焊合机构2向后步进10mm，而第一焊合机构1向前步进10mm。
44.(6)重复步骤(2)～(5)，通过第一焊合机构1和第二焊合机构2交替工作，获得含有正六边形蜂窝结构的碳纤维增强聚乙烯蜂窝芯，实现连续高效自动化生产制造，蜂窝结构稳定，使用性能可靠。
45.实施例3
46.本实施例提供一种纤维增强热塑性树脂基蜂窝芯的制造方法，采用实施例1中的装置，其中，第一夹具和第二夹具的矩形夹持面长度为1.0cm，宽度为0.5cm。具体制造步骤如下：
47.(1)如图1所示，取六块厚度为0.1mm，宽度为1.0cm的玻璃纤维增强聚丙烯复合薄板通过送料导轨进行步进送料，步进距离为5mm。
48.(2)如图2所示，玻璃纤维增强聚丙烯复合薄板步进至相应位置后，第一焊合机构1的各第一夹具被加热到200℃且两两相对运动，在外界载荷下将两个第一夹具中间的两块板料挤压在一起，挤压力为0.1mpa，保持1s，之后迅速松开第一夹具恢复至初始位置，第一夹具中间的两块板料被牢固焊合在一起，整个过程中，第二焊合机构2保持在原状态不工作。
49.(3)如图3所示，玻璃纤维增强聚丙烯复合薄板继续向前步进5mm，同时，第一焊合机构1向后步进5mm，而第二焊合机构2向前步进5mm。
50.(4)第二焊合机构2的各第二夹具被加热到200℃且两两相对运动，在外界载荷下将第二夹具中间的两块板料挤压在一起，挤压力为0.1mpa，保持1s，之后迅速松开第二夹具恢复至初始位置，第二夹具体中间两块板料被牢固焊合在一起，整个过程中，第一焊合机构1保持在原状态不工作。
51.(5)玻璃纤维增强聚丙烯复合薄板继续向前步进5mm，同时，第二焊合机构2向后步进5mm，而第一焊合机构1向前步进5mm。
52.(6)重复步骤(2)～(5)，通过第一焊合机构1和第二焊合机构2交替工作，获得含有正六边形蜂窝结构的玻璃纤维增强聚丙烯蜂窝芯，实现连续高效自动化生产制造，蜂窝结构稳定，使用性能可靠。
53.实施例4
54.本实施例提供一种纤维增强热塑性树脂基蜂窝芯的制造方法，采用实施例1中的装置，其中，第一夹具和第二夹具的矩形夹持面长度为10cm，宽度为5cm。具体制造步骤如下：
55.(1)如图1所示，取六块厚度为3.0mm，宽度为10cm的石墨纤维增强聚酰胺复合薄板通过送料导轨进行步进送料，步进距离为5cm。
56.(2)如图2所示，石墨纤维增强聚酰胺复合薄板步进至相应位置后，第一焊合机构1的各第一夹具被加热到280℃且两两相对运动，在外界载荷下将两个第一夹具中间的两块板料挤压在一起，挤压力为5mpa，保持5s，之后迅速松开第一夹具恢复至初始位置，第一夹具中间的两块板料被牢固焊合在一起，整个过程中，第二焊合机构2保持在原状态不工作。
57.(3)如图3所示，石墨纤维增强聚酰胺复合薄板继续向前步进5cm，同时，第一焊合机构1向后步进5cm，而第二焊合机构2向前步进5cm。
58.(4)第二焊合机构2的各第二夹具被加热到280℃且两两相对运动，在外界载荷下将第二夹具中间的两块板料挤压在一起，挤压力为5mpa，保持5s，之后迅速松开第二夹具恢复至初始位置，第二夹具体中间两块板料被牢固焊合在一起，整个过程中，第一焊合机构1保持在原状态不工作。
59.(5)石墨纤维增强聚酰胺复合薄板继续向前步进5cm，同时，第二焊合机构2向后步
进5cm，而第一焊合机构1向前步进5cm。
60.(6)重复步骤(2)～(5)，通过第一焊合机构1和第二焊合机构2交替工作，获得含有正六边形蜂窝结构的石墨纤维增强聚酰胺蜂窝芯，实现连续高效自动化生产制造，蜂窝结构稳定，使用性能可靠。
61.对比例1-3
62.采用现有胶接工艺制备与实施例2-4相同规格的蜂窝芯，作为对比例1-3。
63.对实施例2-4和对比例1-3在成形周期及蜂窝芯壁结合强度等方面进行对比，相应成形性能如下表1所示。
64.表1蜂窝芯成形性能
[0065][0066]
由表1可知，本发明实施例2-4的制造工艺更加高效，大大提高了纤维增强热塑性树脂基复合材料蜂窝芯制造的能力和生产效率；此外，实施例2-4制作的蜂窝芯的结合强度高，质量更好，成形精度高，合格率高，有利于降低生产成本。
[0067]
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变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。
