聚合物复合材料连续强制组装加工设备分级辊压装置结构设计

doi:10.19491/j.issn.1001-9278.2025.06.017

中国塑料 ›› 2025, Vol. 39 ›› Issue (6): 100-104.DOI: 10.19491/j.issn.1001-9278.2025.06.017

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聚合物复合材料连续强制组装加工设备分级辊压装置结构设计

仇思源(), 王文昊, 陈元民, 李亚娇, 郑秀婷, 许红, 吴大鸣, 孙靖尧()

北京化工大学机电工程学院，北京 100029

收稿日期:2024-07-14 出版日期:2025-06-26 发布日期:2025-06-20
通讯作者: 孙靖尧（1991-），男，见习教授，主要从事聚合物先进制造等方面的研究，Email:sunjingyao@ mail. buct. edu.cn
E-mail:464880509@qq.com;sunjingyao@ mail. buct. edu.cn
作者简介:仇思源（2000-），女，在读硕士研究生，主要从事聚合物复合材料加工制备工作，464880509@qq.com

Structural design of graded roller pressing device for continuous forced assembly processing equipment of polymer composites

QIU Siyuan(), WANG Wenhao, CHEN Yuanmin, LI Yajiao, ZHENG Xiuting, XU Hong, WU Daming, SUN Jingyao()

College of Electromechanical Engineering，Beijing University of Chemical Technology，Beijing 100029，China

Received:2024-07-14 Online:2025-06-26 Published:2025-06-20
Contact: SUN Jingyao E-mail:464880509@qq.com;sunjingyao@ mail. buct. edu.cn

摘要/Abstract

摘要：

基于连续辊压⁃空间限制域强制组装法（continuous roll⁃spatial⁃spatial confining forced network assembly， CR⁃SCFNA）开发了一种聚合物复合材料连续强制组装加工设备。该设备的核心是分级辊压装置，它能够逐步将复合材料的厚度压缩至与限域板相匹配的尺寸。结果表明，利用强制组装力，即径向压力与垂直于径向的剪切力可以促进填料在聚合物基体中的高密度排列和定向组装，构建出一个密实的导热/导电强制组装网络。这一创新工艺显著提升了聚合物复合材料的热传导和电传导性能，满足了现代工业对高性能材料的迫切需求。

关键词: 连续强制组装, 分级辊压装置, 连续化生产, 填料网络, 设备设计

Abstract:

Continuous roll⁃spatial confining forced network assembly （CR⁃SCFNA） innovatively reengineers the traditional flat⁃plate hot⁃pressing method into a dynamic “flexible roll⁃to⁃plate” process. By integrating the mechanical force of rollers with the intrinsic self⁃assembly behavior of fillers， CR⁃SCFNA synergistically drives the formation of a high⁃density filler network. The system employs a graded roller press that progressively compresses the composite material to align with the dimensional specifications of the limit plate. Experimental results demonstrated that applying forced assembly forces， specifically radial compression combined with orthogonal shear forces， enabled precise alignment and directional organization of fillers within the polymer matrix. This created a densely interconnected thermally/electrically conductive network. This breakthrough process significantly enhances the thermal and electrical conductivity of polymer composites， addressing the growing industrial demand for lightweight， high⁃performance materials in applications such as electronics， energy systems， and advanced manufacturing.

Key words: continuous forced assembly, graded roller press, continuous production, packing network, equipment design

中图分类号:

TQ320

仇思源, 王文昊, 陈元民, 李亚娇, 郑秀婷, 许红, 吴大鸣, 孙靖尧. 聚合物复合材料连续强制组装加工设备分级辊压装置结构设计[J]. 中国塑料, 2025, 39(6): 100-104.

QIU Siyuan, WANG Wenhao, CHEN Yuanmin, LI Yajiao, ZHENG Xiuting, XU Hong, WU Daming, SUN Jingyao. Structural design of graded roller pressing device for continuous forced assembly processing equipment of polymer composites[J]. China Plastics, 2025, 39(6): 100-104.

图/表 18

图1 CR⁃SCFNA法制备聚合物复合材料辊压成型工艺流程图

Fig.1 Flow chart of the roll forming process for the preparation of polymer composites by CR⁃SCFNA method

图2 辊筒装配图

Fig.2 Roller assembly drawing

图3 内架板与滚子装配图

Fig.3 Inner shelf plate and roller assembly drawing

图4 内架板受力图

Fig.4 Force diagram of the inner shelf plate

图5 外架板设计图

Fig.5 Design drawing of the outer shelf plate

图6 外架板受力分析

Fig.6 Force analysis of the outer shelf plate

图7 内架板、外架板与大滚子装配图

Fig.7 Assembly drawings of inner shelf plates， outer shelf plates and large rollers

图8 限域板示意图

Fig.8 Schematic diagram of the restriction board

图9 传送带与滚子装配图

Fig.9 Conveyor belt and roller assembly drawing

图10 分级辊压装置

Fig.10 Grading roller press

图11 分级辊压装置工作状态建模图

Fig.11 Modeling diagram of the working state of the grading roller press

图12 分级辊压装置内部图

Fig.12 Interior view of the grading roller press

图13 分级辊压装置剖视图

Fig.13 Cross⁃sectional view of the grading roller press

图14 辊压前填料分布图

Fig.14 Packing distribution before rolling

图15 辊压中填料分布图

Fig.15 Packing distribution in rolling

图16 辊压后填料分布图

Fig.16 Packing distribution after rolling

图17 制备MVQ/SCF复合材料流程图

Fig.17 Flow diagram of MVQ/SCF composites was prepared

图18 强制组装填料分布模拟图

Fig.18 Simulation of the distribution of the forced assembly filler

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