技术特征：1.一种纤维增强热塑性树脂基蜂窝芯制造装置，其特征在于，包括送料导轨、第一焊合机构和第二焊合机构；所述送料导轨用于传送纤维增强热塑性树脂基复合板材；所述第一焊合机构和第二焊合机构沿送料导轨的送料方向间隔设置，所述第一焊合机构和第二焊合机构分别包括若干组能够两两相对运动的第一夹具和第二夹具，所述第一夹具和第二夹具在垂直于送料导轨的送料方向上交错分布；所述第一焊合机构和第二焊合机构用于分别交替焊合相邻两块纤维增强热塑性树脂基复合板材，获得含有正六边形蜂窝结构的纤维增强热塑性树脂基蜂窝芯。2.根据权利要求1所述的纤维增强热塑性树脂基蜂窝芯制造装置，其特征在于，所述送料导轨通过步进电机实现步进传送。3.根据权利要求1所述的纤维增强热塑性树脂基蜂窝芯制造装置，其特征在于，所述第一夹具和第二夹具内设有可控电阻加热装置，所述第一夹具和第二夹具通过气动活塞实现位移。4.一种采用权利要求1~3任一项所述装置制造纤维增强热塑性树脂基蜂窝芯的方法，其特征在于，包括以下步骤：纤维增强热塑性树脂基复合板材通过送料导轨传送至第一焊合机构处时，第一焊合机构的第一夹具两两相对运动，对相邻两块纤维增强热塑性树脂基复合板材加热加压并使其焊合在一起，第一夹具工作结束后恢复至原位置；纤维增强热塑性树脂基复合板材继续前进一个单位，同时，第一焊合机构后移一个单位，第二焊合机构前进一个单位，随后第二焊合机构的第二夹具两两相对运动，对相邻两块纤维增强热塑性树脂基复合板材加热加压并使其焊合在一起，第二夹具工作结束后恢复至原位；纤维增强热塑性树脂基复合板材继续前进一个单位，同时，第二焊合机构后移一个单位，第一焊合机构前进一个单位，随后第一焊合机构的第一夹具两两相对运动，对相邻两块纤维增强热塑性树脂基复合板材加热加压并使其焊合在一起，第一夹具工作结束后恢复至原位置；重复前述两个步骤使第二焊合机构和第一焊合机构交替工作，获得含有正六边形蜂窝结构的纤维增强热塑性树脂基蜂窝芯。5.根据权利要求4所述的纤维增强热塑性树脂基蜂窝芯的制造方法，其特征在于，所述纤维增强热塑性树脂基复合板材前进的一个单位长度为正六边形蜂窝的边长长度。6.根据权利要求4所述的纤维增强热塑性树脂基蜂窝芯的制造方法，其特征在于，所述纤维增强热塑性树脂基复合板材中的纤维为玻璃纤维、碳纤维、陶瓷纤维、石墨纤维、聚酯纤维、芳纶、天然纤维中的任意一种。7.根据权利要求4所述的纤维增强热塑性树脂基蜂窝芯的制造方法，其特征在于，所述纤维增强热塑性树脂基复合板材中的热塑性树脂为聚丙烯、聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯醚、聚酰胺、聚甲醛中的任意一种。8.根据权利要求4所述的纤维增强热塑性树脂基蜂窝芯的制造方法，其特征在于，所述纤维增强热塑性树脂基复合板材的厚度为0.1～3.0mm，宽度为1.0～10.0cm。9.根据权利要求4所述的纤维增强热塑性树脂基蜂窝芯的制造方法，其特征在于，所述
第一夹具和第二夹具焊合纤维增强热塑性树脂基复合板材时的加热温度为100～280℃，挤压力为0.1～5.0mpa，夹持时间为1.0~5.0s。10.根据权利要求4所述的纤维增强热塑性树脂基蜂窝芯的制造方法，其特征在于，所述第一夹具和第二夹具的夹持面形状为矩形，矩形长度为1.0～10.0cm，矩形宽度为0.5～5.0cm。
技术总结本发明公开了一种纤维增强热塑性树脂基蜂窝芯制造装置及方法，包括送料导轨、第一焊合机构和第二焊合机构；所述送料导轨用于传送纤维增强热塑性树脂基复合板材；所述第一焊合机构和第二焊合机构沿送料导轨的送料方向间隔设置，所述第一焊合机构和第二焊合机构分别包括若干组能够两两相对运动的第一夹具和第二夹具，所述第一夹具和第二夹具在垂直于送料导轨的送料方向上交错分布；所述第一焊合机构和第二焊合机构用于分别交替焊合相邻两块纤维增强热塑性树脂基复合板材，获得含有正六边形蜂窝结构的纤维增强热塑性树脂基蜂窝芯。本发明提供的装置和方法能够实现纤维增强热塑性树脂基蜂窝芯的自动化生产，成形精度高，简化制作工序，生产效率高。生产效率高。生产效率高。
技术研发人员：张旭 杨宗辉 李春杰 李华冠 吴超 李晓泉 孙婉昕 万金初
受保护的技术使用者：南京工程学院
技术研发日：2022.07.15
技术公布日：2022/11/1
